CN101543749B - 生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模 - Google Patents

Abstract

一种生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模，包括内层环模(1)，其特征是还包括外层环套(2)，所述外层环套(2)为圆环套筒结构，外层环套(2)由非淬火的钢材制成；外层环套(2)上设有与内层环模(1)各内模孔(3)对应的外模孔(4)，内层环模(1)置于外层环套(2)内，内层环模(1)和外层环套(2)的接触面之间过盈配合联接。本发明能在压木质颗粒及其它重载荷运行条件下，大幅度增强环模的疲劳强度，避免因断裂而提前报废。

Description

生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模

技术领域

本发明涉及制粒机械技术领域，具体地说是一种生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模。

背景技术

生物质颗粒是目前世界上新兴的可再生能源之一。我国的生物质颗粒生产和应用技术正在逐步发展。而环模是生物质颗粒制粒机的核心部件。制作生物质颗粒的原料被辊子碾压后，经过环模的诸多通孔挤出成型。由于生物质颗粒成型压力高，原料在环模腔内挤压成型过程中对环模内壁压力相当高，普通全合金制作的环模在运行过程中环模开裂几率相当高。因此目前有很多生物质制粒机环模采用减少环模通孔和增加环模环厚度的方法，效果也很不理想，而且造价高，颗粒的时产效率大打折扣。这么大的部件更换给使用者带来严重的经济损失，生物质颗粒制粒机环模的易开裂是生物质颗粒制造行业发展前进的重大难题之一。

环模制粒机运行时，环模在旋转中对应于压辊处受到巨大径向压力，由于循环应力作用而往往产生疲劳微观裂纹，在环模未达到磨损寿命情况下，部分微观裂纹可能发展成宏观裂纹，并迅速扩展至断裂，整个环模提前报废。

环模制粒机压制高纤维含量的物料，例如木屑等生物质原料时，成型载荷比压饲料颗粒大得多，环模疲劳断裂的问题更加突出。环模制造业除了在工艺和检测技术上采取措施，剔除有裂纹的环模毛坯，减少了新环模的微观缺陷之外，目前国内外从结构上改善环模抗疲劳断裂能力，主要有以下几种办法：

1、加大整体环模的径向壁厚。这个办法对于不锈钢等优质材料制造的环模，不但成本将大大增加，而且仍然难以有效避免环模断裂。

2、在环模外伸端安装增强环。由于增强环即使采用圆锥面配合，对环模的径向预紧力仍然有限，且预紧力施加于环模外端，对容易产生疲劳裂纹的模孔区域增强效果较弱，故这种环模仍然需要大的径向壁厚来降低疲劳断裂几率。

3、在淬硬的环模两端外圆柱面，用热胀法各套一个过盈配合的钢箍，形成对环模两端的预压应力。此方法的局限性，首先是钢箍的尺寸受制粒机结构限制，如抱箍处的钢箍，承受载荷大，却不能靠加大截面尺寸来提高强度；其次，钢箍的预紧力同样施加于环模端头，对易破裂的模孔部分增强效果有限，在用木屑压制颗粒的实践中，这种套两个钢箍的环模仍然经常断裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模，能在压木质颗粒及其它重载荷运行条件下，大幅度增强环模的疲劳强度，避免因断裂而提前报废。

本发明的技术方案是：

一种生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模，包括内层环模，还包括外层环套，所述外层环套为圆环套筒结构，外层环套由非淬火的钢材制成；外层环套上设有与内层环模各内模孔对应的外模孔，内层环模置于外层环套内，内层环模和外层环套的接触面之间过盈配合联接。

所述内层环模的材质为高硬度钢或马氏体型不锈钢4Cr13，其洛氏硬度大于或等于40HRC。

所述外层环套的材质为普通碳钢或中碳钢。

所述外层环套为整体式结构或由若干圆环套筒组成的分体式结构。

所述外模孔为与内层环模各内模孔一一对应的通孔，其孔径略大于内模孔的孔径。

所述外模孔为对应多个内模孔的通孔，外模孔为圆形孔、长条孔、方形孔或不规则形状的通孔。

所述外层环套的宽度大于或等于内层环模上设有内模孔区域的宽度。

所述内层环模与外层环套间的接触面为一段圆柱接触面或两段圆柱接触面。

所述两段圆柱接触面间配合的过盈量为相同的过盈量或不同的过盈量。

本发明的有益效果是：

应用本发明能产生以下突出的效果：

1、由于内层环模获得全面、持续的预应压力，抗疲劳断裂能力可大幅度增强。

2、由于内层环模可以做得比整体环模径向尺寸薄，能节约昂贵的优质钢材的使用量达50％以上，大大节约了成本。

3、内层环模可选用比整体环模更耐磨的材料制作，使工作寿命得到延长。

4、由于外层环套的收缩力持续存在，即使内层环模在使用中出现部分宏观裂纹，也不会迅速扩展为断裂而导致失效、报废，只要模孔未达到磨损极限，环模仍可以继续使用。

5、外层环套与内层环模选用不同弹性应力的材质的突出效果，即内层环模保证强度的同时，外层环套的作用在于箍紧。

6、环模的双层结构，解决生物质颗粒成型中环模容易开裂问题，可彻底克服现有环模的无法兼顾制料效率与强度的难题，由于抗压能力的提高，使通孔数量可以随之增加，从而也使生物质颗粒制粒机的时产量大大提高。

