液压式牛粪压块机液压部件的设计与分析

缸 内 径 /mm 40 40
活 塞 杆 直 径 /mm 28 28
行 程 /mm 300 300
表 3 液压泵参数 Tab．3 Parameters of hydraulic pump
型号
额定压力 最高压力
/MPa
/MPa
CBN-E310 16
20
总效率 /%
≥82
转速 最高转速 /（r/min） /（r/min）
[7] 王 庆 和, 孙 勇. 我 国 生 物 质 燃 料 固 化 成 型 设 备 研 究 现 状[J]. 农 机 化 研 究 ，2011(3):211-214．
参考文献
[1] 张 伯 韧.对 液 压 式 牛 粪 压 块 机 活 塞 元 件 的 可 靠 性 分 析[J].当 代 农 机 ，2014（3）：77－78．
[2] 李 旭 英 ，杨 明 韶 ，等.压 捆 机 压 缩 特 性 测 试 方 法 的 分 析[J].实 用 测 试 技 术 ，1997 （1）：18－21．
则
N=
1.1PP
3
Q
=2.08
kW
10 ηP
电动机允许短时间超载 25%， 则 N=2.6 kW。
故选配套动力为 3 kW,电机型号 Y100L2-4 型。
2.6 液压系统设计结果
见表 2～表 4。
表 2 液压缸参数 Tab．2 Parameters of hydraulic cylinder
液压缸名称 主液压缸 副液压缸
1 液压式牛粪压块机的基本结构
液压式牛粪压块机包括机体、送料机构、成型 机构和出坯机构。 主油缸通过液压杆带动成型机 构的顶杆，副油缸带动进料活塞和挡板运动，操纵 杆控制液压分配器完成压坯出料过程。 其结构图 如图 1 所示。
2 液压传动系统的设计与计算
2.1 基本原理及结构设计[1] 液压式牛粪压块机的功能是将松散牛粪通过
14.顶杆调节套 15.活塞 16.拉杆 17.闸门顶板 18.顶板 19.接坯板 20.
送料腔 21.顶杆 22.边板 23.油箱进油口 24.机体 25.操纵杆
图 1 牛粪压块图结构图
Fig． 1 Structure diagram of pressing cow dung block
降低污染、洁净环保且便于运输和储存。 首先，送 料液压缸将物料压缩至主压缩室， 同时带动挡板 堵住成型腔，完成第一次压缩。 主液压缸带动挤压 机构对物料进行二次压缩， 压缩完成后收回送料 液压缸，其带动的挡板也同时收回，此时压缩成型 的物料块被挤压机构的弹簧推出成型腔， 完成了 一个工作过程。
机床 设备类型
磨床 组合机床 龙ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ刨床 拉床
农业机械小 液压机重型机械 型工程机械 起重运输机械
工作压力 P ／ MPa
0.8~2
3~5
2~8 8~10 10~16
20~22
压缩密度 ／ （kg/m3）
600 550 450 400 350 300 250 200 150 100
0
0.2
0.4
0.6
[4] 刘 国 华. 生 物 质 成 型 燃 料 技 术 及 应 用 前 景 [J]. 应 用 能 源 技 术 ，2011(1):44-47．
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1.电 动 机 2.齿 轮 泵 3.油 箱 4.溢 流 阀 5.三 位 四 通 阀 6.主 液 压缸 7.副液压缸
图 3 压块成型机液压系统图 Fig.3 Block molding machine hydraulic system diagram
2.3 液压缸的设计计算[3] 根据设计采用的压缩室尺寸， 压缩活塞采用
0.8
压力 ／ MPa
图 2 压缩密度曲线
Fig．2 Compressed density curve
本机参考其实验数据，将压块机工作所需最大 压强定为 0.8 MPa。 物料简单填实后的密度为 0.01～ 0.15 g/cm3，压缩后成型块的密度为 0.4～0.6 g/cm3,生 产率目标定为 190 块/h。 根据以上设计思路，可以 基本确定液压系统的组成如图 3 所示。
第 53 卷第 3 期
张伯韧 等：液压式牛粪压块机液压部件的设计与分析
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2.5.3 确定液压泵的驱动功率[4]
根据 N= 1.1PP Q 103ηP
式 中 ：N— ——驱 动 功 率 ，kW; PP — ——液 压 泵 最 大 工
作压力，Pa；Q— ——液压泵的额定流量，m3/s；ηp=0.8。
［关键词］ 压块机；设计； 压缩； 液压
［中图分类号］ S226．9
［文献标志码］ A
［文章编号］ 1673-3142(2015)03-0045-03
Design and Analysis of Hydraulic Components of Cow Dung Hydraulic Press
Zhang Bairen1，2， Chen Haitao1 （1． Engineering College of Northeast Agricultural University， Harbin City， Heilongjiang Province 150030， China； 2． Heilongjiang Animal Husbandry Mechanization Research Institute， Qiqihar City， Heilongjiang Province 161005， China） ［Abstract］ Taking the hydraulic dung press machine as the research object， making sure the machine can meet the requirements， the parameters of the hydraulic system are calculated and analyzed in detail， the sizes of the hydraulic parts are determined， which provide important reference for improving the integrity and optimization design． ［Key words］ briquetting machine； design； compress； hydraulic
