Karena kandungan zat berbahaya seperti abu, nitrogen, dan sulfur dalam biomassa lebih rendah dibandingkan energi mineral, maka biomassa memiliki karakteristik cadangan yang besar, aktivitas karbon yang baik, mudah terbakar, dan komponen volatil yang tinggi. Oleh karena itu, biomassa merupakan bahan bakar energi yang sangat ideal dan sangat cocok untuk konversi dan pemanfaatan pembakaran. Abu sisa pembakaran biomassa kaya akan unsur hara yang dibutuhkan tanaman seperti fosfor, kalsium, kalium, dan magnesium, sehingga dapat digunakan sebagai pupuk untuk kembali ke lahan. Mengingat besarnya cadangan sumber daya dan keunggulan energi terbarukan yang unik dari energi biomassa, saat ini biomassa dianggap sebagai pilihan penting untuk pengembangan energi baru nasional oleh negara-negara di seluruh dunia. Komisi Pembangunan dan Reformasi Nasional Tiongkok telah dengan jelas menyatakan dalam "Rencana Implementasi Pemanfaatan Jerami Tanaman Secara Komprehensif selama Rencana Lima Tahun ke-12" bahwa tingkat pemanfaatan jerami secara komprehensif akan mencapai 75% pada tahun 2013, dan berusaha untuk melampaui 80% pada tahun 2013. 2015.
Bagaimana mengubah energi biomassa menjadi energi berkualitas tinggi, bersih, dan nyaman telah menjadi masalah yang mendesak untuk dipecahkan. Teknologi densifikasi biomassa merupakan salah satu cara efektif untuk meningkatkan efisiensi pembakaran energi biomassa dan memfasilitasi transportasi. Saat ini, ada empat jenis peralatan pembentuk padat yang umum di pasar domestik dan luar negeri: mesin partikel ekstrusi spiral, mesin partikel stamping piston, mesin partikel cetakan datar, dan mesin partikel cetakan cincin. Diantaranya, mesin pelet cetakan cincin banyak digunakan karena karakteristiknya seperti tidak memerlukan pemanasan selama pengoperasian, persyaratan kadar air bahan baku yang luas (10% hingga 30%), keluaran mesin tunggal yang besar, kepadatan kompresi yang tinggi, dan bagus efek pembentukan. Namun mesin pelet jenis ini umumnya memiliki kekurangan seperti cetakan yang mudah aus, masa pakai yang singkat, biaya perawatan yang tinggi, dan penggantian yang tidak nyaman. Menanggapi kekurangan mesin pelet cetakan cincin di atas, penulis telah membuat desain perbaikan baru pada struktur cetakan pembentuk, dan merancang cetakan pembentuk tipe set dengan masa pakai yang lama, biaya perawatan yang rendah, dan perawatan yang mudah. Sementara itu, artikel ini melakukan analisis mekanis terhadap cetakan pembentuk selama proses pengerjaannya.
1. Desain Perbaikan Struktur Cetakan Pembentuk Granulator Cetakan Cincin
1.1 Pengantar Proses Pembentukan Ekstrusi:Mesin pelet ring die dapat dibagi menjadi dua jenis: vertikal dan horizontal, tergantung pada posisi ring die; Menurut bentuk geraknya, dapat dibagi menjadi dua bentuk gerak yang berbeda: rol pengepres aktif dengan cetakan cincin tetap dan rol pengepres aktif dengan cetakan cincin yang digerakkan. Desain yang ditingkatkan ini terutama ditujukan pada mesin partikel cetakan cincin dengan roller tekanan aktif dan cetakan cincin tetap sebagai bentuk geraknya. Ini terutama terdiri dari dua bagian: mekanisme pengangkutan dan mekanisme partikel cetakan cincin. Cetakan cincin dan roller tekanan adalah dua komponen inti dari mesin pelet cetakan cincin, dengan banyak lubang cetakan pembentuk didistribusikan di sekitar cetakan cincin, dan roller tekanan dipasang di dalam cetakan cincin. Rol tekanan dihubungkan ke poros transmisi, dan cetakan cincin dipasang pada braket tetap. Ketika spindel berputar, ia menggerakkan roller penekan untuk berputar. Prinsip kerja: Pertama, mekanisme pengangkutan mengangkut material biomassa yang dihancurkan menjadi ukuran partikel tertentu (3-5 mm) ke dalam ruang kompresi. Kemudian, motor menggerakkan poros utama untuk menggerakkan roller penekan agar berputar, dan roller penekan bergerak dengan kecepatan konstan untuk menyebarkan material secara merata antara roller penekan dan cetakan cincin, menyebabkan cetakan cincin terkompresi dan bergesekan dengan material. , roller tekanan dengan material, dan material dengan material. Selama proses gesekan pemerasan, selulosa dan hemiselulosa dalam bahan bergabung satu sama lain. Pada saat yang sama, panas yang dihasilkan oleh gesekan akan melunakkan lignin menjadi pengikat alami, yang membuat selulosa, hemiselulosa, dan komponen lainnya terikat lebih kuat. Dengan pengisian bahan biomassa secara terus menerus, jumlah bahan yang mengalami kompresi dan gesekan pada lubang cetakan pembentuk terus meningkat. Pada saat yang sama, gaya tekan antar biomassa terus meningkat, dan terus menerus memadat dan terbentuk di lubang cetakan. Ketika tekanan ekstrusi lebih besar dari gaya gesekan, biomassa diekstrusi terus menerus dari lubang cetakan di sekitar cetakan cincin, membentuk bahan bakar cetakan biomassa dengan kepadatan cetakan sekitar 1g/Cm3.
