CN101367271B - 一种可移动的生物质致密成型设备及成型轧辊 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可移动的生物质致密成型设备，其具有一机架，机架上固设粉碎装置和成型装置，粉碎设备的出口在成型设备的进料口上面；成型装置为一个对辊式成型装置，其包括一对可转动且其间距可调地固定在所述机架上的凹凸对辊，每个辊子的圆周表面设有凹模部和凸模部，在所述辊子的凹模部上设有径向成型孔，在该辊子的轴心沿其轴向设有轴向通孔，该径向成型孔与该轴向通孔连通。本发明提供的可移动的生物质致密成型设备采用冷成型技术，一次性致密成型，无须烘干、加热及冷却，能耗低，效率高，成本低，生物质原料可以在产地加工，方便使用；将动力输入设计适合于电力及柴油机来适应地块分散、缺少电力的区域，充分利用资源，惠及广大农民。

Description

一种可移动的生物质致密成型设备及成型轧辊

技术领域

本发明属于生物质致密成型加工技术领域，涉及的是一种可移动的生物质致密成型设备，还涉及该设备中的成型压辊。

背景技术

目前，广泛使用的生物质致密成型加工，是把生物质原料运输到专门的加工厂里进行的，原因在于现有成型设备可移动性差；生物质主要是农作物的秸秆、薪柴等作物、植物，将这样分散在各处、松散的生物质原料长距离搬运至加工厂，需要付出昂贵的收集、运输及储存费用；加工成型后产品还要再运出给用户，有时候就是返给提供生物质原料的原有用户使用。这样集中加工导致了二次搬运的麻烦和浪费。有些生物质能源地处偏僻地块，无法将该处的生物质有效转化成致密型产品，造成资源浪费。

在现有的成型设备中通常要有对原料烘干降低其含水量的装置，烘干装置能耗较大，结构也比较复杂，且使得设备的可移动性更差。

现有成型装置有螺旋挤压成型、压模式成型和活塞式冲压成型几种类型。

螺旋挤压成型方法，是利用生物质的木质素在加热到适当温度(130-200摄氏度)下会软化的特性，将生物质加热，然后加压使其固化成型。此方法中，原料需要干燥至含水率13％以下，粉碎后利用螺旋挤压机在高温下挤压成型，成形后需要冷却降温。干燥、加热、挤压及冷却等过程的能耗都非常高，一般情况下，每生产一吨生物质致密成型产品的耗电量都高于100千瓦时，有的甚至达每吨200千瓦时；而且，螺旋挤压件工作环境恶劣，寿命非常短，螺杆的寿命通常只有几百小时，甚至不足100小时。

压模式成型装置，包括环模式、平模式及对辊式几种结构。环模式及平模式成型装置，包括压辊和一个具有成型孔的环模或平模组成，使用中，压辊在具有成型孔的环模或平模上的环面或平面上滚动，将一定细度的原料压进成型孔中挤压成型。在压辊相对于环模或平模滚动将料压入成型孔过程中，压辊与物料之间打滑而使将物料压进成型孔出现困难，因此，降低了设备的工作效率，再有，由于滑动生热也使得物料在其成型过程中温升很大，一般成型孔出口处物料的温度都在90℃左右。压制出温度这样高的颗粒，一般都要进行冷却，然后才可以进行包装、运输等。冷却也增大了能耗。同时，由于滑动摩擦生热，使得环模及压辊温度升高，工作环境恶劣，致使其使用寿命降低。另外，在环模式成型中，压辊比环模或平模的磨损严重，需要频繁更换。为了提供其耐磨性，在制作时要对零件表面作高频淬火处理，因而费用昂贵。

现有技术中的对辊式成型方法一个是在空心的柱状压辊表面开成型孔，其成型方式与环模式及平模式成型方式基本相同，存在的问题也大同小异；另外一种方法是在对辊表面开成型槽，利用对辊压力，将槽中物料成型，这种成型方法制出的颗粒密度较低，容易散开，所以，往往需要根据情况在原料中添加粘结剂。

活塞冲压式成型装置，对原料的含水率要求不高，允许原料含水率高达20％左右。成型机通常不用加热，但成型物密度稍低，容易松散，工作部件与螺旋挤压式成型机相比，明显改善了工作条件，但由于存在较大的振动负荷，所以机器运行稳定性差，噪音较大。

