كيفية صنع آلة حبيبات الخشب

بناء وظيفي آلة حبيبات الخشب يتطلب إنشاء بيئة عالية الضغط حيث يتم دفع الكتلة الحيوية السائبة عبر قالب معدني لتشكيل أسطوانات وقود كثيفة. تعتمد العملية بالكامل على الاحتكاك والضغط لتسخين اللجنين الموجود بشكل طبيعي في الخشب إلى حوالي 80 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية. عند هذه الدرجة الحرارة، ينتج اللجنين مادة لاصقة طبيعية تربط نشارة الخشب معًا دون الحاجة إلى مواد لاصقة خارجية. لتحقيق ذلك في المنزل أو في بيئة صناعية، يجب عليك إنشاء نظام نقل قادر على توفير عزم دوران عالٍ عند السرعات المنخفضة، مقترنًا بقالب ومجموعة بكرات مصنوعة من سبائك الصلب المقوى. العامل الحاسم ليس فقط قوة المحرك، بل نسبة ضغط القالب، التي يجب أن تتطابق مع الكثافة المحددة للمواد الخام. إذا كانت نسبة الضغط غير صحيحة، فستنتج الآلة غبارًا سائبًا أو تحرق الخشب بدلاً من تشكيل حبيبات.

فهم التركيب الهندسي لمطحنة الحبيبات

قبل قطع المعادن أو لحام الإطارات، يجب أن تفهم التفاعل بين نظام الدفع وغرفة التكوير. آلة التكوير ليست مجرد مطحنة. إنها وحدة تكثيف.

نظام النقل

قلب الآلة هو ناقل الحركة. لا يمكنك توصيل المحرك مباشرة بعمود التكوير لأن السرعة عالية جدًا والعزم منخفض جدًا.

بالنسبة لمطحنة الحبيبات ذات القالب المسطح، تحتاج إلى علبة تروس أو محرك تخفيض. يجب تخفيض محرك قياسي بسرعة 1450 دورة في الدقيقة إلى سرعة عمود دوران تتراوح بين 100 و 200 دورة في الدقيقة تقريبًا. يؤدي هذا التخفيض إلى مضاعفة عزم الدوران. العزم العالي ضروري لدفع الأسطوانات فوق المواد الخام ودفعها عبر فتحات القالب. يستخدم العديد من هواة الأعمال اليدوية الترس التفاضلي الخلفي من شاحنة أو سيارة خردة. يعمل هذا الترس كعلبة تروس قوية بزاوية 90 درجة يمكنها تحمل ضغط كبير.

غرفة التكوير

تحتوي هذه المنطقة على القالب (لوحة معدنية مسطحة بها ثقوب) والبكرات. توضع البكرات فوق القالب. عندما يدور العمود المركزي، تدور البكرات حول سطح القالب. يؤدي الاحتكاك بين البكرة والقالب إلى التقاط المادة الخام. الهندسة هنا أمر بالغ الأهمية. يجب أن تكون الفجوة بين البكرة والقالب قابلة للتعديل، وتتراوح عادةً من 0.1 مم إلى 0.3 مم. تمنع الفجوة الأكبر من ذلك تراكم الضغط. أما الفجوة الأصغر من ذلك فتؤدي إلى تآكل المعدن على المعدن.

القوالب والمعادن

لا يمكنك استخدام الفولاذ الطري في القالب. فالطبيعة الكاشطة لنشارة الخشب مقترنة بالحرارة العالية ستدمر الفولاذ الطري في غضون ساعات.

تستخدم Lanson سبائك الفولاذ 20CrMnTi أو 40Cr في القوالب، والتي يتم معالجتها بعد ذلك من خلال المعالجة الحرارية بالفراغ. بالنسبة للبناء المنزلي، يجب عليك الحصول على فولاذ عالي الكربون. يتطلب حفر آلاف الثقوب دقة عالية. يجب أن تكون الثقوب غاطسة على جانب الدخول لتوجيه المواد إلى الداخل. يتطلب الجزء الداخلي من الثقب تشطيبًا عاكسًا لتقليل المقاومة.

