棕榈空果串分丝机设计

第31卷第3期轻工机械Vol 31 No. 32013年6月Light Industry MachineryJun.2013[研究·设计]DOI:10.3969/j.issn.1005-2895.2013.03.002棕榈空果串分丝机设计何小星,冯阿团,王舟(1.轻工业杭州机电设计研究院,浙江杭州3100042.柳州两面针纸业有限公司,广西柳州545006摘要:针对棕榈空果串(EFB)的特点,提出了为满足制浆造纸、织毯等用途的专用分丝处理设备以达到原料备料要求,该设备采用了双辊啮合剪切的原理,并设计了特殊形状的啮合η片达到剪切分丝的效果,同时匹配不冋的速度以达到产量需求;在工厂试验数据分析的基础上,确定了其产量及可配套的制浆生产线规模,对棕榈油厂榨油后的空果串废物利用设备选型及国内投资商开拓东南亚市场,利用其资源制浆造纸等有较好的参考和指导意义。关键词:分丝机;棕榈空果串;分切辊;底刀中图分类号:TS732文献标志码:A文章编号:10052895(2013)03000404Design and Application of EFB ShredderHE Xiaoxing, FENG Atuan, WANG Zhou(I. Hangzhou Project Research Institute of Electro- mechanic in Light Industry, Hangzhou 310004, China;2. Liuzhou LIANG MIAN ZHEN Paper Industry Co., Ltd., Liuzhou, Guangxi 545006, China)Abstract: The characteristics of empty fruit bunches(EFB )of palm tree were introduced. It pointed out the basicequipment for EFB shredding was used in order to achieve the raw material preparation requirements, so that the EFBfibers could be used to weaving or making pulp and paper. This equipment adopted the double roller mesh shearprinciple, and designed a meshing blade with special shape to achieve shearing and devillicate effects, and also matcheddifferent speed to meet production demand at the same time. Based on the test data, it confirmed its yield and supportingpulp production line scale. It has a great reference and guidance for all of the palm oil factories to treating the EFBwastes and for domestic investors to opening up the markets of Southeast Asia, and especially for a pulp or papermakingfactory to using those kinds of material resourcesKey words: shredder; oil palm empty fruit bunch; cutting roller; bottom knife棕榈树是东南亚热带海洋气候国家的主要经济农品供不应求,可生产包装盒、次性餐具、浆板等多种产作物用于生产棕榈油,果实一年生长6次,产量极大,品,经济效益十分可观。文中介绍充分利用空果串的必油果脱除后获得大量的空果串(EFB),含有大量的纤要设备之一即空果串分丝机的设计及其应用维,实际是一种较好的资源。但由于当地炎热,空果串1棕榈空果串及其纤维的特性极易腐烂变质,在没有较好的技术来利用该资源时,往新鲜的棕榈果串在炼油厂经脱除果粒后,除含有往就地焚烧或花费大量劳动力回填于棕榈果园,前者造少量的未去除的果粒外,还含有约70%-75%的水成严重环境污染,后者生产成本大。仅马来西亚每年就分,3%~5%的棕榈油,因产区为热带和亚热带,环境有4000万吨棕榈空果串需要处理,并以每年10%的速湿度大,温度高,脱去油果后空果串变质速度极其迅度递增口。近年来,某院积极开拓东南亚市场,设计制速,24小时后已严重发黑并开始腐烂,发出难闻气味,作的全世界第一条年产1万吨棕榈纤维造纸生产线在3天后基本无法利用。因此空果串的处理必须当天完马亚西亚投产,获得了发明专利,用棕榈纤维生产的产成并立即利用。其纤维的特性如表1至表3所示。收稿日期:2012-10-19;修回日期201302-26作者简介:何小星(1980),男,安徽怀宁人,工程师,主要从事制浆设备设计与研究。