现有成型方法如在干燥原料和成型工序中的加热，用电负荷很高，受加工条件的限制，有些生物质能源地处偏僻地块，缺少电力或电力不足，不能设置成型加工点，而那些偏僻处生物质原料量小分散，因此，也无法有效转化成致密型产品，造成资源浪费；

另外，现有的加工方法成本高，不方便农民使用，这些也影响了农民将秸秆等生物质制成致密的颗粒用作燃料的积极性，因而，也很难形成产业化。

专利号为00100122.1的中国专利公开了一种“秸秆燃料、饲料压型机”，它包括对秸秆进行粉碎、搅拌、冲压成型几个装置。该成型机中的各个设备都放置在一个带有脚轮的底板上，这解决了定点加工、不易移动的缺陷，但是，仍然需要对原料加热，因此，仍没有摆脱能耗高的缺点，虽然该工艺所使用的各个设备可以方便地移动，但是，其较高的能耗和用电量以及非常重的自身重量，仍然制约了其前往各个地方、特别是电力缺乏的偏僻处加工处理生物质的使用；而且，处在高温下的工作部件，工作条件恶劣，使用寿命短。

专利号为03118876.1的中国专利公开了一种“饲料、燃料作物秸秆成型生产成套设备”其包括对原料脱水、烘干设备，而且需要有预压装置，因此，仍然没有摆脱投资大、能耗高、机动性差的缺点。

申请号为200610017153.2名称为“一种生物质秸秆成型机”，虽然放宽了生物质原料的含水率，不设烘干装置，但是成型时仍需要加温，采用热成型技术，仍没有摆脱能耗高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术中生物质致密成型设备能耗高、设备易磨损的不足，提供一种不需要对原料进行干燥、成型也无需加热的可移动的生物质致密成型设备，该设备从各个组成装置入手降低能耗；较低的能耗可以适应广大农村包括电力不足的偏远地区使用，将加工现场设在生物质原料产地，降低运输费用；

本发明进一步的目的在于提供一种在没有电源的地方也可以使用的生物质致密成型设备。

本发明的另一个目的在于提供一种生物质致密成型压辊。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

本发明提供的可移动的生物质致密成型设备，具有一个机架，在该机架上固设粉碎装置和成型装置，其特征是：所述成型装置为一个对辊式成型装置，粉碎设备排料口与所述对辊式成型设备的进料口相关联，使得粉碎设备出口排出的碎屑输入到所述对辊式成型设备的进料口中；所述对辊式成型装置包括一对可转动且其间距可调或不可调地固定在所述机架上的凹凸对辊，每个辊子的圆周表面设有凹模部和凸模部，在所述辊子的凹模部上设有径向成型孔，在该辊子的轴心沿其轴向设有轴向通孔，使之成为空心辊，该径向成型孔与该轴向通孔连通；两个辊子的安装间距为：一个辊子的一个凸模部嵌入到另一辊子的凹模部的凹陷处，相互嵌合时，所述凸模部的端头压抵在所述成型孔的孔口处；在该机架上设有一传动机构，该传动机构连接动力源，所述粉碎装置和成型装置的主动件与该传动机构连接。

在机架上可以设有脚轮，使之可以被拖动行走。

在作业时，生物质原料首先在粉碎步骤中粉碎成碎屑，然后，粉碎的碎屑进入对辊式成型设备中进行成型加工，碎屑落在轧辊的凹模部中，在凸模部进入凹模部和相互嵌合过程中，凸模部将落到凹模部中间的碎屑压入凹模部上的径向成型孔中并施压，压结成型，从径向成型孔的位于轴向通孔中的孔口排出。

本发明提供的成型设备中的所述粉碎装置，可以包括一个铡切机构，在其进口处可以设有一个进料机构，所述进料机构可以使用现有技术中多种结构的进料机构，比较简单和常用的可以是：包括可转动地固定在机架上的一个压辊和与之对应静止地固定在机架上的一个进料导板，其间形成进料口和出料口，在出料口处固设所述铡切机构。该铡切机构可以是滚切机构或揉切机构。例如其为揉切机构，包括一个与所述传动机构连接的转盘，在该转盘上圆周方向上铰接设置一把或几把铡刀片，该铡刀片的转动轨迹与前述进料机构的出料口相交。由此，可以对进料机构出料口排出的细长的生物质原料进行横向铡切生成碎屑。如果铡切机构为滚切机构，则该滚切辊设置在机架上，与传动机构连接得到转动动力，滚切辊的滚切刀的轨迹与进料口的原料相交。铡切机构在现有技术中种类很多，其它铡切机构也都可以用于本设备中。

