玉米秸桿生物燃料螺旋壓力機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 王忠浩

玉米秸桿螺桿式壓力機(jī)設(shè)計(jì)[摘要]一直作為人類消耗的主要能源的化石燃料，是不可再生的，但工業(yè)的發(fā)展，使得能源問題很嚴(yán)重。生物質(zhì)能是可再生能源之一,開發(fā)利用生物質(zhì)能可以明顯緩解環(huán)境危機(jī)和能源危機(jī)。研究生物能轉(zhuǎn)換技術(shù)，變廢為寶，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境有重要意義。通過擠壓成型將生物質(zhì)（秸稈）擠壓成固態(tài)燃料是其中方法之一。成型條件對生物質(zhì)（秸稈）燃料成型物的質(zhì)量影響重大。本文主要通過壓制成型實(shí)驗(yàn)研究了玉米秸稈在不同含水率、成型溫度、成型壓力、粒度下的成型狀態(tài)，最佳的成型條件，為秸稈擠壓成型過程的工藝參數(shù)的選擇提供了依據(jù)。本課題的研究，對生物質(zhì)（秸稈）燃料的成型機(jī)械設(shè)計(jì)，成型條件和參數(shù)確定有一定的指導(dǎo)意義。主要進(jìn)行了玉米秸桿螺桿式壓力機(jī)的設(shè)計(jì)，壓力機(jī)主要由電動機(jī)、皮帶輪、齒輪、螺桿組成。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)，秸稈實(shí)驗(yàn)，螺桿，擠壓機(jī)ABSTRACTFossilfuelisthemainenergyweuseallthetime,whichisnonrenewableresource.Butwiththedevelopmentofindustry,thedesireofenergyisbecomingmoreandmoreserious.Thebiomassenergyisakindofrenewablesource,andtofindandusebiomassenergycanobviouslyreleasetheenvironmentalcrisisandenergycrisis.Itisveryimportantforprotectingenvironmenttostudytheconversiontechnology,recyclingwastematerial.Extrudingthebiomass(straw)Intosolidfuelisoneofmethods.Theformingconditionsareverysignificantforformingbiomass(straw)fuel.Bysuppressionexperiment,thisarticlemainlystudiedtheformingstateofcornstrawatdifferentmoisturecontent,moldingtemperature,formingdegree,moldingpressure,formingpowerandparticlesize,andthebestformingcondition,whichprovidedindustryparameterfortheprocessofforming.Mainlyforthecornstrawscrewpressesdesignedpressesmainlybyelectricmotors,pulleys,gears,screwcomponents.KEYWORDS:biomass，strawexperiment，conicalscrew，extrusionmachine

目錄TOC\o"1-3"\h\u27092[摘要] 130848ABSTRACT 1112681緒論 4210941.1玉米秸稈的燃燒性能 4189641.2研究目的與意義 4139471.3生物能源的轉(zhuǎn)化途徑 4315171.4玉米秸桿轉(zhuǎn)化為燃料的可能性分析 5171901.5存在主要問題及今后看法 6202092.玉米秸稈的可壓縮性 6201723.玉米秸稈成型機(jī)的初步設(shè)計(jì)構(gòu)想 9145213.1玉米秸稈成型機(jī)的初步示意圖如下 912533.2動力傳動系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 11284713.3加熱套選型 11157924.螺桿與機(jī)筒的配合方案 11317864.1螺桿與機(jī)筒配合 11235164.2料筒螺桿設(shè)計(jì) 12203165.電動機(jī)的選擇 20218945.1功率的計(jì)算 20125015.2確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 2027975.3成型機(jī)傳動裝置 21226025.3.1傳動裝置總傳動比 21162745.4V帶的計(jì)算 2227075.4.1V帶型號的選擇和帶輪直徑的計(jì)算 22208116其他零件的選擇 2970477.花鍵校核 304728.平鍵連接的校核 31234349.螺釘校核 3221874結(jié)束語 343061參考文獻(xiàn) 34414010外文翻譯 36

1緒論1.1玉米秸稈的燃燒性能我國從20世紀(jì)80年代中期起開始了成型燃料的開發(fā)研究，生物質(zhì)固體成型燃料具有易運(yùn)輸、易點(diǎn)火、燃燒效率高、燃燒性能好熱值高、火力持久、燃燒時幾乎不產(chǎn)生SO2、不會造成環(huán)境污染等特點(diǎn)，可作為工業(yè)鍋爐、住宅區(qū)供熱、農(nóng)業(yè)暖房、戶用炊事和取暖的燃料。根據(jù)查閱文獻(xiàn)可知，玉米秸稈的燃燒分為三個明顯的階段，第一階段（大致為初始溫度為150℃）為水分的蒸發(fā)，第二階段（大致為150—400℃）主要是揮發(fā)分的析出燃燒，第三階段（大致為400—600℃）是固定碳的燃燒。其燃燒主要發(fā)生在揮發(fā)分析出燃燒階段。玉米秸稈的揮發(fā)分含量大，灰分含量較低，易于著火和燃盡。著火溫度為261℃，燃盡溫度為535℃[1]。根據(jù)玉米秸稈的燃燒性能可知玉米秸稈壓縮成型后適合于做生物燃料。1.2研究目的與意義能源從柴草時期到煤炭時期，再到現(xiàn)在的石油時期，在人類社會的發(fā)展中扮演重要角色。人類消耗的主要能源長期以來一直都是石油、天然氣、煤炭等化石燃料，它們?yōu)槿祟惤?jīng)濟(jì)和社會的進(jìn)步，及生活水平的提高做出了很大的貢獻(xiàn)。人類經(jīng)濟(jì)是不斷發(fā)展的，工業(yè)也在迅猛發(fā)展，解決能源問題就變得更加的迫切。據(jù)IEA（國際能源署）發(fā)布的《IEA-世界能源展望2007》預(yù)測，全球2005年到2030年間的一次能源需求將增加55%，年均增長率為1.8%,其中化石燃料占總能源需求增長量的達(dá)到84%。和其他國家一樣，能源安全同樣是我國的國家戰(zhàn)略安全保障基礎(chǔ)之一。對我國而言，原油產(chǎn)量增長幅度較小，而石油消耗量增長幅度較大，能源短缺表現(xiàn)的日益明顯。由世界能源儲備和消費(fèi)狀況，我們可以清楚的意識作為主要能源的礦物資源是不可再生的，有一天會耗竭。在自然界中不斷再生、永續(xù)利用的可再生能源，具有取之不盡，用之不竭，循環(huán)再生的特點(diǎn)，如太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮艿?。研究、開發(fā)、利用各種可再生資源，借此節(jié)約規(guī)資源，對人類社會的發(fā)展有著重大意義。在可再生資源中，生物質(zhì)能是一種值的珍惜利用的資源。植物可以通過自身的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，并且固定和儲藏在其體內(nèi)，即產(chǎn)生了生物質(zhì)能。生物質(zhì)能在可再生能源中占有重要地位，是第四大能源，其資源也是很廣泛的，比如農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)生物質(zhì)等。其中因其農(nóng)作物的品種較多，種植面積大即數(shù)量大等特點(diǎn)，農(nóng)作物秸稈在生物質(zhì)資源中占很大的比例。對于秸稈，我國一直對其進(jìn)行了合理的利用，比如秸稈被用于燒火取暖做飯，建房避雨遮日，養(yǎng)畜積肥還田。