الأهمية الحاسمة لنسبة الضغط (CR)

تفشل معظم آلات تصنيع الحبيبات المنزلية لأن المصنع يتجاهل نسبة الضغط. نسبة الضغط هي العلاقة بين الطول الفعال للفتحة في القالب وقطر الفتحة.

الصيغة:

إذا كنت ترغب في صنع كريات بحجم 6 مم وكان الخشب الذي تستخدمه من الخشب اللين (مثل الصنوبر)، فقد تحتاج إلى نسبة ضغط تبلغ 1:5. وهذا يعني أن سمك الثقب يجب أن يكون 30 مم. أما الخشب الصلب مثل البلوط فيتطلب نسبة ضغط أعلى، غالبًا ما تكون حوالي 1:6 أو 1:7، لتوليد حرارة كافية لتنشيط اللجنين.

حساب النسبة الصحيحة

إذا كان القالب رقيقًا جدًا، فإن الخشب يمر من خلاله بسرعة كبيرة. ولن يسخن. والنتيجة هي كومة من الغبار السائب.

إذا كان القالب سميكًا جدًا، فإن المقاومة تكون عالية جدًا. سيحترق الخشب داخل الثقب ويؤدي إلى انسداد الماكينة. وهذا ما يُسمى “الانسداد”.”

يقوم المصنعون الصناعيون مثل Lanson بتخصيص CR بناءً على المواد الخام المحددة للعميل. بالنسبة للبناء بنفسك، عليك عمومًا تخمين أو تجربة عدة قوالب، وهو أمر مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً.

عملية البناء خطوة بخطوة

يوضح هذا القسم كيفية تصنيع مطحنة حبيبات ذات قالب مسطح باستخدام قطع غيار متوفرة.

الخطوة 1: تصنيع الإطار والقاعدة

الاستقرار أمر بالغ الأهمية. الاهتزاز الناتج عن عملية التكوير شديد.

1. استخدم قنوات فولاذية شديدة التحمل من النوع C في هيكل القاعدة.

2. تأكد من أن نقاط تثبيت المحرك وعلبة التروس مستوية تمامًا.

3. أي اختلال في المحاذاة هنا سيؤدي إلى تحطم الوصلة تحت الحمل.

4. قم بلحام جميع الوصلات بالكامل. سوف تنكسر اللحامات المؤقتة أثناء التشغيل.

الخطوة 2: تعديل الترس التفاضلي الخلفي

في حالة استخدام ترس تفاضلي للسيارة:

1. أغلق التروس التفاضلية. تريد أن يقوم عمود الإدخال بتدوير المحاور مباشرة دون عمل تفاضلي.

2. قم بتركيب الترس التفاضلي عموديًا. يتم توصيل عمود الإدخال بالمحرك (عبر البكرات). يشير أحد المحاور إلى الأعلى لتشغيل مجموعة التكوير. يجب قطع المحور الآخر أو تغطيته.

3. قم بإغلاق الغطاء لمنع تسرب الزيت في هذا الوضع الرأسي.

الخطوة 3: تصنيع مجموعة الأسطوانة

يحتاج غلاف الأسطوانة إلى أخاديد لإمساك الكتلة الحيوية. فالأسطوانات الملساء تنزلق على نشارة الخشب.

1. تقوم الآلة بعمل فتحات أو ثقوب في سطح الأسطوانة.

2. قم بتركيب محامل أسطوانية مدببة شديدة التحمل داخل أغلفة الأسطوانات. تتحمل هذه المحامل الأحمال الشعاعية والمحورية.

3. يجب أن يظل العمود الذي يحمل البكرات ثابتًا (في بعض التصميمات) أو يدور (في تصميمات أخرى). في تصميم القالب المسطح القياسي الذي يمكن صنعه بنفسك، يكون القالب عادةً ثابتًا بينما تدور البكرات.