更进一步地，对应于加工较粗的秸秆，如玉米杆、高梁杆等，在所述粉碎装置前面的机架上，设置一预先破碎步骤，其包括一个可转动地固定在机架上的压辊，在压辊的下面为固定在机架上的一静止的进料导板，所述压辊与所述传动机构连接获得动力，该压辊的圆周面上固定有若干劈刀，其刀刃垂直于压辊的轴线设置，所述劈刀在压辊的圆周方向上排成一排设置，同一排相邻劈刀之间设有间隙，在压辊的轴线方向上设置若干排劈刀，相邻两排劈刀中的各劈刀相错设置。

在所述预先破碎装置中，将生物质原料纵向放入压辊和进料导板之间的间隙中，压辊在输送原料的同时将秸秆压扁，并沿其纵向劈开；被劈开成细长形状的物料纵向进入粉碎装置，进行横向铡切。接着，将铡切粉碎后的生物质碎屑落入对辊式成型机，压缩致密，成型为生物质颗粒产品输出。

该劈刀可以是楔形刀片、三角形刀片或矩形体块形刀具，其刀刃长度一般可以是5-25mm，优选20mm；相邻两排劈刀的间距可以在5-15mm，优选10mm。压辊到进料导板之间的间距小于生物质原料的径向尺寸。

在与劈刀对应位置的进料导板上设有劈刀槽，劈刀的端部置于该劈刀槽中设置。

在粉碎装置前面设有包括一个压辊和与之对应静止地固定在机架上的一个进料导板组成的进料机构的情形下，该进料机构中的压辊就可以是所述预先破碎装置中的带有劈刀的压辊。

在成型步骤后面最好还设有切断装置，将压制成型的条状产品切断成为大小均匀的生物质致密颗粒。

具体地，可以在所述辊式成型设备的对辊的压成产品的出口处设有回转切断刀具，该切断刀具可以固定在机架上，探伸到所述辊子的轴向通孔的孔口内径向成型孔孔口上，辊子转动，切断刀与从成型孔输出的条状产品形成相对运动而切断之，形成生物质致密颗粒。

使用上述设备加工的生物质原料，可以是农作物秸秆，荆棘杂草等，加工较粗的生物质如玉米、高梁秸秆时，将秸秆纵向送入进料机构，预先破碎装置中的压辊与进料导板将秸秆压扁，并沿纵向劈开，被压扁并劈开的秸秆再进入铡切式粉碎机构被铡切成碎屑，最后进入成型装置的进料斗，落入到辊面为凹凸模结构的凹凸式的一对轧辊上，经过凹凸式对辊压缩后成型。如果是较细的生物质，如麦秸或稻草，则只是对其进行横向铡切，例如通过不带劈刀的压辊和静止的进料导板之间的输送进入粉碎机构进行横向铡切的粉碎步骤，然后通过对辊成型即可。

本发明还提供一种生物质致密成型用轧辊，该辊子的圆周表面设有凹模部和凸模部，所述辊子的凸模部和凹模部的外廓的形状为：该凸模部的外廓为对称的外凸弧形表面，与凹模部对称的内凹弧形表面吻合，使得在两个轧辊相对转动时凸模部与凹模部形成相嵌或称为啮合结构；在所述辊子的凹模部上设有径向成型孔，在该辊子的轴心沿其轴向设有轴向通孔，使之成为空心辊，该径向成型孔与该轴向通孔连通。

本发明提供的加工设备，其中的粉碎装置具有独到之处，其不是将原料放入粉碎机杂乱地进行粉碎，而是将细长的原料纵向输入粉碎机，通过横向铡切，粉碎成一定的细度，对于例如玉米或高梁等较粗的秸秆，在横向铡切粉碎之前设置一个预破碎机构，将其压扁且纵向劈开成细长物，然后再在如粉碎细长原料一样地横向铡切粉碎。这样的粉碎或预破碎加粉碎装置可以高效率地将物料粉碎成所要求的细度。再有，与现有技术中的粉碎装置相比，同样的粉碎细度下能耗较低，对降低整个设备的能耗作出贡献。