隨著社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的變化，以及農(nóng)民生活水平的提高，傳統(tǒng)的秸稈利用方式已不能適應(yīng)。一些農(nóng)業(yè)主生產(chǎn)區(qū)秸稈資源大量過剩問題日趨突出，這些廢棄物密度小、體積膨松、占地面積大，需要一定的人力、物力進(jìn)行銷毀處理，一部分農(nóng)民采取就地焚燒秸稈的辦法處理，這樣會造成氣體的污染，煙霧使得高速公路被迫關(guān)閉，附近機(jī)場的飛機(jī)不能下降等嚴(yán)重的社會問題。研究、開發(fā)、利用各種可再生資源，借此節(jié)約常規(guī)資源，對人類社會的發(fā)展有著重大意義。開發(fā)利用生物質(zhì)能可以明顯緩解環(huán)境危機(jī)和能源危機(jī)，因?yàn)樯镔|(zhì)的燃燒緩解了煤炭等資源的消耗速度，并降低了污染氣體的排放量，實(shí)現(xiàn)了高效、潔凈化。作為可再生資源的生物質(zhì)能值得人們合理地去開發(fā)、利用。這樣可使能源得到有效利用，改善我國的能源利用和人類的生態(tài)環(huán)境，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1.3生物能源的轉(zhuǎn)化途徑目前生物質(zhì)作為能源利用主要通過以下五個途徑:(1)生物質(zhì)發(fā)酵制取乙醇,利用是甘蔗,小麥,谷類,甜菜,洋姜,秸稈等為原料,通過不同的催化酶作用將淀粉轉(zhuǎn)化為糖,然后用發(fā)酵劑將糖轉(zhuǎn)化為乙醇,再通過蒸餾除去水分和其他一些雜質(zhì),得到最后濃縮的乙醉"尤其是秸稈乙醇技術(shù)最熱門,國內(nèi)有很多高校和科研機(jī)構(gòu)正在科技攻關(guān),降低生產(chǎn)成本"河南省天冠集團(tuán)已經(jīng)投入試運(yùn)行了秸稈乙醇生產(chǎn)線,技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位.(2)生物質(zhì)產(chǎn)生沼氣,生物質(zhì)通過細(xì)菌作用進(jìn)行生物質(zhì)的分解"這個過程也是一個發(fā)酵過程,產(chǎn)生C踐和C02氣體混合物"在隔絕空氣沒有污水或者動物廢物存在的條件下,生物質(zhì)通過腐爛而生成的產(chǎn)物稱為生物氣(沼氣)"這項(xiàng)技術(shù)已基本成熟,在我國的很多農(nóng)村得到了推廣利用"(3)生物質(zhì)氣化,是通過生物質(zhì)在高溫(80()~900e)下部分氧化生成CO,C執(zhí)等可燃?xì)怏w的混合物的過程.產(chǎn)品氣可直接用于燃燒或者作為燃?xì)馔钙降娜剂?也可用作化工原料"我國秸稈氣化領(lǐng)域的領(lǐng)軍者,當(dāng)屬中國科學(xué)院的廣州能源研究所和遼寧能源研究所.上述兩個單位在生物質(zhì)能秸稈氣化學(xué)科,無論從理論還是技術(shù)方面都站在國內(nèi)的前沿"尤其是廣州能源所研制的循環(huán)流化床技術(shù),已成功進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用,進(jìn)而與發(fā)電設(shè)備配套"(4)生物質(zhì)制油,是在低溫及高的氣體壓力下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的液態(tài)碳?xì)浠衔?通過直接液化和間接液化將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成液體燃料"生物質(zhì)液化技術(shù)是最具有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能利用技術(shù)之一"目前中國科技大學(xué)的科研人員已經(jīng)成功的從秸稈中制取重油,可進(jìn)一步經(jīng)過提煉,作為燃油使用,但由于成本太高,目前還沒有推向市場"(5)生物質(zhì)固化成型,是在一定溫度和壓力作用下,將各類分散的!沒有一定形狀的秸稈，農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)原料千燥!粉碎后壓制成規(guī)則的!密度較大的棒狀!塊狀或顆粒狀等成型燃料,從而提高其運(yùn)輸和貯存能力,改善生物質(zhì)的燃燒性能,提高利用熱利用效率,擴(kuò)大應(yīng)用范圍"可以取代煤!燃?xì)獾茸鳛槊裼萌剂线M(jìn)行炊事!取暖等,也可用于工業(yè)鍋爐(生物質(zhì)燃爐，壁爐，茶水爐，發(fā)電爐)的燃料"1.4玉米秸桿轉(zhuǎn)化為燃料的可能性分析秸稈主要由纖維素,半纖維素和木質(zhì)素組成"由于植物生理方面的原因造成秸稈的質(zhì)地疏松"各種農(nóng)作物秸稈之所以能夠在不加粘結(jié)劑的情況下熱壓成型,主要是由于木質(zhì)素的存在〔,40/8"天然狀態(tài)的木質(zhì)素被稱為原本木素,是一種白色或接近無色的物質(zhì),我們見到的木質(zhì)素的顏色是在分離!制備過程中造成的"其密度在1.35一1.59#cm一,之間"木材中木質(zhì)素的含量為27%一犯%(絕干原料),禾苗類植物木質(zhì)素含量為14%~25%"由x射線衍射可知木質(zhì)素屬非晶體,目前認(rèn)為木質(zhì)素以本丙烷為主體結(jié)構(gòu),共有三種基本結(jié)構(gòu)(非縮合型結(jié)構(gòu)),即愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)!紫丁香基結(jié)構(gòu)和對梭苯基結(jié)構(gòu)"十分有意義的是,除了酸木質(zhì)素和銅氨木質(zhì)素外,原本木質(zhì)素和大多數(shù)分離木質(zhì)素為一種熱塑性高分子物質(zhì),無確定的熔點(diǎn),但具有玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度,而且較高"這種轉(zhuǎn)化溫度與其是處于濕態(tài)或者是干態(tài)關(guān)系很大,資料表明,當(dāng)溫度在70一110e時木質(zhì)素開始軟化,其粘合力開始增加"當(dāng)溫度達(dá)到200一300e時可以熔融,在此溫度下給生物質(zhì)施加一定的外力,原料顆粒開始重新排列位置關(guān)系,并發(fā)生機(jī)械變形和塑性流變"在垂直于最大應(yīng)力方向上,粒子主要以相互嚙合的形式結(jié)合,而在垂直于最小應(yīng)力方向上,粒子主要以相互靠緊的形式結(jié)合,從而使生物質(zhì)的體積大幅度減小,容積密度顯著增大,成型棒內(nèi)部咬合外部融合,并具有一定的形狀和強(qiáng)度"在除去外力和恢復(fù)常溫后,維持既定的形狀"1.5存在主要問題及今后看法秸稈在農(nóng)村的傳統(tǒng)利用在農(nóng)村面臨很多問題。秸稈燃料成型機(jī)本機(jī)是指以農(nóng)村的玉米秸稈、小麥秸稈、棉花桿、稻草、稻殼、花生殼、玉米芯、樹枝、樹葉、鋸末等農(nóng)作物、固體廢棄物為原料，經(jīng)過粉碎后加壓、增密成型，生產(chǎn)“秸稈燃料”的機(jī)器。秸稈成型的基本原理是利用壓模與螺桿間擠壓力和秸稈與模壁摩擦力相互作用原理，使物料獲得成型。物料在加工過程中無需加入任何添加劑或粘結(jié)劑。秸稈等物料中含有一定的纖維素和木質(zhì)素，其木質(zhì)素是物料中的結(jié)構(gòu)單體，是苯丙烷型的高分子化合物，具有增強(qiáng)細(xì)胞壁、粘合纖維素的作用。木質(zhì)素屬非晶體，在常溫下主要部分不溶于任何溶劑，沒有熔點(diǎn)，但有軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)到一定值時，木質(zhì)素軟化粘結(jié)力增加，并在一定壓力作用下，使其纖維素分子團(tuán)錯位、變形、延展，內(nèi)部相鄰的生物質(zhì)顆粒相互進(jìn)行嚙接，重新組合而壓制成型。本文的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個占地面積不大的秸稈成型機(jī)，即制塊部分。該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對秸稈、牧草等進(jìn)行壓縮擠出，作為燃料使用。我運(yùn)用計(jì)算機(jī)繪圖軟件，進(jìn)行秸稈飼料成型機(jī)的三維設(shè)計(jì)建模，并對齒輪軸進(jìn)行應(yīng)力分析和對齒輪以及軸承進(jìn)行壽命及強(qiáng)度分析。2.研究玉米秸稈可壓縮性經(jīng)查閱資料，得出如下圖結(jié)論：1）粉碎玉米秸稈的可壓縮性曲線可表示為指數(shù)模型2）在玉米秸稈品種和壓縮室形狀等都確定的前提下,當(dāng)達(dá)到相同的壓縮密度時,揉碎玉米秸稈的可壓縮性可以隨壓縮速度的增大而改善。初始的密度出現(xiàn)出差異,同樣的壓縮速度且達(dá)到相同的壓縮密度時,粉碎玉米秸稈的體積模量隨初始密度的增大而增大,壓縮密度越大,這種變化趨勢越明顯;且當(dāng)壓縮密度大于230kg/m3時,可壓縮性趨于減小的速度明顯加快。3在玉米秸稈品種等因素都確定的前提下,隨著含水率的增加,可壓縮性較好。4)粉碎以后玉米秸稈的最佳壓縮密度為230kg/m3左右。3.玉米秸稈成型機(jī)的初步設(shè)計(jì)構(gòu)想3.1玉米秸稈成型機(jī)的初步示意圖如下通過螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將破碎后的玉米秸稈經(jīng)加熱加壓，從矩形截面的噴嘴擠出成型燃料。