7、应用此结构，可大大增加产量，减少更换环模的成本和维护环节，如果内层环模出现磨损，可回收后，重新去掉，外层环套还可以继续使用。

8、内层环模的高耐磨性和高硬度性能够保证生物质颗粒成型有足够的压力，且成型效果好，提高颗粒质量。

9、应用广泛，尤其适用于重负荷的场合，是传统环模无法比拟的，更可以取代现有的用于生物质颗粒成型的普通饲料机械环模。

10、双层环模通过过盈联接，克服现有抱箍抱紧力不平均的弊端，使高硬度的内层环模全面受到预压应力，由此大幅度提高其抗疲劳断裂能力；通过热胀法或胀缩法实现圆柱配合面的过盈联接，从而对内层环模全面有效地保护并施加预压应力。

附图说明

图1为本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模的实施例一的结构示意图。

图2为本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模的实施例二的结构示意图。

图3为本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模的实施例三的结构示意图。

图4为本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模的实施例四的结构示意图。

图中，1为内层环模、2为外层环套、3为内模孔、4为外模孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模，包括内层环模1，还包括外层环套2，所述外层环套2为圆环套筒结构，外层环套2由非淬火的钢材制成；外层环套2上设有与内层环模1各内模孔3对应的外模孔4，内层环模1置于外层环套2内，内层环模1和外层环套2的接触面之间过盈配合联接。

内层环模1的材质为高硬度钢或马氏体型不锈钢4Cr13，其洛氏硬度大于或等于40HRC。外层环套2的材质为普通碳钢或中碳钢。

外层环套2可以为整体式结构或由若干圆环套筒组成的分体式结构。外层环套2为由若干圆环套筒组成的分体式结构时，各分体结构相互间紧密接触或留有一定的空间，以保证外层环套2的整体宽度大于或等于内层环模1上设有内模孔3区域的宽度为宜。

外模孔4可以为与内层环模1各内模孔3一一对应的通孔，其孔径略大于内模孔3的孔径。以保证从内模孔3挤出的生物颗粒可以顺利通过外模孔4。

外模孔4还可以为对应多个内模孔3的通孔，外模孔4为圆形孔、长条孔、方形孔或不规则形状的通孔。一个外模孔4可以对应两个、三个或多个内模孔3，即从多个内模孔3挤出的生物颗粒可以从同一个外模孔4落出。外模孔4的数量可以小于或等于内层环模1上内模孔3的数量。外模孔4的数量、形状、大小、布局以不影响从内模孔3挤出的生物颗粒排料为宜，即外层环套2不应阻挡内模孔3。

外层环套2的宽度可以大于或等于内层环模1上设有内模孔3区域的宽度。内层环模1与外层环套2间的接触面可以为一段圆柱接触面或两段圆柱接触面。两段圆柱接触面间配合的过盈量为相同的过盈量或不同的过盈量。

外层环套2在轴线方向除了可以覆盖内层环模1有内模孔3的区域外，还可以根据需要覆盖无模孔的区域。

本发明可以是这样实现的：一种双层环模，内外层环套分别用不同机械性能的材料制成。内层环模1的材质为抗磨损的高硬度优质钢材或淬硬的优质合金钢，以延长模孔的工作寿命；外层环套2为中碳结构钢的包容件，通过热胀法或胀缩法将外层环套2套在内层环模1的外圆柱面，实现过盈联接。

所述过盈联接的特征是：内层环模1与外层环套2间的圆柱配合面在轴线方向既覆盖内层环模1有内模孔3的部分，也可以根据需要覆盖内模孔3以外的区域。因此在外层环套2收缩时，外层环套2对内层环模1的预压应力，不但能施加于内层环模1的两端，更能直接施加于容易出现疲劳裂纹的有模孔区域。

制作时，先将耐磨的内层环模1上的全部内模孔3钻出，然后，采用马氏体型不锈钢4Cr13进行合金淬火处理，以提高内层环模1的硬度和耐磨、耐腐蚀性能，淬火处理后的内层环模1具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性，适宜制造承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的环模。并将外层环套2用碳钢不淬火处理。用热套高频机将外层环套2加热膨胀后，里面放入内层环模1，使内层环模1和外层环套2的同心同轴后，冷却紧箍起来。耐磨的内层环模1和外层环套2的壳体紧箍后，由内层环模1的内模孔3向外层环套2的壳体延伸打孔。使内层环模1的内模孔3与外层环套2上的外模孔4的位置一一对应，这样保证各个内层环模1的内模孔3与对应的外层环套2上的外模孔4的直径一致或外模孔4的直径略大于内模孔3的直径，尽量保证内模孔3与外模孔4的中心线重合，即内模孔3与外模孔4保持同心，目的是为了让压制的颗粒能无障碍地排除。