本发明提供的生物质致密成型装置设计成带有凸模部和凹模部的一对轧辊，其成型方式与现有技术中的成型方式大不相同。其没有了现有技术中螺旋式成型升温磨损的问题，也解决了现有环模型、平模型和某些对辊压辊在环模等上面打滑的问题，两个压辊的理论啮合线的分度圆是处于纯滚动的作用方式，凸模部可以压到凹模部的成型孔的孔口，对于其中碎屑的施压可以是高效的。因此使用本成型装置，其中生物质原料的含水率一般不大于30％的都可以加工。对于成熟的农作物秸秆，一般情况下，含水率都不会大于30％。因此，本加工方法不需要对原料进行烘干等干燥处理。这样，使得设备更加简单，成本低、重量轻，能耗也大大降低。对于本发明的加工方法，原料较高的含水率一般更容易成型，这是因为生物质粒子在相互填充、镶嵌的过程中水可以起到润滑作用，使成型过程变得容易。

用本发明提供的成型设备实施生物质成型，成型温度一般不会大于70℃。本加工过程中的成型压力在30-120MPa之间即可。

使用本可移动的生物质致密成型设备，对原料的含水量要求较宽松，原料不需烘干，成型设备也不需要加热，主要依靠在压力作用下，生物质的粒子相互填充、镶嵌压缩成型。由于大多数秸秆类生物质其结构较疏松，粒子间的空隙较大，在压力作用下相互挤压、填充而使结构更密实。而细胞中的水分可以起到润滑作用，加速这一过程的实现。细胞壁中含有的主要多糖为纤维素、木质葡聚糖和果胶类多糖，在填充、镶嵌过程中这类物质起着粘结剂的作用。理论上讲，颗粒越小，压力越大，其硬化效果越好。由于本工艺在成型之前设置的压扁(压碎)、纵向劈切、横向铡切使生物质的各种组织充分暴露，因而，使得这种镶嵌、填充更加容易，由此，可以降低压力，节省能耗。

本可移动的生物质致密成型设备压制的产品颗粒的密度一般在0.9-1.3吨/立方米。这样的密度完全适用于用作燃料、饲料等用途。

在轧辊成型过程中，最好监测成型温度和/或压力，可以在轧辊的成型孔设置温度和/或压力传感器，监测压辊的温度和压力。

设于所述成型孔中的温度传感器和/或压力传感器上的导线和数据传输线通过所述辊子的所述轴向通孔引出，可以与一显示屏连接，使得得到的温度和/或压力值通过显示屏显示，操作者通过显示的相应数据，通过调节对辊的间距调节成型温度和/或压力。

所述成型设备中自生物质原料给料到压缩致密成型产品出料的整个加工过程所需零、部件及自动控制装置布置于一个机架上；机架上装有小轮，使得设备可以用动力等拖动而移动；由此，本加工方法使用的整台设备具备机动性，其可以用农村常用的农用机动车拖动转移，也可以装载在农用车上转移，在生物质原料产地进行就地加工。由于本发明提供的方法和使用的设备的独特，可以使得本设备的重量控制在该机器每小时生产生物质致密颗粒重量的两倍。例如，设备的生产率是300千克/小时，则机器的重量可以在600千克左右。现有技术中一般使用的柴油发动机牵引的农用车的载重量为2-3吨，在该车上放置本发明使用的设备，其外，在车上还留有盛放加工好的生物质致密颗粒的地方。

本加工设备中的各机构通过传动机构连接，其总传输轴可以连接一电机，或农用柴油机作为驱动动力。还可以采用牵引本成型设备的农用车本身的动力柴油机。其连接结构在现有技术中种类繁多，在此不再赘述。

通过设置监测控制对辊的压力和温度的传感器，及时调节轧辊的间距，调节凹凸对辊的成型压力，使压力不致过小不成型，也不致压力过大而浪费动力。该机构即确保了成型加工质量，又能够减少能耗。

在本发明提供的可移动的生物质致密成型设备，对于原料的含水率适应较宽，原料不需要烘干，采用冷压技术致密成型，再有，由于本加工设备中设置了预先破碎设备对原料进行的压扁劈切处理，粉碎中采用横向铡切的粉碎方式，这样就大大降低了粉碎能耗；设置压力温度监测装置，本设备通过各个工序的装置设计降低能耗。各加工工段对应的机构集于一机，且方便移动、运输，另外，本加工设备中的各个对应机构连接的驱动装置同时适用电机与柴油机，使分散、偏远地区的生物质资源也能得到利用。因此，本加工设备的能耗一般为，生产一吨生物质颗粒消耗电能不超过80千瓦时，比现有技术中的相应设备显著节能。