3.2動力傳動系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 動力傳動系統(tǒng)示意圖如下：電動機(jī)通過皮帶傳動同時驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)擠出產(chǎn)品圖3.23.3加熱套選型本來設(shè)計(jì)并沒有設(shè)計(jì)加熱料套。雖然轉(zhuǎn)動的螺桿對物料做功產(chǎn)生一定的熱，但并不足夠。為了使物料中的木質(zhì)素軟化熔融，外加熱能進(jìn)行補(bǔ)償可使擠壓更加充分。

4.螺桿與機(jī)筒的配合方案4.1螺桿與機(jī)筒的配合方案為了使物料在機(jī)筒內(nèi)承受逐漸增大的壓縮力，常將螺桿與機(jī)筒配合為如下三種型式：種機(jī)筒呈圓錐形，因此,機(jī)筒制造困難，很少采用。種螺桿制造較為方便，在單螺桿機(jī)上,應(yīng)用也較多。c.種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便、這種配合方式，應(yīng)用較為廣泛。選用c.種

4.2料筒和螺桿的設(shè)計(jì)4.2.1料筒的確定料筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量傳遞的穩(wěn)定性和均勻性，并影響固體輸送效率。同時，料筒的機(jī)械加工性能和使用壽命也影響到整個擠出系統(tǒng)的工作性能。料筒必須采用優(yōu)質(zhì)的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和高強(qiáng)度的材料制成。同時，還應(yīng)當(dāng)具備較好的機(jī)械加工性能和熱處理性能。常用的材料有45鋼、40Cr、38CrMoAl以及鑄鋼和球墨鑄鐵。我們選用45鋼或40Cr。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量的傳遞的穩(wěn)定性和均勻性；機(jī)筒的機(jī)械加工和使用壽命也影響到整個擠壓系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)機(jī)筒，要考慮到機(jī)筒結(jié)構(gòu)形式的選擇及機(jī)筒上加料口的形式，機(jī)筒與機(jī)機(jī)頭的聯(lián)結(jié)形式以及對機(jī)簡機(jī)械加工制造的難易問題。機(jī)頭的聯(lián)結(jié)形式以及對機(jī)簡機(jī)械加工制造的難易問題。螺桿和機(jī)筒的兩個零件組合質(zhì)量對物料的塑化，制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，都有重要影響。他們的工作質(zhì)量與制造精度，裝配間隙有關(guān)。整體式機(jī)筒，其特點(diǎn)為長度大，加工要求比較高，在加工和裝配精度上容易得到保證，也可簡化裝配工作；在機(jī)筒上設(shè)置外加熱器不易受到限制，機(jī)筒受熱均勻，但機(jī)筒的加工設(shè)備要求比較高，機(jī)筒內(nèi)表面磨損難以修復(fù)。分段式機(jī)筒，其特點(diǎn)是機(jī)械加工容易，便于改變比，只是對中難，法蘭連接處影響機(jī)筒的加熱均勻性。雙金屬機(jī)筒主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是襯套式機(jī)筒；另一種是在機(jī)筒上澆鑄一層合金箔層，簡稱為澆鑄式機(jī)筒。對于襯套式機(jī)筒而言，它可更換合金襯套，襯套可以做成整體、分段式，可節(jié)省貴重金屬，襯套磨損后可更換，可提高機(jī)筒的使用壽命，但是制造設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)時應(yīng)注意到襯套與機(jī)筒的配合，過松時易轉(zhuǎn)動，過緊時裝配又難，故在二者之間加上一個止動鍵。綜上所述，本機(jī)選用整體式機(jī)筒。加料段料筒的設(shè)計(jì)軸向開槽套筒結(jié)構(gòu)具有幾種形式，經(jīng)考慮多種因素選用如下圖的形式：圖5-2軸向開槽套筒結(jié)構(gòu)自機(jī)筒加料口前端至軸向槽結(jié)束之處套筒的軸向長度L，一般取L=(3～5)D。料筒的結(jié)構(gòu)如上圖所示,軸向溝槽的數(shù)量和螺桿的直徑大小有關(guān)，一般螺桿直徑為120mm，溝槽數(shù)目取12，凹槽寬度應(yīng)大于高聚物顆粒的最長尺寸，同時與螺桿的直徑大小有關(guān)，取10mm,槽深為4mm。加料段設(shè)置有錐形套筒時，物料在該段的螺槽種能提早形成高的壓力，螺桿在有進(jìn)料套筒和無進(jìn)料套筒的機(jī)筒中，在同樣速度下，有進(jìn)料套筒者能提高生產(chǎn)能力。加料口的選擇加料口的結(jié)構(gòu)必須與物料的形狀相適應(yīng)，是被加入得物料能從料斗自由流入螺桿而不中斷。加料口的形狀及其在料銅上的開設(shè)位置對加料性能有很大影響。加料口應(yīng)能使物料自由而高效地加入料筒而不產(chǎn)生架橋，設(shè)計(jì)時還應(yīng)考慮到加料口是否是與設(shè)置加料裝置，是否有利于清理，是否便于在此段設(shè)置冷卻系統(tǒng)。常見的加料口斷面開頭很多，如下圖所示：圖5-3加料口斷面(a)類主要適用于帶狀料的加料口，不宜用于?？坪头哿希?c)和(e)類為簡易式擠塑機(jī)上用得較多；（b）（d）（f）三種類型用得較廣泛，其中（b）類的有口壁傾斜角一般為7—15，稍大于此值，實(shí)踐證明(b)和(d)類加料口不論對粉類，科類帶粒均能很好的適應(yīng)。經(jīng)綜合考慮，決定本機(jī)采用(b)類加料口。機(jī)筒材料的選擇機(jī)筒在擠塑機(jī)擠出時受到高溫（300℃）以上，高壓（40M）的作用，成型聚乙烯等高溫仿腐蝕性氣體，這就要求機(jī)筒的硬度高，耐腐蝕性及耐磨性好。38CrMoAl氨化鋼的綜合性能好，被廣泛使用，故本機(jī)采用它來做機(jī)筒材料，其襯套材料用地合金氨化鋼。4.2.2螺桿我們選螺桿材料的選擇螺桿的工作環(huán)境：螺桿在工作時，受高溫，高壓的作用，同時受機(jī)械刮磨，且螺桿受大扭距作用，軸向力很大。使用要求：螺桿與機(jī)筒的間隙特別重要，要保證滿足要求，因此就要求螺桿在工作中變形小，耐腐蝕，強(qiáng)度高，壽命長。因此選用38CrMoAl型氮化鋼，因其綜合性能好，使用廣泛，表面硬度HRC=60用38CrMoAL氮化鋼。