内层环模1的内模孔3可用数控钻床等位置精度较高的设备加工，可以分别先钻好内模孔3与外模孔4，组装时趁外层环套2尚未冷缩，用穿销法校正对应的内模孔3与外模孔4的同轴性。如果采用上述穿销法的位置精度较低，则组装前外层环套2不宜先钻出外模孔4，待内层环模1与外层环套2实现过盈联接后，以淬硬的内层环模1上的内模孔3为钻模，从内向外，在外层环套2上钻出外模孔4，再按此内模孔3的中心找正，从外向内钻出外层环套2上的全部外模孔4。

本发明的内层环模1的径向厚度，主要依内模孔3的径深比来确定。例如6毫米直径的内模孔3，要求径深比为6∶1的内层环模1，径向厚度可取40毫米。在与外层环套2组装前，内层环模1除了需要预留精加工余量的表面外，应完成全部机加工及热处理工序。

外层环套2的外径尺寸，在内层环模1较薄时，可参照同规格整体环模的外径、抱箍面外径等结构尺寸选定；当内层环模1较厚时，外层环套2的外径应适当加大，以防止工作时外层环套2最大拉应力超过其材料的屈服点，产生不应有的塑性变形。

过盈量的选择，可参照环模行业经过验证的两端镶钢箍所用数值适当缩减，作为双层环模的过盈量。因为钢箍的过盈配合面面积较小，在有抱箍一侧，配合面要承受环模工作时的偏载力矩，需要较大过盈量来保证。本发明的过盈配合面积比钢箍大得多，抱箍部分与外层环套2连成一个整体，有条件选取稍小的过盈量，以求降低热胀组合时的加热温度。

具体实施时，还可结合过盈联接的计算标准(GB5371-1985)等方法进行验算来确定，并通过环模运行实践，考察取值是否合适。经过检验，以既能有效防止环模疲劳断裂，又不发生内外环模之间蠕动错位为宜，这样的结构尺与过盈量组合，可作为设定日后新环模参数的重要依据。

实施例一。

如图1，本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模采用抱箍式的结构。即外层环套2的两端处的径向尺寸较外层环套2上设有外模孔4的区域的径向尺寸大。

内层环模1与外层环套2间的圆柱配合面在轴线方向既覆盖内层环模1有内模孔3的部分，同时覆盖内模孔3以外的区域。

实施例二。

如图2，本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模采用抱箍式的另一种结构。内层环模1与外层环套2分别具有两段不同直径的过盈联接面，为阶梯式。两段圆柱接触面间配合的过盈量为相同的过盈量或不同的过盈量。

内层环模1与外层环套2间的圆柱配合面在轴线方向既覆盖内层环模1有内模孔3的部分，同时覆盖内模孔3以外的区域。

实施例三。

如图3，本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模采用法兰式的结构。即外层环套2的宽度较内层环模1的宽度小。

内层环模1与外层环套2间的圆柱配合面在轴线方向仅覆盖内层环模1有内模孔3的部分，不覆盖内模孔3以外的区域。

实施例四。

如图4，本发明的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模采用法兰式的另一种结构。即外层环套2的宽度较内层环模1的宽度小。

内层环模1与外层环套2间的圆柱配合面在轴线方向仅覆盖内层环模1有内模孔3的部分，不覆盖内模孔3以外的区域。

同时，内层环模1与外层环套2的径向尺寸较大，保证在重负荷工况下的强度。

Claims (3)

1.一种生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模，包括内层环模(1)，其特征是还包括外层环套(2)，所述外层环套(2)为圆环套筒结构，外层环套(2)由非淬火的钢材制成；外层环套(2)上设有与内层环模(1)各内模孔(3)对应的外模孔(4)，内层环模(1)置于外层环套(2)内，内层环模(1)和外层环套(2)的接触面之间过盈配合联接；所述内层环模(1)的材质为高硬度钢或马氏体型不锈钢4Cr13，其洛氏硬度大于或等于40HRC；所述外层环套(2)的材质为普通碳钢或中碳钢；所述外层环套(2)为整体式结构或由若干圆环套筒组成的分体式结构；所述外模孔(4)为与内层环模(1)各内模孔(3)一一对应的通孔，其孔径略大于内模孔(3)的孔径；外模孔(4)为圆形孔、长条孔、方形孔或不规则形状的通孔；所述外层环套(2)的宽度大于或等于层环模(1)上设有内模孔(3)区域的宽度。

2.根据权利要求1所述的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模，其特征是所述内层环模(1)与外层环套(2)间的接触面为一段圆柱接触面或两段圆柱接触面。

3.根据权利要求2所述的生物质颗粒制粒机用过盈联接的双层环模，其特征是所述两段圆柱接触面间配合的过盈量为相同的过盈量或不同的过盈量。

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