因此，本发明提供的可移动的生物质致密成型设备具有一次性致密成型，无须烘干及加热，能耗低、效率高、成本低的优点，另外，由于对辊成型装置中的两对辊的相互嵌合的结构可有效地将碎屑压入成型孔，故此本设备的一次成型率可达到85-95％，略高于现有技术中的同类水平，生产率较高。使用本设备，生物质原料可以在产地加工，不需要干燥，也不需要加温，原料的湿度通常在30％以下即可加工，方便使用；将动力输入设计适合于电力及柴油机来适应地块分散、缺少电力的区域，充分利用资源，惠及广大农民。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明提供的生物质致密成型加工方法所使用的全套设备的结构示意图；

图2为一种进料压扁劈切机构的结构示意图；

图3为图2所示的压扁劈切机构机构中压辊的展开结构示意图；

图4为本发明提供的生物质致密成型加工方法中使用的轧辊式成型机构中一对轧辊上凹凸表面的结构示意图；

图5为在如图4所示的轧辊上安装压力传感器的结构示意图。

图6为本发明提供的一种传动系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供的生物质致密成型加工设备具体举例，用于粉碎玉米秸秆，其加工工艺流程包括对原料的预先破碎、粉碎和对辊式成型几个步骤；预先破碎步骤又分为压扁和劈开两个分步骤，在所述预先破碎步骤中，将生物质原料先压扁，再沿其纵向劈开；然后，在下面的粉碎步骤中，将压扁并纵向劈开的细条状生物质送入粉碎机构进行横向铡切；接着，将铡切粉碎后的碎屑通过一道筛网，大小合格的碎料落入对辊式成型机，进行压缩致密成型，制出具有一定密度的生物质颗粒产品输出。

本加工方法可以在如图1所示的一套整体设备中进行。其包括一个机架1，其上固设机架车轮8。在机架上固设一电机05或柴油机，其输出轴与减速箱7的输入轴04相连接，输出轴04通过皮带传动机构03连接粉碎机构4，粉碎机构4再通过一链传动机构01连接一预先破碎机构的压辊13；该减速箱7的输出轴通过一皮带传动机构02连接成型机构对辊中的一个轧辊17，两个轧辊16、17之间设置链传动机构021，使得两个压辊转向相反、转速相同的转动(见图6)。各个传动机构向相应机构提供适合的速度、转向及动力。在减速箱的输入轴04上还设有一个皮带轮，其上设皮带用于连接牵引或装载本加工设备的车辆的动力输出轴，例如连接装载本设备的农用机的柴油发动机(图中未示出)。

在机架1的最上面设置的搁板101上设有一预先破碎装置，该预先破碎装置由带劈刀12的压辊13、进料导板11以及外罩14组成。如图2所示，实现压扁和劈开预破碎步骤的压辊13，其可转动地固定在搁板101上的轴承座上，该压辊13的圆周面上分布有将生物质纵向劈开的楔形劈刀12，其刀刃垂直于压辊13的轴线，所述劈刀为沿圆周线在压辊上成排设置，相邻两排劈刀中的各劈刀相错设置，如图3所示，该劈刀的刀刃长度d3一般可以是5-25mm，优选20mm；相邻两排劈刀的间距d2可以在5-15mm，优选10mm。同一排各劈刀的间距d1可以是20mm。如图2所示，在圆形截面压辊13的下方机架1上固设静止的进料导板11，进料导板11与压辊13的不设劈刀12的圆周表面之间设有一定的间隙，该间隙可以是大小可调的，其大小决定了生物质被压扁的程度和被劈开的效果。该间隙越小，生物质被压得越扁，破碎效果越好，但是能耗将提高。压辊13到进料导板11之间的间距通常调节到小于生物质原料的径向尺寸的0.25-0.6倍。本实施例中可定为5-8mm。

压辊13和进料导板11之间的间距可以有多种调节方法，也对应有多种调节结构。例如，可以通过调节压辊13在搁板上支撑的轴承的高低位置实现，在轴承和机架之间设置若干垫片，通过增减垫片调整压辊13的与进料导板11的间距；也可以调节进料导板11的高度实现，也可通过设置一定弹性的弹簧实现，采用弹簧机构自动控制，例如进料导板支撑固定在一个弹性装置上或者压辊13支撑固定在一个弹性装置上。