1.2 Keausan Cetakan Pembentuk:Output mesin tunggal dari mesin pelet berukuran besar, dengan tingkat otomatisasi yang relatif tinggi dan kemampuan beradaptasi yang kuat terhadap bahan mentah. Ini dapat digunakan secara luas untuk memproses berbagai bahan baku biomassa, cocok untuk produksi bahan bakar padat biomassa skala besar, dan memenuhi persyaratan pengembangan industrialisasi bahan bakar padat biomassa di masa depan. Oleh karena itu, mesin pelet cetakan cincin banyak digunakan. Karena kemungkinan adanya sejumlah kecil pasir dan kotoran non biomassa lainnya dalam bahan biomassa yang diproses, kemungkinan besar akan menyebabkan keausan yang signifikan pada cetakan cincin mesin pelet. Masa pakai cetakan cincin dihitung berdasarkan kapasitas produksi. Saat ini, masa pakai cetakan cincin di China hanya 100-1000t.
Kegagalan cetakan cincin terutama terjadi pada empat fenomena berikut: ① Setelah cetakan cincin bekerja untuk jangka waktu tertentu, dinding bagian dalam lubang cetakan pembentuk aus dan bukaannya bertambah, mengakibatkan deformasi signifikan pada bahan bakar yang dihasilkan; ② Kemiringan pengumpanan lubang cetakan cetakan cincin hilang, mengakibatkan penurunan jumlah bahan biomassa yang dimasukkan ke dalam lubang cetakan, penurunan tekanan ekstrusi, dan mudahnya penyumbatan lubang cetakan pembentuk, menyebabkan kegagalan cetakan cincin (Gambar 2); ③ Setelah material dinding bagian dalam dan secara tajam mengurangi jumlah pembuangan (Gambar 3);
④ Setelah lubang bagian dalam cetakan cincin aus, ketebalan dinding antara potongan cetakan L yang berdekatan menjadi lebih tipis, sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan struktur cetakan cincin. Retakan rawan terjadi pada bagian yang paling berbahaya, dan jika retakan terus meluas maka terjadilah fenomena patahnya cetakan cincin. Alasan utama mudahnya keausan dan masa pakai yang singkat dari cetakan cincin adalah struktur cetakan cincin pembentuk yang tidak masuk akal (cetakan cincin terintegrasi dengan lubang cetakan pembentuk). Struktur terintegrasi keduanya rentan terhadap hasil berikut: kadang-kadang ketika hanya beberapa lubang cetakan cetakan cincin yang aus dan tidak dapat berfungsi, seluruh cetakan cincin perlu diganti, yang tidak hanya menimbulkan ketidaknyamanan pada pekerjaan penggantian, tetapi juga menyebabkan pemborosan ekonomi yang besar dan meningkatkan biaya pemeliharaan.
1.3 Desain Perbaikan Struktur Cetakan PembentukUntuk memperpanjang masa pakai cetakan cincin mesin pelet, mengurangi keausan, memudahkan penggantian, dan mengurangi biaya perawatan, perlu dilakukan desain perbaikan baru pada struktur cetakan cincin. Cetakan cetakan tertanam digunakan dalam desain, dan struktur ruang kompresi yang ditingkatkan ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 5 menunjukkan tampilan penampang cetakan cetakan yang ditingkatkan.