الخطوة 4: القادوس والقاطع

1. اصنع قادوسًا على شكل قمع من الصفائح المعدنية. يجب أن يغذي المواد مباشرة إلى مركز القالب.

2. قم بتركيب “قطاعة” أو سكين قطع أسفل القالب. عندما يتم بثق الحبيبات، فإنها تتدلى لأسفل. يقوم السكين الدوار بقطعها إلى الطول المطلوب. بدون السكين، تصبح الحبيبات طويلة جدًا وتكسر بشكل غير منتظم.

تحضير المواد الخام: المتغير الخفي

يمكنك بناء آلة مثالية من الناحية الميكانيكية، ولكنك قد تفشل في صنع الحبيبات. كيمياء الخشب هي المتغير.

التحكم في محتوى الرطوبة

يجب أن تحتوي الكتلة الحيوية على رطوبة تتراوح بين 12% و 15%.

• أقل من 10%: المادة جافة للغاية. مما يؤدي إلى احتكاك مفرط ويسد القالب.

• فوق 18%: المادة رطبة للغاية. تتحول الرطوبة إلى بخار داخل فتحة القالب. يتوسع هذا البخار و“يفجر” الحبيبة عند خروجها من القالب.

اتساق حجم الجسيمات

يجب أن يكون حجم نشارة الخشب التي تدخل الآلة أصغر من قطر الحبيبات التي تنوي صنعها. إذا كنت تصنع حبيبات بحجم 6 مم، فيجب أن يكون حجم جزيئات نشارة الخشب 5 مم أو أقل. فالرقائق الكبيرة تعطل منطقة الضغط. تحتاج إلى مطحنة مطرقة لسحق الخشب قبل تحويله إلى حبيبات.

مقارنة: التصنيع الذاتي مقابل آلات Lanson الاحترافية

من الضروري التمييز بين مشروع مرآب وأصل إنتاجي.

الجدول 1: المعايير الصناعية DIY مقابل Lanson

الميزة	DIY / منصة محلية الصنع	سلسلة لانسون الاحترافية
مادة القالب	الفولاذ الطري أو ألواح الخردة	سبائك الصلب (20CrMnTi) + المعالجة الحرارية بالفراغ
التفاوتات المسموح بها	+/- 1.0 مم (قياس يدوي)	+/- 0.02 مم (مصنعة بواسطة آلة CNC)
عمر المحرك	يعتمد على الأجزاء المستخدمة	محركات Siemens/WEG من الدرجة الصناعية
التشحيم	مسدس تشحيم يدوي	نظام تداول الزيت الأوتوماتيكي
المخرجات	10-50 كجم/ساعة (غير ثابت)	500 كجم – 20 طن/ساعة (مستمر)
السلامة	الحد الأدنى	حماية من الحمل الزائد وإيقافات الطوارئ

لانسون تستخدم الآلات تصميم قوالب حلقيّة عموديّة في طرازاتنا المتقدّمة. وهذا يسمح للجاذبيّة بتغذية المواد بشكل متساوٍ. آلات DIY هي تقريباً من النوع ذي القوالب المسطّحة حصرياً لأن القوالب الحلقيّة يستحيل تصنيعها بدون مركز CNC خماسي المحاور.

دراسة حالة: الترقية من التصنيع الذاتي إلى التصنيع الصناعي

ملف تعريفي عن العميل: GreenEco Biomass Ltd.