在与劈刀12对应位置的进料导板11上设有劈刀槽111，每个劈刀槽与圆周方向的一排劈刀对应，劈刀的端部置于该劈刀槽111中设置。

在压辊13的进料口上设有一喂入机构2，其是一个倾斜的喂料保护罩。原料沿喂入机构的导板进入后，由压辊压扁劈切成细条，然后进入粉碎室。

粉碎室设在机架1上位于压辊出料口的后面偏下方，其中设置粉碎机构4，其具有一个可转动地设置在机架上的回转铡刀，即滚动铡刀，其与驱动机构通过皮带传动机构03连接，该回转铡刀的固接轴与压辊13的固接轴之间通过链传动机构01连接(见图6)。本发明提供的加工方法中的所述粉碎步骤，是将前面预破碎工序纵向劈开成细长物的玉米秸秆纵向输入粉碎设备中进行破碎。前面的压辊13和进料导板11还起到进料机构的作用。该实例中的铡刀也可以是揉性铡刀。

所述粉碎装置，还可以包括一个进料机构和一个铡切机构，设在机架1上，所述进料机构包括可转动地固定在机架上的一个压辊和与之对应静止地固定在机架上的一个进料导板，其间形成进料口和出料口，在出料口处固设一铡切机构，其包括一个与所述传动机构连接的转盘，在该转盘圆周方向上铰接设置一把或几把铡刀片，构成揉性铡刀，该铡刀片的转动轨迹与前述进料机构的出料口相交。由此，可以对进料机构出料口排出的细长的生物质原料进行横向铡切生成碎屑。本粉碎装置可以用在不设预先破碎机构的本加工设备上。

铡切机构在现有技术中种类很多，也都可以用于本设备中。

在搁板下方的机架上设置与粉碎机出料口位置相对应的对辊式成型机6。在对辊式成型机的上方进料口和粉碎机出料口之间设置成型进料斗5，使得粉碎后的生物质碎屑过筛后直接落入成型进料斗中。在对辊式成型机的下方设出料斗10，成型后的生物质颗粒从出料斗排出(见图1)。

如图4所示，对辊式成型机6包括一对可转动且其间距可调地固定在机架1上的凹凸对辊16、17，其罩在一外壳中，外壳上设进料口与进料斗连接，出料斗10也设置在外壳上。每个辊子的圆周表面设有凹模部161、171和凸模部162、172，在每个辊子的凹模部上设有径向成型孔15，在该辊子的轴心沿其轴向设有轴向通孔151，该径向成型孔15与该轴向通孔151连通；两个辊子16、17转向相反、转速相同地在机架上转动，其上的凹模部和凸模部在转动过程中，一个辊子的一个凸模部逐渐嵌入到另一辊子的凹模部的凹陷处，相互嵌合、再逐渐从凹模部脱出脱离嵌合，在凸模部进入凹模部和相互嵌合过程中，凸模部将从进料斗5落到凹模部中间的碎屑压入凹模部上的径向成型孔中并施压，压结成颗粒，从径向成型孔的位于轴向通孔中的孔口排出。两个辊子的凸模部和凹模部的外廓的形状为在嵌入、脱出过程中两个辊子在理论啮合的分度圆上保证没有滑动，处于纯滚动的运动模式。轧辊16、17的周面上的凹模部和凸模部的外廓为相互匹配的曲面构成，即该凸模部的外廓为对称的外凸弧形表面，与凹模部对称的内凹弧形表面吻合，使得在两个轧辊相对转动时凸模部与凹模部形成相嵌或称为啮合结构。凹模部底部开有成型孔15，成型孔上部为锥形段，这样有利于压料进孔和凸模部施压，成型孔的下部为直孔。凸模部的顶端与成型孔锥形段的孔口形状匹配(见图4)。物料由凸模部不断压进凹模部上的成型孔锥形段孔口，在成型孔中，组织结构较疏松，间隙较大的秸秆碎屑，在压力作用下相互挤压、填充和镶嵌而使结构更密实。秸秆细胞中的水分可以起到润滑作用，加速这一过程的实现。秸秆细胞壁中含有的纤维素、木质葡聚糖和果胶类多糖，在填充、镶嵌过程中这类物质起着粘结剂的作用。理论上讲，碎屑被粉碎得颗粒越小，成型压力越大，其成型后颗粒的硬化效果越好。由于前面的预破碎和粉碎的压碎、劈切、铡切使生物质的各种组织充分暴露，因而，使得这种镶嵌、填充更加容易。由此，本方法中的成型压力可以降低，从而节省能耗。成型的生物质颗粒从成型孔的另一个设在轴向通孔151中的出口排出，通过对辊中间的轴向通孔排出进入出料口10。在成型步骤中设有切断工序，将压成的产品切断成为生物质致密颗粒。