Desain yang ditingkatkan ini terutama ditujukan pada mesin partikel cetakan cincin dengan bentuk gerak roller tekanan aktif dan cetakan cincin tetap. Cetakan cincin bawah dipasang pada badan, dan dua rol tekanan dihubungkan ke poros utama melalui pelat penghubung. Cetakan pembentuk ditancapkan pada cetakan cincin bawah (menggunakan interferensi), dan cetakan cincin atas dipasang pada cetakan cincin bawah melalui baut dan dijepit pada cetakan pembentuk. Pada saat yang sama, untuk mencegah cetakan pembentuk memantul karena gaya setelah roller tekanan berguling dan bergerak secara radial di sepanjang cetakan cincin, sekrup countersunk digunakan untuk memasang cetakan pembentuk ke cetakan cincin atas dan bawah. Untuk mengurangi resistensi material memasuki lubang dan membuatnya lebih nyaman untuk masuk ke lubang cetakan. Sudut kerucut lubang pengumpanan cetakan pembentuk yang dirancang adalah 60° hingga 120°.
Desain struktur cetakan pembentuk yang ditingkatkan memiliki karakteristik multi siklus dan masa pakai yang lama. Ketika mesin partikel bekerja dalam jangka waktu tertentu, hilangnya gesekan menyebabkan bukaan cetakan pembentuk menjadi lebih besar dan pasif. Ketika cetakan pembentuk yang aus dilepas dan diperluas, cetakan tersebut dapat digunakan untuk produksi partikel pembentuk spesifikasi lainnya. Hal ini dapat mencapai penggunaan kembali cetakan dan menghemat biaya pemeliharaan dan penggantian.
Untuk memperpanjang masa pakai granulator dan mengurangi biaya produksi, roller tekanan mengadopsi baja mangan tinggi karbon tinggi dengan ketahanan aus yang baik, seperti 65Mn. Cetakan pembentuk harus terbuat dari paduan baja karburasi atau paduan kromium nikel rendah karbon, seperti mengandung Cr, Mn, Ti, dll. Karena peningkatan ruang kompresi, gaya gesekan yang dialami oleh cetakan cincin atas dan bawah selama operasinya relatif kecil dibandingkan dengan cetakan pembentuk. Oleh karena itu, baja karbon biasa, seperti baja 45, dapat digunakan sebagai material ruang kompresi. Dibandingkan dengan cetakan cincin pembentuk terintegrasi tradisional, ini dapat mengurangi penggunaan baja paduan yang mahal, sehingga menurunkan biaya produksi.
2. Analisis mekanis cetakan pembentuk mesin pelet cetakan cincin selama proses kerja cetakan pembentuk.
Selama proses pencetakan, lignin dalam bahan melunak sepenuhnya karena lingkungan bertekanan tinggi dan suhu tinggi yang dihasilkan dalam cetakan cetakan. Ketika tekanan ekstrusi tidak meningkat, material mengalami plastisisasi. Bahan mengalir dengan baik setelah plastisisasi, sehingga panjangnya dapat diatur ke d. Cetakan pembentuk dianggap sebagai bejana bertekanan, dan tekanan pada cetakan pembentuk disederhanakan.
Melalui analisis perhitungan mekanis di atas dapat disimpulkan bahwa untuk memperoleh tekanan pada suatu titik di dalam cetakan pembentuk, perlu ditentukan regangan keliling pada titik tersebut di dalam cetakan pembentuk. Kemudian, gaya gesek dan tekanan pada lokasi tersebut dapat dihitung.
3. Kesimpulan
Artikel ini mengusulkan desain perbaikan struktural baru untuk cetakan pembentuk pelet cetakan cincin. Penggunaan cetakan pembentuk tertanam dapat secara efektif mengurangi keausan cetakan, memperpanjang umur siklus cetakan, memfasilitasi penggantian dan pemeliharaan, dan mengurangi biaya produksi. Pada saat yang sama, analisis mekanis dilakukan pada cetakan pembentuk selama proses pengerjaannya, memberikan landasan teori untuk penelitian lebih lanjut di masa depan.
Waktu posting: 22 Februari 2024