螺桿的主要參數(shù)的選取與確定1螺桿直徑：我國擠出機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的螺桿直徑系列有：45、65、90、120、150、200。通常：大截面的制品所選的螺桿直徑要大一些，這對于制品的質(zhì)量、設(shè)備的利用率和操作比較有利，我們選90。螺桿長徑比L/D其生產(chǎn)率簡化公式為：其中：—螺桿的直徑（厘米）n—螺桿的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒）Q—生產(chǎn)的能力（）—第一計(jì)量段螺槽深度（厘米）—第一計(jì)量段螺桿的螺旋升角把=9.0cm，n=75.0r/min=1.250r/s，=1.0cm，=代如到以上公式可得2.軸向力的計(jì)算螺桿的軸向力是擠出機(jī)設(shè)計(jì)的一個重要參數(shù)，它是由作用在螺桿上的兩個不同部分的力組成的：螺桿頭端聚合態(tài)料對螺桿的反壓力（料的靜壓力）作用在螺桿端面上引起的，即由擠出壓力引起的軸向力，稱為靜壓軸向力；在螺桿旋轉(zhuǎn)推動聚合料運(yùn)動時，聚合料對螺桿表面摩擦阻力的軸向分力而引起的，稱為動壓軸向力。式中：—軸向力，N；—靜壓軸向力，N；—動壓軸向力，N。靜壓軸向力可以按擠出壓力與螺桿的橫截面積來計(jì)算，即：式中：—螺桿頭端聚合料的擠出壓力， —螺桿外徑，m.。動壓軸向力主要取決于料的性質(zhì)及其運(yùn)動狀態(tài)。動壓軸向力要精確計(jì)算是困難的，以下的是半經(jīng)驗(yàn)公式：式中：—料移動時的摩擦阻力，；—螺桿螺紋部分長度，；—螺桿螺紋頭數(shù)；—螺紋的導(dǎo)程，；—螺桿的軸向?qū)挾?，。在上式中，摩擦阻力?jīng)國內(nèi)測定：對排氣擠出機(jī)推薦采用：實(shí)驗(yàn)表明：僅為的1/6~1/3，即：軸向力確定：3.螺桿轉(zhuǎn)速的確定：功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系隨著轉(zhuǎn)速的增加，功率也隨著增加，但功率隨轉(zhuǎn)速增加的速率是逐漸下降的。機(jī)頭壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系隨著轉(zhuǎn)速n的增加，機(jī)頭壓力P略有增加。較大的機(jī)頭壓力可以提高半成品的致密度。但n增加時，P的增加不大，所以轉(zhuǎn)速對提高致密度的效果并不顯著。螺桿的臨界轉(zhuǎn)速在無旁壓輥的顆粒加料擠出機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時，會使進(jìn)料困難，甚至加不進(jìn)料。加不進(jìn)料時的螺桿轉(zhuǎn)速稱為螺桿的臨界轉(zhuǎn)速，它可以根據(jù)料被螺桿轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的離心力與其重力相等的條件來確定。式中：—螺桿直徑，厘米。轉(zhuǎn)速n與傳動系統(tǒng)的關(guān)系螺桿轉(zhuǎn)速越低，傳動系統(tǒng)的減速比就越大，使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速n可以通過下式計(jì)算：式中：n—螺桿的最佳轉(zhuǎn)速，； —螺桿直徑，mm；c—系數(shù)，排氣擠出機(jī)，膠料流動性差時，c值應(yīng)相應(yīng)減少。參考國內(nèi)外同類的擠出壓力機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速，確定螺桿的最佳轉(zhuǎn)速，即正常工作時的螺桿轉(zhuǎn)速為，有效工作的螺桿轉(zhuǎn)速范圍是。4.螺桿的校核螺桿與機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算的主要原始參數(shù)有機(jī)頭中物料最大壓力，螺桿的軸向作用力，以及作用在螺桿上的扭矩Mt。（1）物料在及桶內(nèi)的壓力分布物料在機(jī)筒內(nèi)由于旋轉(zhuǎn)螺桿對物料的作用而產(chǎn)生了機(jī)頭壓力，一般塑料擠出機(jī)的機(jī)頭壓力是在10左右，我國設(shè)計(jì)的擠出機(jī)一般為P=30－50;即=50。（2）螺桿的軸向力的確定螺桿軸向力的大小主要由機(jī)頭壓力，物料的物理性能，螺桿的結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)速，機(jī)筒的溫度等因素影響(6-1)式中—螺桿的軸向推力，kg—物料作用在螺桿端面上的總壓力，D—螺桿的處直徑，cm—螺桿端部的物料壓力，—在螺桿擠出時由于動載荷產(chǎn)生的附加壓力的軸向分量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出：當(dāng)機(jī)頭壓力時，；當(dāng)時，。目前從采用計(jì)算軸向力：(6-2)故有（3）螺桿的強(qiáng)度計(jì)算螺桿的連接形式成臂梁，按螺桿與減速箱中的輸出軸固定方式的不同，一般可分為緊固式和浮動式兩種，前者螺桿與傳動軸是一個零件，是配合得緊密；后者螺桿與傳動軸為兩個不同的零件，多為較松的配合連接，在擠出時其螺桿端部在機(jī)頭內(nèi)浮動，因而其自重引起的彎曲應(yīng)力可忽略，所以在實(shí)際計(jì)算時都可近似的視為一端固定的懸臂梁，在螺桿的全長上主要受物料的壓力(軸向)，克服物料的壓力所需的扭矩Mt和螺桿自重G的作用，因此對螺桿的強(qiáng)度計(jì)算可視為在上述復(fù)合應(yīng)力下螺桿根部（特別是加料段）斷面處的強(qiáng)度計(jì)算因?yàn)樵诼輻U根徑出的承載能力最差。由軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力式中D—螺桿外徑，cm—螺桿最小斷面的根徑，cm—螺桿冷卻水孔直徑，cmP—料筒中螺桿端部熔料的壓力，MPaMPa則有：由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力：，，式中η—擠出機(jī)傳動效率—抗扭斷面模量，—擠出機(jī)電機(jī)的最大傳動功率，KW—螺桿的最高轉(zhuǎn)速，螺桿自重G產(chǎn)生的彎應(yīng)力：，，N式中L—螺桿的伸出端長度，cmL=240—螺桿材料的比重，W—抗彎斷面模量螺桿的合應(yīng)力：式中式中—材料的許用應(yīng)力—螺桿材料的屈服極限—螺桿的安全系數(shù)可知所以螺桿的強(qiáng)度合適。4.2.3機(jī)筒校核機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算機(jī)筒壁厚經(jīng)查文獻(xiàn)[8]表3-8中D=120mm，可選40～50mm。由于機(jī)筒外徑與內(nèi)徑之比大于1：1，所以可按壁厚理論進(jìn)行計(jì)算，按壁厚理論，機(jī)筒內(nèi)受物料的壓力P作用時，機(jī)筒臂上每一點(diǎn)都處于三向應(yīng)力狀態(tài)，如圖6-2所示，即徑向應(yīng)力，切向應(yīng)力和軸向應(yīng)力，則對一只受內(nèi)壓力作用的壁厚容器有：圖6-1機(jī)筒受力情況（a）機(jī)筒受力分布（b）機(jī)筒應(yīng)力分布式中，—機(jī)筒的內(nèi)外徑，r—機(jī)筒厚臂任意一點(diǎn)半徑由上式可知，當(dāng)時，徑向及切向應(yīng)力均達(dá)到最大值，即：當(dāng)時，徑向切向應(yīng)力達(dá)到最小值，即：由軸向力引起的軸向拉應(yīng)力在機(jī)筒全長上不變，即：按第四強(qiáng)度理論—最大變形能量理論計(jì)算，其強(qiáng)度條件為：所以有機(jī)筒強(qiáng)度足夠。5.電動機(jī)的選擇5.1功率的計(jì)算功率主要與螺桿的壓力，螺桿與秸稈之間的摩擦系數(shù)，主軸轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)?？紤]螺桿擠壓處的面積及成型壓力引入公式[5]公式中——擠出孔內(nèi)徑l——螺桿與料接觸區(qū)長度——筒頭的開孔率p——成型壓強(qiáng)——螺桿與秸稈之間的摩擦系數(shù)介于0.1~0.2之間L——螺桿有效長度n——主軸轉(zhuǎn)速代入數(shù)據(jù)分別為帶傳動，齒輪傳動，離合器和軸承的效率5.2確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速主軸的轉(zhuǎn)速為n=210r/min，帶傳動的傳動比，一級圓柱齒輪減速器的傳動比為，總傳動比。