例如可在对辊成型孔的出口处设有回转切断刀具，该切断刀具可以固定在机架上，探伸到所述辊子的轴向通孔的孔口内，径向成型孔孔口上，辊子转动，切断刀与从成型孔排出的条状颗粒产品形成相对运动而切断之，形成生物质致密颗粒。

如图5所示，为了监控成型过程中的压力，可以在其中一个轧辊17的一个凹模部的槽口内侧槽壁上开孔，在该孔中嵌设一压力传感器18，传感器将信号传给数据PLC自动控制装置显示装置，据此以调节成型压力的大小。

设于成型孔15中的压力传感器上的导线和数据传输线通过辊子17的轴向通孔引出，与一显示屏连接，使得到的压力值通过显示屏显示，操作者通过显示的相应数据，通过调节对辊的间距调节成型温度和/或压力。

对辊间距的调节结构可以是：其中一个轧辊固定在机架1上，另一个固定在一个移动平台(图中未示出)上，该移动平台上设有螺孔螺杆调节装置，螺杆上设有一手轮或手柄，通过转动手轮调节两压辊的间距。操作者可参照通过显示屏显示的温度和/或压力的数值，扳动手轮或手柄，通过调节对辊的间距调节成型压力和/或温度。还可以在螺杆上连接一传动机构，其固定在机架上，该传动机构的主动件连接一驱动装置，该驱动装置上连接一PLC自动控制装置，通过PLC自动控制装置根据监测到的轧辊的温度压力和设定的温度压力值比对自动调节对辊的间距，继而自动控制成型压力和温度。具体的，该驱动装置上连接一可编程序控制器(PLC)，压力传感器18连接PLC的信号输入端，用于将压力信号传输给PLC，与其中对应一定产品密度要求事先设定的压力值进行比较，PLC的信号输出端连接与螺杆连接的电机。通过PLC自动控制装置根据监测到的轧辊的压力和设定的压力值比自动启动或关闭电机以及给出电机的转向，使对辊的间距自动调节，继而自动控制成型压力和温度。传感器将信号传给PLC自动控制装置，以调节成型压力的大小。

在机架上还设有一个操作站台9。

使用上述设备具体工作时过程如下：，操作人员站在操作站台9上，原料由喂入机构2喂入，经压辊13的压扁以及劈刀12的劈切，切成细条后，进入粉碎机构4，由铡刀铡切后，符合粒度要求的颗粒经筛网落入成型进料斗5，进入进料斗的原料落入轧辊的凹槽内，通过两个轧辊相向转动，原料由凹凸相嵌表面的轧辊16、17压进成型孔15中，压制成型后，由压辊中间排出。

所述各个机构的运动件均可通过传动装置，例如齿轮机构、链传动机构或带传动机构与本设备的总动力输入轴连接而获得。该总动力输入通过减速器7与电机或柴油机相连提供。也可以与牵引本设备的车辆的动力设备的动力输出轴连接。

在对玉米秸秆加工的具体实施例中，秸秆含水量在30％以下；在预处理的压扁劈切工序中，压扁生物质的压力可以是10KPa，将秸秆纵向劈成断面面积为0.5cm2；压辊13及粉碎的转动功率不大于4KW。在粉碎工序中，物料被切成长度为小于0.8cm的短节。轧辊16、17的转动功率不大于11KW，转速不大于100rpm。由此制成的生物质颗粒的密度不小于0.9T/m³。由此可以看出，本方法生产一吨颗粒的能量消耗只有几十千瓦时。

如果加工棉花秸，秸秆含水量可以是20％，压扁劈切工序中的压力为10Kpa，成型压力控制在70-80MPa。

如果加工麦秸或稻草，可以取消压扁劈切工序，将压辊13变成光滑表面的物料喂入辊，将生物质喂入横向铡切的粉碎机构中横向铡切成5-8mm的碎屑，即可落入如前一样的成型机中成型。成型压力为40-50MPa。