الموقع: أوريغون، الولايات المتحدة الأمريكية

الإطار الزمني: فبراير 2023 – أغسطس 2023

التحدي:

حاول مؤسس GreenEco توسيع نطاق الإنتاج باستخدام أربع مطاحن حبيبات مصنوعة يدويًا. تم تصنيع هذه الوحدات باستخدام تروس شاحنات وإطارات ملحومة. بحلول فبراير 2023، أصبحت تكاليف الصيانة باهظة. كانت الآلات تتطلب استبدال المحامل كل 40 ساعة من التشغيل. علاوة على ذلك، كانت كثافة الحبيبات تتفاوت بشكل كبير. اشتكى العملاء من أن الحبيبات تتفتت أثناء النقل.

حل لانسون:

اتصلت GreenEco بشركة Lanson في مارس 2023. قمنا بتحليل المواد الخام الخاصة بهم، والتي كانت عبارة عن مزيج من نشارة خشب الصنوبر الدوغلاسي والأرز الأحمر. تطلبت نسبة الراتنج العالية في الخشب اللين نسبة ضغط محددة لم تتمكن القوالب المصنوعة يدويًا من الحفاظ عليها.

قمنا بتركيب مطحنة حبيبات Lanson L-508 Ring Die Pellet Mill. وقد حلت هذه الوحدة محل جميع الآلات الأربع التي تم تصنيعها يدويًا.

النتائج (بيانات أغسطس 2023):

1. الناتج: زادت من 300 كجم/ساعة (DIY مدمج) إلى 1.5 طن/ساعة.

2. الطاقة: انخفض استهلاك الكهرباء بمقدار 35% لكل طن من الحبيبات المنتجة.

3. العمل: تم تخفيض عدد المشغلين الذين يراقبون الآلات من اثنين يعملان بدوام كامل إلى مشرف واحد يعمل بدوام جزئي.

4. الجودة: ارتفع مؤشر متانة الحبيبات (PDI) من 88% إلى 97.5%.

توضح هذه الحالة أنه على الرغم من أن فهم كيفية صنع آلة حبيبات الخشب أمر تعليمي، فإن الجدوى التجارية تتطلب دقة صناعية.

توافق المواد ونسبها

تتطلب الأخشاب المختلفة مواصفات قوالب مختلفة. يوفر الجدول التالي بيانات لاختيار الإعداد المناسب.

الجدول 2: إرشادات ضغط الكتلة الحيوية

المواد الخام	الصلابة	نسبة الضغط الموصى بها	الملاحظات
الصنوبر / التنوب	ناعم	1:5 – 1:5.5	ارتفاع نسبة اللجنين يجعل عملية الربط أسهل.
البلوط / الزان	صعب	1:6 – 1:7	يتطلب ضغطًا أعلى للالتصاق.
قش / عشب	ناعم جدًا	1:8 – 1:9	غالبًا ما يحتاج إلى إضافة مادة رابطة (زيت أو نشا).
الخيزران	صعب جدًا	1:6.5	شديد الكشط على القالب.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها في مشكلات التصنيع الشائعة

عندما تقوم ببناء جهازك الخاص، فإنك تصبح فني الصيانة. فيما يلي الأعطال الأكثر شيوعًا وحلولها.

الجدول 3: دليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها

الأعراض	السبب المحتمل	الإجراء التصحيحي
لا تخرج حبيبات	القالب مسدود أو القالب الجديد لم يتم تشغيله بعد.	احفر الثقوب. صقل الثقوب بمزيج من الزيت والرمل ونشارة الخشب.
الحبيبات قابلة للتفتت	محتوى الرطوبة منخفض جدًا أو الضغط غير كافٍ.	أضف الماء إلى الخليط. تحقق من الفجوة بين الأسطوانة والقوالب.
الحبيبات منتفخة/متشققة	محتوى الرطوبة مرتفع للغاية.	جفف المادة الخام. قلل الرطوبة إلى أقل من 15%.
الآلة تهتز بشدة	المحامل متآكلة أو التجميع غير متوازن.	قم بموازنة العمود الرئيسي. افحص لحامات الإطار الأساسي.
توقف المحرك	الحمل مرتفع جدًا أو يوجد انسداد.	قلل معدل التغذية. تحقق من عدم دخول حطام معدني إلى الحجرة.