符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1500r/min和3000r/min，結(jié)合功率選擇，可選擇的電動機(jī)方案如下:方案電動機(jī)型號額定功率kw滿載時啟動電流A啟動轉(zhuǎn)矩N/m最大轉(zhuǎn)矩N/m電機(jī)質(zhì)量kg轉(zhuǎn)速r/min電流A效率%功率因素141295076.2910.935611.33.015602562960111.4910.937511.33.12210341147085920.915911.33.01470綜合考慮方案1較為合適，因此電動機(jī)的型號為。5.3成型機(jī)傳動裝置的總體設(shè)計(jì)5.3.1確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比電動機(jī)型號為，滿載轉(zhuǎn)速。1.總傳動比2.分配傳動裝置的傳動比前面?zhèn)鲃臃桨敢汛_定，采用兩級傳動，一級帶傳動，一級齒輪傳動，傳動方案如圖1所示。式中分別為帶傳動和齒輪傳動的傳動比。查表1[5]常見機(jī)械傳動的主要性能，表4—1[1],現(xiàn)有通用壓力機(jī)傳動參數(shù)，為使V帶傳動外廓尺寸不致過大，取，則齒輪傳動比為：5.3.2傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算1．各軸轉(zhuǎn)速電動機(jī)軸傳動軸曲柄軸2．各軸輸入功率電動機(jī)軸輸出功率傳動軸曲柄軸傳動軸、曲柄軸的輸出功率則分別為輸入功率乘軸承效率0.98，例如傳動軸輸出功率3．各軸輸入轉(zhuǎn)矩電動機(jī)軸輸出傳動軸曲柄軸：傳動軸、曲柄軸輸出轉(zhuǎn)矩分別為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承效率0.98，例如傳動軸的輸出轉(zhuǎn)矩。

5.4V帶的計(jì)算5.4.1V帶型號的選擇和帶輪直徑的計(jì)算確定V帶的基準(zhǔn)長度及傳動中心距①初定中心距即?、趲У幕鶞?zhǔn)長度為由文獻(xiàn)[3]中表3.9選取帶的基準(zhǔn)長度為：。③實(shí)際中心距的確定考慮到安裝調(diào)整和補(bǔ)償拉力的需要，中心距的變動范圍為：④主動輪上的包角的驗(yàn)算所以主動輪上的包角合適。⑤計(jì)算V帶的根數(shù)Z式中—包角系數(shù)—長度系數(shù)K—材質(zhì)系數(shù)—單根V帶所能傳遞功率的增量—單根V帶所能傳遞的許用功率由V=25m/s及，查文獻(xiàn)[1]中表10.3-21、10.3-22及文獻(xiàn)[3]中表3.6、3.7可知：采用橡膠帶則有Z=24.2/(4.8×0.86×1.07+0.89)×1.0=4.56取Z=7根。（4）計(jì)算初拉力(3-4)式中q—普通V帶單位長度的質(zhì)量，kg/m查文獻(xiàn)[1]表10.3-11，得：q=0.17kg/m則有：（5）計(jì)算軸上的壓力Q(3-5)式中Z—帶的根數(shù)—單根帶的初拉力—主動輪上的包角則有Q=25440.1sin(130.8°/2)=4281.2N（6）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)D≤300時，可采用腹板式結(jié)構(gòu)；D>300時，采用輻條式結(jié)構(gòu)。故主動輪采用腹板式結(jié)構(gòu)，從動輪采用輻條式結(jié)構(gòu)。根據(jù)查閱具體資料和文獻(xiàn)得到的數(shù)據(jù)得到結(jié)果。查文獻(xiàn)[3]表3.1知V帶截面尺寸如下：表3-2普通V帶截面尺寸截型節(jié)寬頂寬高度單位長度質(zhì)量，mmB，mmH，mmq，kg/mB1417110.17由公式可知帶輪的各個部分尺寸(3-6)式中是軸的直徑，查文獻(xiàn)[1]表8-12得，。則有查文獻(xiàn)[3]中表3.4知V帶帶輪輪槽尺寸如下：表3-3普通V帶帶輪輪槽尺寸槽型槽根槽頂高槽間距e槽邊寬基準(zhǔn)寬度輪緣厚度輪寬B槽角φB10.83.5147.5101故取(3-7)帶入數(shù)據(jù)得(3-8)帶入數(shù)據(jù)得5.5直齒圓柱齒輪的計(jì)算5.5.1.齒面疲勞強(qiáng)度的計(jì)算齒輪工作為單班制，使用壽命10年，每年300個工作日，使用期限內(nèi)工作時間占20%。功率P=37.63kw,小齒輪轉(zhuǎn)速。傳動齒輪尺寸無嚴(yán)格限制，故小齒輪用45鋼直接在軸上加工，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB~286HB平均取值為250HB。大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB~286HB平均取為240HB.轉(zhuǎn)矩齒寬系數(shù)接觸疲勞極限初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力值初步計(jì)算小齒輪直徑初步齒寬圓周速度精度等級齒數(shù)Z和模數(shù)m使用系數(shù)動載系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)載荷系數(shù)彈性系數(shù)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)接觸最小安全系數(shù)總工作時間應(yīng)力循環(huán)次數(shù)接觸壽命系數(shù)許用接觸應(yīng)力驗(yàn)算由表12.13，取=1.1由圖12.17C由表12.16初取齒數(shù)由表12.3取由表12.7由圖12.8由表12.11先求由表12.11因?yàn)槭欠菍ΨQ支撐由表12.12由圖12.22由表12.25由表12.15估計(jì)則指數(shù)又為穩(wěn)定載荷由圖12.18取取b=120mm選7級精度取結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度合適，齒輪無需調(diào)整。5.5.2確定傳動主要尺寸實(shí)際分度圓直徑中心距齒寬因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時，齒數(shù)已重新確定并圓整則5.5.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)載荷系數(shù)齒形系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)彎曲疲勞極限彎曲最小安全系數(shù)彎曲壽命系數(shù)尺寸系數(shù)許用彎曲應(yīng)力驗(yàn)算由表12.10由圖12.14由圖12.23由圖12.24由圖12.23c由表12.11由圖12.23由圖12.265.5.4幾何尺寸計(jì)算外嚙合直齒圓柱齒輪傳動計(jì)算結(jié)果(表中)(mm)名稱符號計(jì)算公式小齒輪大齒輪模數(shù)m4齒數(shù)z變位系數(shù)x嚙合角分度圓直徑d節(jié)圓直徑中心距a實(shí)際中心距中心距變動系數(shù)y齒頂高降低系數(shù)齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑齒輪寬度B6零件的選擇1鍵的選擇本設(shè)計(jì)選用的鍵有鍵A22×60GB1096-80,鍵A25×100GB1096-80,2.軸承的選擇本設(shè)計(jì)選用的軸承有軸承GB297-647210，軸承GB297-647214，軸承GB297-647216。3.螺釘?shù)倪x擇本設(shè)計(jì)選用的螺釘有螺釘GB70-85-M3×20,螺釘GB70-85-M4×20。

7.花鍵校核花鍵的主要失效形式是工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或工作面過度磨損（動聯(lián)接）。因此，靜聯(lián)接按工作面的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，動聯(lián)接按照工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度計(jì)算。動聯(lián)接花鍵強(qiáng)度條件：（6.9）（6.10）查表，則計(jì)算轉(zhuǎn)距為：（6.11）

8.平鍵連接的校核平鍵校核（以電機(jī)軸上的平鍵為例，鍵A1060）由文獻(xiàn)[1]平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核公式可知：(6-4)式中T—傳遞的轉(zhuǎn)矩，D—軸的直徑，mL—鍵的長度，mmL=60—許用應(yīng)力，=40則有=20.9MPa所以<=40MPa，所用平鍵合格。9.螺釘校核45號鋼的(6.14)(6.15)(6.16)(6.17)因?yàn)?所以強(qiáng)度合格