本发明公开的可移动式生物质致密成型设备，它是在一个机架上，顺序布置进料压扁劈切机构，铡切粉碎机构，对辊压制成型机构，减速机以及传动机构。使生物质原料(农作秸秆，荆棘杂草等)从进料、粉碎、压制到致密成型均在一套机组上完成的生物质致密成型的加工方法。除了各加工工段能量的合理利用外，还利用温度和压力传感器及手动或PLC自动控制系统，调节成型压力，以优化能源利用。本方法不需要对原料进行干燥，也不需要进行加温成型，也大大节约了能源。本方法的另一特点就是机动、灵活，既可以采用电机，也可以使用农用车的柴油机作为动力，整机可以随农用车转移到不同地点，在生物质原产地进行加工。这样不仅大提高了农民的积极性，而且，也使一些偏远地区，缺乏电力地区的原料得到加工利用，大大提高能源利用率。

Claims (11)

1.一种生物质致密成型加工设备，具有一个机架，在该机架上固设粉碎装置和成型装置，粉碎装置出口与所述成型装置的进料口相关联，使得粉碎装置出口排出的碎屑输入到所述成型装置的进料口中；其特征在于：所述成型装置为一个对辊式成型装置，其包括一对可转动且其间距可调地固定在所述机架上的凹凸轧辊，每个轧辊的圆周表面设有凹模部和凸模部，在所述轧辊的凹模部上设有径向成型孔，在该轧辊的轴心沿其轴向设有轴向通孔，使之成为空心辊，该径向成型孔与该轴向通孔连通；两个轧辊的安装间距为：一个轧辊的一个凸模部嵌入到另一轧辊的凹模部的凹陷处，相互嵌合时，所述凸模部的端头压抵在所述成型孔的孔口处；在该机架上设有一传动机构，该传动机构连接动力源，所述粉碎装置和成型装置的主动件与该传动机构连接。

2.根据权利要求1所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：所述粉碎装置，包括一个铡切机构，该铡切机构为滚切机构或揉切机构。

3.根据权利要求1或2所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：在所述粉碎装置前面的机架上，设置一预先破碎装置，其包括一个可转动地固定在机架上的压辊，在压辊的下面为固定在机架上的一静止的进料导板，所述压辊与所述传动机构连接获得动力，该压辊的圆周面上固定有若干劈刀。

4.根据权利要求1所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：在所述成型装置上还设有切断装置，其是在所述对辊式成型装置的对辊的压成产品的出口处设有回转切断刀具，该切断刀具固定在机架上，探伸到所述轧辊的轴向通孔的孔口内，径向成型孔孔口上。

5.根据权利要求1所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：在所述轧辊上的成型孔设有温度和/或压力传感器，监测所述对辊的温度和压力；

设于所述成型孔中的温度传感器和/或压力传感器上的导线和数据传输线通过所述轧辊的所述轴向通孔引出，与一显示屏连接；和/或，

所述温度传感器和/或压力传感器连接一可编程序控制器的信号输入端，用于将温度和/或压力信号传输给可编程序控制器，该可编程序控制器的信号输出端连接所述对辊间距可调机构中的驱动机构。

6.根据权利要求1所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：在机架上设有脚轮。

7.根据权利要求1所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：所述成型装置中的一对所述凹凸轧辊设有间距调节结构，其是：其中一个轧辊固定在机架上，另一个固定在一个移动平台上，该移动平台上设有螺孔螺杆调节装置，该螺杆上设有一手轮或手柄。

8.根据权利要求5所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：所述成型装置中的一对所述凹凸轧辊设有间距调节结构，其是：其中一个轧辊固定在机架上，另一个固定在一个移动平台上，该移动平台上设有螺孔螺杆调节装置，在该螺杆上设置电机，该电机与一可编程序控制器的信号输出端连接，该可编程序控制器的信号输入端与所述温度传感器和/或压力传感器连接。

9.根据权利要求1所述的生物质致密成型加工设备，其特征在于：所述动力源为电机或柴油机。

10.一种生物质致密成型用轧辊，其特征在于，该轧辊的圆周表面设有凹模部和凸模部，在所述轧辊的凹模部上设有径向成型孔，在该轧辊的轴心沿其轴向设有轴向通孔，使之成为空心辊，该径向成型孔与该轴向通孔连通；所述轧辊的凸模部和凹模部的外廓的形状为：该凸模部的外廓为外凸弧形表面，与凹模部内凹弧形表面吻合，使得在两个轧辊构成成型机构时相对转动中，凸模部与凹模部形成相嵌或称为啮合的结构。

11.根据权利要求10所述的生物质致密成型用轧辊，其特征在于，所述成型孔从内向外，顺序为锥形孔段和直孔段，或者，所述成型孔为直孔。

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