دور المعالجة الحرارية في إطالة عمر القوالب

إحدى العمليات التي لا يمكنك تكرارها بسهولة في مرآب منزلك هي المعالجة الحرارية.

عندما تصنع Lanson قالبًا، نقوم بتشكيله بينما الفولاذ “لين”. بعد حفر آلاف الثقوب، يدخل القالب إلى فرن. يتم تسخينه إلى درجات حرارة قصوى ثم يتم تبريده. يؤدي ذلك إلى تغيير البنية الجزيئية للفولاذ، مما يجعله صلبًا للغاية.

القالب المصنوع يدويًا من الفولاذ العادي سوف يتآكل في غضون أيام. وستصبح الثقوب بيضاوية الشكل. هذا التغير في الشكل الهندسي يؤدي إلى تدمير نسبة الضغط. وستتوقف الآلة عن إنتاج الكريات وتبدأ في إنتاج الغبار. إذا كنت تقوم ببناء آلة، فغالبًا ما يكون شراء قالب وعلبة بكرات جاهزة ومعالجة حراريًا من مورد أكثر ذكاءً من محاولة حفرها بنفسك.

اعتبارات السلامة

آلات تصنيع الحبيبات خطيرة. فهي تتضمن أوزانًا دوارة ثقيلة وعزم دوران عاليًا.

• مسامير القص: أضف مسمار قص إلى خط الدفع. إذا سقط مسمار أو حجر في القالب، فسوف تتعطل الآلة. بدون مسمار القص، سوف يؤدي عزم الدوران إلى التواء العمود الرئيسي أو احتراق المحرك. المسمار ينكسر لإنقاذ الآلة.

• الحرارة: يصل رأس القالب إلى درجات حرارة تزيد عن 90 درجة مئوية. لا تلمسه أثناء التشغيل.

• الغبار: غبار الخشب قابل للانفجار. تأكد من أن مكان عملك يتمتع بتهوية كافية.

الخلاصة والخطوات المستقبلية

يعد تصنيع آلة حبيبات الخشب تحديًا هندسيًا معقدًا يتضمن علم المعادن وميكانيكا النقل والديناميكا الحرارية. في حين أن نهج "افعلها بنفسك" ممكن بالنسبة لهواة الصناعة الصغيرة، إلا أن القيود في التسامح وصلابة المواد غالبًا ما تحد من الإنتاج والعمر الافتراضي. بالنسبة للشركات التي تسعى إلى إنتاج وقود للبيع أو للتدفئة على نطاق واسع، فإن الاعتماد على الآلات الاحترافية يضمن الاتساق.

لانسون متخصصة في تحويل نفايات الكتلة الحيوية إلى قيمة. نحن نفهم الفروق الدقيقة في نسب الضغط ومتانة المحرك.

هل ترغب في أن يقوم فريقنا الهندسي بحساب نسبة الضغط الدقيقة اللازمة لموادك الخام المحددة؟ اتصل بنا اليوم للحصول على تحليل مجاني للمواد.

الأسئلة الشائعة (FAQs)

1. هل يمكنني استخدام محرك غسالة ملابس في مصنع حبيبات الخشب؟

لا. عادة ما تفتقر محركات الغسالات إلى العزم اللازم لعملية التكوير. فهي مصممة للعمل بسرعة عالية ومقاومة منخفضة. تحتاج مطحنة التكوير إلى محرك صناعي عالي العزم، عادةً ثلاثي الأطوار، يتراوح من 5 حصان إلى 50 حصان حسب الحجم.

2. هل أحتاج إلى إضافة غراء أو مواد رابطة إلى الخشب؟

بشكل عام، لا. يحتوي الخشب على مادة اللجنين. عند ضغطها وتسخينها، تصبح مادة اللجنين سائلة وتعمل كغراء طبيعي. ومع ذلك، بالنسبة للمواد التي تحتوي على نسبة منخفضة من مادة اللجنين (مثل القش أو الخشب القديم والجاف)، يمكن أن تساعد إضافة كمية صغيرة من الزيت النباتي أو النشا في هذه العملية.