式中：p1 — ——液压缸的实际最大工作压力；
ΣΔP — ——从液压泵出口到一级液压缸入口
之间的压力损失。
p1
=
F A
=9.6
MPa
Σ 由液压系统图可知，取 ΔP=0.6 MPa
pp=10.2 MPa 为了使液压泵具备一定的压力储备， 所选液 压泵额定压力一般比最大工作压力大 25%。 则 P=12.75 MPa，取 P=13 MPa。 2.5.2 确定液压泵的流量
2 000 3 000
表 4 电机参数 Tab．4 Parameters of the motor
型号 Y100L2-4
额定功率 满载同步转速
/kW
（r/min）
3
1 420
满载效率 /%
88
额定电流 /A
6.8
3 结论
经过试验检验， 该机的液压部件结构设计参 数选择合理，达到了生产率的要求，对提高产品质 量和性能具有积极的作用， 也为该机后续的改进 和完善打下了坚实的基础。
QP ≥KQmax 式中：K— ——系统泄漏系数（一般取 K=1.1~1.3）；
Qmax— — — 油 缸 实 际 需 要 的 最 大 流 量 （L/min）。 液压缸工作时所需流量为
Q主=AV=6 L/min Qmax =Q主+Q副=12 L/min 取 K=1.3 则 Qp =KQmax =15.6 L/min 根据上述的液压泵最大工作压力 P、流量 QP， 选取CBN-E310 齿轮泵， 其压力值 20 MPa， 排量 Q=20 L/min，转速 2 000 r/min。
（上接第 44 页）
质燃料与矿物质燃料相比对环境污染小，易取、价 廉、资源丰富。 随着煤、石油和天然气的存储日益 减少，其价格不断上涨，作为可再生能源的秸秆成 型燃料将成为化石燃料的有益补充和替代燃料之 一，其价格也将随之升高。 我国是农业大国，农林 废弃物资源十分丰富，如转化为秸秆燃料，其经济 效益和社会效益是十分巨大的。
0 引言
由于能源价格不断上涨， 以牛粪作为主要原 料压制燃料坯块已成为开发新能源的良好途径。 液压式牛粪压块机结构简单、工作效率高，且坚固 耐用，生产过程实现自动化。
目前国内的压块机主要适用于金属压块和秸 秆压块打包， 针对牲畜粪便压块制成生物质燃料 的设备刚刚起步。 国外都是大中型处理成套设备， 价格贵，不适合我国国情。
式 中:P— ——液 压 压 强 ，MPa； A— ——液 压 缸 内 部 截 面面积，m2。
姨 D=
4F πP
=40 mm
取 D=40mm；φ=2
姨 d=D
φ-1 φ
=28 mm
根据实际需要，行程 s=300 mm。
2.5 液压泵及配套电机选择[3]
2.5.1 确定液压泵最大工作压力
Σ pp ≥p1 + ΔP
[3] 宋中界.秸秆饲料压块机及相关配套部件的设计与试验研究 [D].郑州：河南农业大学， 2009．
[4] 李 荣 湘.闭 式 液 压 泵 与 原 动 机 的 匹 配 计 算[J].矿 业 研 究 与 开 发，2005(3): 51－52．
作 者 简 介 张 伯 韧 （1980— ），男 ，工 程 师 ，研 究 方 向 ：农 牧 与 畜 牧 机械。 E-mail：zhangbairen@163.com
参考文献
[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.可再生能源中长期 发 展 规 划 [R].北 京 : 国 家 发 展 和 改 革 委 员 会 ,2007．
[2] 张 全 国,雷 廷 宇.农 业 废 弃 物 气 化 技 术[M]. 北 京:化 学 工 业 出 版社,2006 ．
[3] 刘荣厚,牛卫生,张大雷. 生物质热化学转换技术[M]. 北京:化 学 工 业 出 版 社 ,2005．
46
农业装备与车辆工程
2015 年
2.2 工作负荷的确定 山东农业大学曾对揉切后的玉米秸秆进行压
缩试验研究，将其压缩过程分为松散阶段、过渡阶 段和压紧阶段， 用不同的方法对 3 个阶段的曲线 进行拟合分别建立了数学模型[2]，如图 2 所示。
表 1 各类液压设备常用系统工作压力 Tab．1 Working pressure of various hydraulic equipment
张伯韧 1，2 ，陈海涛 1
（1. 150030 黑龙江省 哈尔滨市 东北农业大学； 2. 161005 黑龙江省 齐齐哈尔 黑龙江省畜牧机械化研究所）
［摘要］ 以液压式牛粪压块机为研究对象，在保证整机可以达到使用要求的基础上，对该机液压系统的各项参数
进行了详细的计算及分析，确定了各个液压部件的尺寸，为后期提升该机的整体性及优化设计提供了参考。
第 53 卷 第 3 期 V第ol5． 353卷第No3． 3期
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2015 年 3 月 March 2015
doi：10．3969 ／ j．issn．1673－3142．2015．03．012
液压式牛粪压块机液压部件的设计与分析
工作面为正方形，规格为：120 mm×120 mm。 F=L×m×P=11 520 N
式 中 ：L— ——活 塞 截 面 长 度 ，mm；m— ——活 塞 截 面 宽度，mm；P — ——将物料压到预期密度所需压强。
取整后压力按 12 kN 计算。 参考表 1，选取缸的工作压力 P=10 MPa。 2.4 确定缸筒内径 D，活塞杆直径 d 活塞受压时 F=PA
活塞挤压作用粘结成块，将其制成燃料，其优点是
收稿日期：2014－11－02 修回日期：2014－11－14
2
1 12 13 3
23
14
22
21 15
20
4
10
9
67
24
18
11
19 16 17
58 25
1.电机 2.主油缸 3. 液压杆 4. 腔体 5.液压连接板 6.液压杆 7.副
油缸 8.调节块 9.进料斗 10.推杆 11.通气柱 12.回油口 13.出油口