E-mail:xhe13@l63.com[研究·设计]何小星等:棕榈空果串分丝机设计表1棕棡果壳原料纤维长度及分布Table 1 Material fiber length and distribution of palm fruit shell纤维长度/mm纤维长度分布/%重均数均最大完整纤维最小完整纤维<0.50.5-1.01.0-151.5202.0-2.52.5棕榈果壳纤维0940.771.980.28表2棕榈果壳原料纤维形态Table 2 Material fiber morphology of palm fruit shell试样纤维形态/pm长宽双壁厚腔径长/宽双壁厚/腔径腔径/宽棕榈果壳纤维24.319.431.70.250.80杨木23.7表3棕榈果壳纤维原料主要化学组成Table 3 Fiber material main chemical composition of palm fruit shell名称抽出物/%热水1%氢氧化钠苯,乙醇半纤维素/%纤维素/%Kom木质素/%灰分/%棕榈果壳纤维23.3842.2817.092.95杨木17710.50由此可见,棕榈果壳纤维属中等长度纤维,细胞腔2.1设备原理及其结构较大壁薄。杂细胞含量较高。化学组分与阔叶材杨木该设备设计的关键是满足直径范围较大的各种果相比,抽出物含量稍高,纤维素含量稍低,灰分含量较串。空果串处于两刀辊之间,刀辊上装有多排切刀,刀大,木质素含量接近,但是半纤维素含量较低,十分有辊相互啮合,相向旋转两辊的切刀和定距环之间互成利于制浆过程中获取较高的得率2。阴阳排列,在剪切作用下切成一定长度的丝状原料,两2新型分丝设备的设计及其结构特点辊切刀对棕榈空果串有拉扯作用,但两辊的转速不同,目前用于空果串分丝的现有设备产量极低,无法两辊之间的夹角特别设计,果串不会夹在两辊之间,只大规模对空果串进行分丝处理。使用成本过高,空果能在两辊构成的沟槽内转动越切越小,最后全部通过串分丝后的丝较长,卷曲并互相缠绕螺旋输送有搓绳两辊,切后的纤维丝在下部被梳状的底刀刮离刀辊掉成团现象发生需采用刮板或皮带输送,因其结构篷落在出料口送出。两切割辊的夹角a不得小于90°松,单位体积绝干原料含量低,仅为25kg/m3,造纸要否则,果串极易卡在两辊之间,从而引起电机电流瞬间求处理能力大原料长度30~50mm,输送时不架桥、超出额定电流而跳闸停机甚至引起强烈振动损坏分丝不搓绳,故对空果串分丝设备提出了很高的要求。机刀辊。如图2所示,图3为设备的结构图。空果串外形见图1,果串直径范围为100~400mm,因此对设备的要求极高。空果串图2分丝机原理示意图igure 2 Shredder principle's schematic diagram22设备产量计算及材料选择图1棕榈纤维空果串外形图目前空果串分丝设备在国内属于空白,国外有类Figure 1 Palm fiber empty fruit似设备,但产能很小,单台空果串的处理量约为7~8bunches'outline drawingt/h,得绝干纤维量还不到1th,根本无法满足纸浆造轻工机械 Light Industry Machinery013年第3期壳体中9底座底刀低速辊高速辊高速辐传动装置低速辊传动装置调整装置图3设备结构示意图Figure 3 Equipment structure's schematic diagram纸厂对原料的处理要求,如果年产5万吨化机浆生产个果球分切要求设计计算)加上切辊本身自重传动和线,则空果串的处理量计算如下不平衡的功率消耗,经圆整后乘以安全系数考虑,同时棕榈空果串含水率75%,通过备料去除杂质和粘也类比了国外小产能设备的功率配置,确定高速辊和低着的油果后得率仅为70%,计算按化机浆的生产得率速辊的动力分别配置为10kW和75kW9。65%,纸厂生产按330d/a,每天24h生产,则每小时2.3分丝机样机工艺参数所需的绝干纤维量为生产能力:25~32th50000/330×24×0.65)=9.71th切丝长度:30~50mm所需的新鲜空果串量为9.71/[0.70×(切丝合格率:≥85%0.75)]=55.5t/h分切辊直径:600mm空果串平均重量约为5kg/个,则每小时处理空果高速切辊转速:57r/min串的数量为(55.5×1000)/5=11100个低速切辊转速:46r/min该能力显示,每秒需处理约3个空果串才能满足高速辊动力:110kW要求,考虑到设备需要更换切刀和保养等情况,并充分低速辊动力:75kW配置足够的余量,我们选择生产按开2备1的方式运样机外形尺寸:4182mm×3967mmx1447mm行,实际设计的产能为每台约28th。样机净重:13000kg因空果串分切时没有加入任何化学药品,腐蚀性3实验数据验证小,设备的壳体及传动轴等可采用一般碳钢,切刀需有为确保样机产能与设计产能符合并验证其运行的高强度和耐磨要求,经反复比较性价比,最终采用可靠性,专门从马亚西亚运入一个集装箱的已挤干的2Cr13这种合金钢,切刀作整体淬火处理,表面硬度达空果串,试验时重新浸入水池使其含水量与新鲜果串到HRC45以上,可完全满足强度和耐磨性要求4。