3. ما هي مدة صلاحية القالب المصنوع منزليًا؟

إذا كانت مصنوعة من الفولاذ الطري دون معالجة حرارية، فقد تدوم القالب من 10 إلى 50 ساعة من التشغيل. قوالب فولاذية معدنية محترفة معالجة حرارياً من لانسون يمكن أن تدوم من 800 إلى 2000 ساعة حسب درجة خشونة المادة الخام.

4. لماذا تتفتت حبيباتي؟

عادة ما تكون هذه مشكلة رطوبة. إذا كان الخشب جافًا جدًا، فلن يلتصق. إذا كانت نسبة ضغط القالب منخفضة جدًا بالنسبة لنوع الخشب، فلن يتم توليد ضغط كافٍ لتنشيط اللجنين.

5. ما هو أفضل عدد دورات في الدقيقة لآلة تصنيع الحبيبات ذات القالب المسطح؟

يجب أن تتراوح سرعة دوران القالب أو الأسطوانة عادةً بين 100 دورة في الدقيقة و 300 دورة في الدقيقة. تؤدي السرعات الأعلى من ذلك إلى توليد قوة طرد مركزي وحرارة زائدة، مما قد يؤدي إلى حرق الحبيبات قبل تشكيلها.

6. هل يمكنني تحويل رقائق الخشب الرطبة إلى حبيبات؟

لا. يجب تجفيف رقائق الخشب أولاً. يجب أن يكون محتوى الرطوبة أقل من 15%. سيؤدي الخشب الرطب إلى توليد ضغط بخار داخل القالب، مما يتسبب في انفجار الحبيبات إلى مادة سائبة عند الخروج.

7. كم يكلف بناء آلة حبيبات DIY؟

إذا قمت بجمع قطع غيار (خردة معدنية، تروس سيارات مستعملة، محركات مستعملة)، فقد تتمكن من بناء واحدة بتكلفة تتراوح بين $500 و $1000. ومع ذلك، فإن شراء مكونات جديدة، خاصة القوالب والبكرات، سيرفع التكلفة إلى أكثر من $2000، وعند هذه النقطة يصبح شراء آلة صغيرة للمبتدئين أكثر جدوى.

8. ما الفرق بين القالب المسطح والقالب الدائري؟

تقوم آلة القالب المسطح بضغط المواد عموديًا من خلال لوحة أفقية. وهي أبسط ومناسبة للاستخدام على نطاق صغير. تقوم آلة القالب الحلقي بتدوير حلقة عمودية، وتقوم البكرات بضغط المواد للخارج. آلات القالب الحلقي (مثل لانسون النماذج الصناعية) أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ومتانة للإنتاج التجاري بكميات كبيرة.

9. كيف يمكنني تجهيز قالب جديد؟

تحتوي القوالب الجديدة على خدوش مجهرية خشنة داخل الثقوب. يجب تشغيل مزيج من الزيت والرمل الناعم ونشارة الخشب في الماكينة لمدة 30-60 دقيقة. هذا يعمل على صقل الثقوب. إذا تخطيت هذه الخطوة، فمن المحتمل أن تتعطل الماكينة على الفور.

10. هل يمكنني مزج أنواع مختلفة من الخشب؟

نعم، ولكن يجب أن تكون حذراً. إن خلط خشب البلوط الصلب مع خشب الصنوبر اللين يغير الكثافة المتوسطة. يجب خلطهما جيداً قبل مرحلة الطاحونة المطرقية لضمان دخول مزيج متجانس إلى مطحنة الحبيبات. تؤدي الخلطات غير المتجانسة إلى أطوال حبيبات غير متساوية وزيادة أحمال المحرك.