結(jié)論經(jīng)過三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練深刻體會到工程技術(shù)人員的艱辛，同時領(lǐng)會到將理論知識運(yùn)用到實(shí)踐中，是大學(xué)四年來知識的全面升華。通過前期的查閱，了解擠出機(jī)相關(guān)的知識，最終篩選出與單螺桿相關(guān)的擠出機(jī)文獻(xiàn)資料。之后在參考相關(guān)文獻(xiàn)和老師的指導(dǎo)下，完成了初步方案的初步設(shè)計(jì)。在確定方案后的設(shè)計(jì)過程中，盡可能將所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)最優(yōu)化。隨著一次次的改圖和方案的更改，我對螺旋壓力機(jī)有了越加深刻的認(rèn)識，最后完成的排氣擠出機(jī)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目的。在這次設(shè)計(jì)過程中，我認(rèn)為螺桿的設(shè)計(jì)是重中之重，，關(guān)鍵就是螺桿的區(qū)別，通過對排氣螺桿的進(jìn)一步改進(jìn)，螺旋壓力機(jī)在技術(shù)方面還會有更大的發(fā)展，而且對排氣螺桿的改進(jìn)還可以使整臺機(jī)器的污染量下降，對提高環(huán)境質(zhì)量有很大的提高。畢業(yè)設(shè)計(jì)在最大程度上綜合了大學(xué)所學(xué)的知識?；A(chǔ)課是為專業(yè)知識的鋪墊，為整個的理論計(jì)算提供了依據(jù)，是整個設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。我認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計(jì)是將基礎(chǔ)知識應(yīng)用到專業(yè)知識，將專業(yè)知識應(yīng)用到具體工程實(shí)踐的過程。結(jié)束語此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是繼課程設(shè)計(jì)之后，最重要的一次設(shè)計(jì)。花費(fèi)將近半個學(xué)期的時間，終于完成了此次設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)。在此期間，碰到的問題不計(jì)其數(shù)，花了大量時間閱讀外文資料和期刊，還有在網(wǎng)上搜索資料，將設(shè)計(jì)中的問題逐漸減小。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對我們大學(xué)期間所學(xué)的知識，也是一次徹底的考察。將以前學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)知識應(yīng)用到我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，再一次鞏固了專業(yè)知識，鍛煉了我們獨(dú)立思考問題，解決問題和團(tuán)隊(duì)合作的能力，同時也使我們基本掌握了設(shè)計(jì)的流程。經(jīng)歷了從查閱資料到設(shè)計(jì)計(jì)算再到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件分析，對于我們學(xué)機(jī)械的是必須要掌握的，尤其是想從事科學(xué)研發(fā)方面的工作的更加重要。還有畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們基本熟練掌握了OFFICE辦公軟件，AUTOCAD制圖軟件，等，這些為即將走上工作崗位的我們，提前做好了鋪墊。

參考文獻(xiàn)《材料力學(xué)》《鍛壓手冊》《工程制圖學(xué)與計(jì)算機(jī)繪圖》《機(jī)構(gòu)學(xué)》《機(jī)械設(shè)計(jì)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》《機(jī)械原理》《機(jī)械制造技術(shù)》《計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)》《理論力學(xué)》《螺旋壓力機(jī)》《模具制造工藝學(xué)》《曲柄壓力機(jī)》《生物燃料》15《壓力加工與現(xiàn)代先進(jìn)加工技術(shù)》

10外文翻譯英文原文：BiofueluseanditsemissionofnoxiousgasesinruralChinaWangXiaohua
,FengZhenminCollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210031,People’sRepublicofChinaReceived11August2003;accepted30September2003AbstractThisarticlediscussesbiomassresourcesanditsconsumptioninChina’sfarmingarea.In2000,theannualyieldofcrop-strawwasabout6900Mt,ofwhich54%couldbeusedasasourceofenergy.Thereasonablesupplyoffirewoodwasabout150Mt.Thetotalconsump-tionofbiofuelinChina’sruralareawas219Mtce,amongwhichcrop-strawandfirewoodaccountedfor44and56%,respectively.Theproportionoftheavailableheatfromcommer-cialenergyoverthetotalavailableheatconsumedinthecountrysidewas0.513,andbiofuelconsumptiondecreases3.8%annually.Chinaisatatransitionpointfromaperiodofnon-commercialenergytoaperiodofcommercialenergybeingthemainsourceofenergy.Thisarticlediscussesthee?ectofthedischargeofnoxiousgasescausedbytheconsumptionofbiofuel.Keywords:Biofuel;Biomassresource;Noxiousgases;Ruraldevelopment;Ruralenvironment;China1.IntroductionDuringthecourseofglobaleconomicsustainabledevelopment,humanbeingsareconfrontedwithimmensepressuresinpopulation,resourcesandtheenviron-ment.Theexploitationandutilizationofenergyisconcernedwithseveralfactors:Developingcountriesarefacedwiththechallengeofeconomicdevelopment,especiallyintheruralarea.Theenergyproblemintheruralareaiscommoninmostdevelopingcountries.Thecoreoftheproblemishowtocoordinatedevelop-mentenergy,society,economyandtheenvironment.Biofuelhasbeenasourceofenergywhichhumanbeingshaveusedsinceancienttimes.Ithasplayedanimpor-tantroleduringthehistoricaldevelopmentofhumansociety,andhasaccountedformorethan15%ofChina’senergyconsumptioninrecentyears.Fromtheenvironmentalpointofview,itispartoftheessencethatcomposestheecosystemandwillnotcausegreenhousewarmingHYPERLINK[1,2].Asaveryimportantpartofthenationalenergysystem,energysupplyandcon-sumptionintheruralareahasagreatinfluenceonthedevelopmentoftheruralsociety,economyandecologicalenvironment.Chinaisalargedevelopingagriculturalcountry,withitsruralarealargelypopulated.Theseareasusedtobescarcelysuppliedwithcommoditiesandtheconsumptionofcommercialenergypercapitawaslow.Noncommercialenergywasthemainsourceofenergyconsumption,whichwasmainlylocalbiofuel.Theincreaseinpopulationandthesterilityofsoilgaveprominencetothecontradictionbetweenthedemandandsup-plyofenergy,whichledtotheover-consumptionofthelocalbiomassresourcesandthedirectthreattotheenvironmentHYPERLINK[3–5].Withtherapiddevelopmentoftheruraleconomyandtheimprovementofpea-sants’livingconditions,theenergyconsumptionstructureoftheruralareaisundergoinggreatchanges.Thedemandforcommercialenergyisrapidlyincreas-ing,especiallyinsomeruralareaswithgoodeconomyandcommoditieswhichcon-sumethemainpartoftheavailableenergy.Thisledtothesuperabundanceoftheoriginalbiomassenergysource.Theimproperdispositionofthesuperabundantbiomasspollutedtheatmosphere,waters,andtheecologicalenvironmentHYPERLINK[6–8].Confrontedwiththepressuresfrombotheconomicaldevelopmentintheruralareaandenvironmentalprotection,Chinamustrealizethatthesustainedincreaseinthenationaleconomychangesthetraditionalproductionmodeofenergyandthewayconsumptionexploitsandutilizesbiomassenergyresources.Thisarticlediscusses:(1)thepresentsituationanddevelopmentofthebiomassresourcesanditsconsumptionintheruralareasofChina,(2)theoutflowdischargeofpoisonousgasesduetotheconsumptionofbiofuel,and(3)thechangesofthetotaloutflowdischargeintheruralareaafterthesubstitutionoffuels.2.ThesupplyofbiomassenergyresourcesintheruralareaChinaisabundantinbiomassresources,whichmainlyincludesstrawandstalkandfirewood.Accordingtothestatisticsin2000,theannualyieldofcropstrawwasabout0.69billionmetricton,whichcouldbeconvertedinto338Mtce.Recently,thestrawandstalkresourceshaveincreasedatarateof1.4%annually.Amongallthestrawandstalk,thelossesduringrecyclinginfieldandcollectionaccountfor16.2%,forage28%,papermakingrawmaterials2.1%andenergyresources53.6%.Accordingtothesurveyonforestresources,forestscovered1.34millionkm2inChinawhichreasonablysuppliesmorethan150Mtfirewoodannually,or86Mtce.Thecoveragerateofforestrosefrom8%intheearly1950’stothepresent14%.Buttheaverageforestareapercapitaisonlyonesixthofthegloballevel.Atpresent,thetotalsupplycanmeetthetotaldemand,butwithunbalanceddevelop-mentindi?erentareas.3.TheenergyconsumptionintheruralareaEnergyconsumptionintheruralareamainlyincludestheconsumptionduringtheproductionandthatofdailyuse.Theformermainlyinvolvestheenergycon-sumedinfarmproductionandtheproductionofruralenterprises,whilethelatterinvolvestheenergyconsumedincooking,baking,breeding,boilingwaterandtheuseofdomesticelectricappliances.Thetotalenergyconsumptionintheruralareain2000was670Mtce(seeHYPERLINKTable1),whichaccountedfor44%ofthe1522Mtceofthetotalnationalenergyconsumption(includingnon-commercialenergy)HYPERLINK[9].Amongthetotal,456Mtcewascommercialenergy,accountingfor35.0%ofthenationalprimarycommercialenergyconsumption(1303Mtce).Amongthetotalconsumption,coalaccountsfor43.7%,electricpower14.8%(1kWh?0:404kgce),fueloil7.9%,strawandstalk18.4%,andfirewood14.3%.Theannualgrowthrateofthethreecommercialenergyconsumptionwas7.8%,8.6%and6.5%,respectively.Althoughthecommer-cialenergyconsumptionintheruralareahasbeengrowingatarateof7.9%,theconsumptionpercapitawasonly45%ofthenationalaveragevalue,and21%oftheaveragevalueforthecity,whichshowedanobviousgap.Thecommercialenergywasmainlyusedbyenterprises,agriculturalproductionandtransportation,whichaccountedfor65%,whilethatusedindailylifeaccountedfor35%.The219Mtcenoncommercialenergyconsumedintheruralareawasusedmainlyasdomesticfuel,inwhichstrawandstalkandfirewoodaccountedfor43.6%and56.4%,respectively.Table1ThetotalenergyconsumptioninruralareaofChinain2000(Mtce)HYPERLINK[13]CommercialenergyNon-commercialenergyTotalFueloilsaCoalElectricityTotalStrawFirewoodTotalForproduction175.2745.5564.69285.51–14.9614.96300.47Forlivelihood118.017.5734.44160.02123.6080.52204.12370.00Total293.2853.1299.13455.53123.6095.48219.08670.473.1.ThepresentconsumptionsituationofbiomassenergyThetotalconsumptionofbiofuelintheruralareain2000was219Mtce,amongwhichstrawandstalkaccountedfor124Mtce,firewoodaccountedfor95Mtce,andonly15Mtceofwhichwasusedbyruralenterprises,therestofwhichwasmainlyusedinlivelihood.HYPERLINKFig.1showsthatthebiomassenergyaccountedfor55%ofthetotalenergyconsumedinlivelihood.Ifwedonottaketheelectricpowerconsumedincookingintoconsideration,thethermale?ciencyofthecoal-burningfurnacewas28%,andthatofthestrawandfirewood-burningfurnacewas18%.Thusthetotalavailableheatforcookingwas75.6Mtce,or81.3kgce(i.e.1559.2kcal/d)percapita.Thetotalavailableheatpro-videdbycoalandcharcoalandstrawandstalkandfirewood,andoilwas45.2%,29.1%,19.6%and6.1%,respectively(seeHYPERLINKFig.2).Theproportionoftheavailableheatfromcommercialenergyoverthetotalavailableheatconsumed(PAHFCE)reflectsaveryimportantindex,namely,thequalityofthedomesticenergyconsumption(DEC).ThePAHFCEintheruralareafor2000was0.513,whichindicatesthatalongwiththerapidgrowthofthefamilyincome,Chinaisattheturningpointofthetransitionfromtheperiodofnon-commercialenergytotheperiodofcommercialenergybeingthemainsourceofenergy.Thebiomassenergy’stakingtheplaceofcommercialenergyhasledtomuchoverplusofthestrawandstalkwhichsupplyanddemandusedtobeinabalance.Havingnotfoundaneconomicalande?ectivemethodtousethestrawandstalk,peasantsjustburntit,whichcausesawasteofresourcesandpollution.China’scountrysidehasbeendependantonlocalbiomassenergysource,whichwaspronetobeinsu?cientfordemand.But,relyingonlocalresources(especiallyonbiomass)toomuchmaycometotheendsothattheresourceconsumptiongoesbeyondthereasonableamountofsupply.Theexcessiveexploitationofbiomassenergysourcehasresultedinfurthersoilerosionanddecreaseoforganicsubstancecontent.ThemaincausesforChina’sruralenergyshortagearelistedasfollows.Firstly,nosu?cientnaturalenergyresourceswereavailable.Notenoughstrawandstalkswereobtainedduetotheloweragriculturalproductionlevel.Forestmountainswerenotprotectedproperly,leadingtolessfuelwoodavailable.Sec-ondly,highpopulationpressureonlimitedresourcesexited.Ruralpopulationgrowthwasobviouslyhigherthanthatofcities.Thirdly,nocommercialenergysupplywasforruralareasunderpreviousin-planeconomicsystem.Lastly,inef-ficientself-builtstoveswithheatinge?ciencylowerthan10%werewidelyused,resultinginunreasonablyhigherenergyconsumptionpercapita.Familieshadtosendtheirsurpluslabortocollecteverykindofbiomassfuels,atthecostofruralecologydestruction.Ruralhouseholdenergyshortagecausedamuchhighersocialcostthanpersonalcost.Inmostareas,the1980smarkedamajorshiftawayfromsubsistencefarmingtowardsamorecommercializedandindustrializedruraleconomy.Townshipandvillageindustrygraduallydominatedruraloutput.Morefamilieswithhigherincomeappeared.Increasedsupplyofstrawandstalksduetotherapiddevelop-mentofagriculturalproductionresultingfromahouseholdresponsibilitysystem,madeitpossibletobasicallysolvethefuelshortageproblem.HYPERLINKFig.3showsthechangeofbiomassenergyconsumptionbetween1989and1998,anditreachedtheclimaxattheendof1980s.Therewasamovementofrurallaborersoutofagri-culturetotownandvillageenterprises(TVEs)ortotownsandcities.Thetrendtowardurbanizationfirstdecreasedandthenincreasedthedemandforenergy,andalsospeededuptheneedforcleanerandmoree?cientsources,indicatingastartofruralenergycommercialization.Withrurallivingstandardsincreasedandtheimprovementofcommercialenergyavailability,thebiomassenergyistakingtheplaceofcommercialenergy,andconsequently,thetotalconsumptionofstrawandstalkandfirewooddecreasedrapidly.3.2.ThechangeofthebiomassenergyconsumptionalongwithtimeFrom1991to2000,theannualgrowthrateoftotalenergyconsumptionintherural