相当,经人工投料试验测得,实际生产能力可能远远大因切刀为易损件,设备充分考虑了其安装拆卸更于表4中数据,而且新鲜果串比挤压后的果串更易分换方便需求因此该设备在更换切刀时十分方便快捷。切故可以完全确信所设计生产的样机已能满足工业动力消耗主要消耗在分切果球时(按同步最大有三化大生产的要求,试验数据见表4[研究·设计]何小星,等:棕榈空果串分丝机设计表4工厂测试数据汇总表的维护量及备品备件量,同时还可大大简化生产流程Table 4 Factory test data's summary table和输送设备。慢速辊快速辊慢速辊快速辊果串投该设备可作为国内资本向东南亚国家和南美国家序号电机转速/电机转速′最高电流/最高电流/速度/投资建厂,充分利用其丰富的棕榈果串废弃物资源,使(r·min-1)(rmin1)AA(个·s-1)其废物利用,大大提高附加值,同时对世界环境保护可作出积极的贡献。10002~3参考文献在额定设计速度下设备处理能力与负荷的关系]伍安国马来西亚EKO公司开发棕棚树果壳制浆新技术门,纸和造纸,2010,29(4):51见上表,其运行电流远没有达到额定电流值,对比分析(2]冯阿团马来西亚棕榈果壳纤维连续蒸煮制浆性能试验报告可知一次处理3个空果串时其处理能力最大,平均[R].杭州:轻工业杭州机电设计研究院,20102个/s。按平均每个空果串5kg计算,设备连续运行[3]陈克复.制浆造纸机械与设备[M].北京:中国轻工业出版社的处理能力可达到60×60×2×5=36000kg,大于设[4]成大先机械设计手册:第2卷,轴及其连接[M].5版.北京:化计产能,可保证设备的正常运行。学工业出版社,20094结语[5]袁哲俊,刘华明.刀具设计手册[M].北京:机槭工业出版社,1999该设备可作为大型棕榈油厂棕榈果榨油后的辅助[6]许光想,黄启寬,非标准刀具设计手册[M].北京:机械工业出版设备,将空果串分丝后通过挤压等方式回收果串中棕社,1992榈油(占棕榈果油量的1%-2%),回收油后的纤维可7]袁哲俊,刘华明,唐宜胜齿轮刀具设计[M].北京:新时代出版作为造纸的良好原料,也可直接送锅炉房作燃料生产[8]肖诗綱.刀具材料及其合理选择[M]北京:机械工业出版社,蒸气,分丝可大大提高燃烧效率。该设备可替代东南亚国家现有的果串分丝设备,19】朝楠,周德成吴关昌轻工业技术装备手册[M]北京:机械工业出版社,1995台相当其4台以上的能力,这可大大减少生产过程中≯》》》》》》》》》》》》》》》》》》≯≯》≯≯》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》身》》》身身≯》》》》》身》》》上接第3页)参数对于指标的影响程度不同,对于翘曲变形和收缩,η减小,收缩率增大。而模具温度、保压压力及保压时各工艺参数的影响程度也不同:熔料温度>模具温度>间3个因素变化,相应的η变化不明显。由此可见,熔保压压力>保压时间,熔料温度显著性大大高于其他料温度对翘曲变形和收缩有显著的影响。因素。在一定范围内,熔料温度升高会减少翘曲变形极差分析和信噪比分析结果相吻合。熔料温度对增大收缩熔料温度降低则会增大翘曲变形,减小收翘曲变形和收缩影响显著。模具温度、保压压力和保压缩。时间次之。参考文献:22最佳工艺参数组合[]刘荣亮,刘斌,应用 Moldflow软件分析优化手机后盖壳注塑模设由信噪比分析和极差分析可以看出,使翘曲变形计[J.工程塑料应用,2007,35(10):31-33[2]邹用生,黄长林,胡树根 Moldflow在注塑模具浇口优化设计中的最小的工艺参数组合为A3B1C3D2,而使得收缩最小的应用[J].塑料工业,2005,33(3):39-41工艺参数组合为A1B1C3D2,对于此次实验注塑成型过[3]王刚,单岩. Moldflow模具分析应用实例[M].北京:清华大学出程中产生的翘曲变形和收缩的分析,熔料温度均为显版杜,2005著影响因素但是影响趋势相反,为了平衡翘曲和收4]顾燕如,王雷刚,黄瑶.精密接插件注射成型工艺参数的优化设计[冂,中国塑料,2007,21(8):70-71缩,选择A2B1C3D2为最佳工艺参数组合,并将选用的5]俞华英,金杰,吕圣,基于 Moldflow的薄壁注塑件的工艺参数的工艺参数通过 Moldflow进行实验验证模拟。结果为:优化[冂].浙江工业大学学报:自然科学版,2008,36(4):460翘曲变形为0.905mm,收缩为11.06%。[6]陈元芳,夏花,刘春,等摩托车尾罩翘曲分析和工艺优化[冂].工3结论程塑料应用,2007,35(4):28-30通过 Moldflow分析软件进行模拟和正交实验方法7]毛华杰袁乐健,史宏江利用CAE技术解决注塑件的翘曲问题来优化注塑工艺参数,使得该注塑成型件的收缩降至[J].塑料科技,2005(4):30-338]宋佳林,林起权,谢桂兰, Moldflow在键盘面板成型中的应用[J11.06%,而翘曲变形量由0.9133mm下降为0.905现代制造工程,2008,30(3):44-46mm,基本达到了优化工艺参数的目的。但是,各工艺[9]王万中试验的设计与分析[M].北京:高等教育出版社200