CN103566826A - 柱塞式压辊生物质环模颗粒成型机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生物质颗粒燃料成型的柱塞式压辊－环模成型机构，包括柱塞式压辊部件和成型环模部件。在齿轮传动系作用下，压辊体上沿径向和轴向交错安装分布的柱塞与成型环模上的成型孔对正啮合，从而使生物质物料在成型孔内被柱塞循环不断地挤压，当其达到预期密度时从孔的另一端挤出。该机构避免了物料在环模成型孔外与压辊的强烈挤压和摩擦，从而最大可能地避免了设备工作中物料非有效成型时的动力损耗，具有生物质颗粒成型效果好、生产效率高、能耗低等特点，同时也提高了成型模具使用寿命，对于促进生物质能源高效转化、利用和大规模产业化经营具有重要意义。

Description

柱塞式压辊生物质环模颗粒成型机构

技术领域

本发明专利涉及一种新型生物质常温固化压缩成型机构，具体为一种柱塞式压辊-环模成型机理的生物质颗粒燃料生产装置。

背景技术

目前，在生物质固体燃料成型设备中，由于环模成型机连续运转，生产效率较高，对物料含水率要求低，并且整机结构紧凑、构造简单、使用方便，因此应用极为普遍。但是传统环模成型设备均采用压辊体-环模成型机构，在物料挤压区，压辊体外曲面与环模内曲面的间隙必须保持在0.1-0.5mm；粉碎的物料附着在转动环模内侧，在其转动过程中，压辊外曲面和环模内曲面形成的空间逐渐减小，使得物料被压辊外曲面挤压进环模成型孔中，最终形成固体颗粒。

该种颗粒成形机构存在以下缺陷：一、在压辊外曲面和成型环模内曲面形成的挤压区域内，压辊只能将环模成型孔附近的物料挤压进孔中形成固体颗粒，而环模成型孔外的物料在被挤压成型前，会受到压辊反复地强烈挤压和摩擦；同时，由于压辊在攫取物料的过程中，物料和压辊及环模之间存在相对滑动，原动机输入的能量大部分消耗在克服物料与成型部件的摩擦，产生大量热量，造成动力浪费，而用于压缩成型的能量仅占37%-40%。二、成型机构对成型间隙的要求很高，间隙过小会导致模具磨损加剧；间隙过大会降低生产效率，降低颗粒成型品，使用过程中因为模具的磨损，需要经常对间隙进行调整。三、压辊半径大小容易影响其对物料的攫取能力，所以对压辊尺寸的设计要求较高。

如上缺点造成传统的环模成型机生产能耗偏高，模具磨损较快，使用寿命短，设计装配要求较高，使用复杂，很大程度上限制了生物质资源固化成型燃料进行高效、低成本开发利用和大规模生产的潜力。

发明内容

本发明专利提出了一种新型柱塞式压辊-环模成型机构，利用安装在旋转压辊外侧的一系列柱塞体只对进入环模成型孔内的物料实现有效挤压，避免了物料在环模成型孔外所受到的压辊挤压和摩擦，从而降低设备成型能耗，减缓了环模快速磨损，提高设备整体使用寿命；同时，由于压辊上的柱塞啮合进入环模上的成型孔中进行物料挤压，成型效率高，固化颗粒密度大，成型孔也不易堵塞；而且，该种成型机构在使用过程中不用进行间隙调整，使用方便简单。

本发明机构包括：齿轮定比传动系、传动惰轮部件、柱塞式压辊部件、成型环模部件等部分。

其中，所述齿轮定比传动系包括：压辊齿轮、传动惰齿轮、环模齿轮，三者均为精度较高的直齿圆柱齿轮；压辊齿轮、环模齿轮通过键分别于压辊传动轴、环模轴连接，两者通过安装在惰轮轴上的惰齿轮实现同向定比传动。

所述柱塞式压辊部件包括：压辊传动轴、压辊体、柱塞等，压辊体外侧沿轴向有若干列均匀交错圆周分布孔系，柱塞体通过过盈配合安装在压辊体上；每个柱塞体外端有倒角。

所述成型环模部件包括：环模轴、环模体、安装法兰、挡料圈等，环模体沿轴向有相同列数均匀交错的圆周分布成型孔系，每列孔数相同，且与压辊体上每列柱塞数的比值等于压辊和环模的转速比；所有环模成型孔内侧有倒角。

附图说明

图1是柱塞式压辊生物质环模颗粒成型机构的工作原理图。

图2是柱塞式压辊生物质环模颗粒成型机构安装示意图

图3是成型机构的柱塞式压辊结构示意图。

图4、5、6、11分别是压辊传动轴、压辊齿轮、环模齿轮、环模轴结构示意图。

图7是成型机构的压辊部件结构示意图。

图8是环模部件的结构示意图。

图9、10是环模法兰和环模体定位装配示意图。

图12是传动惰轮的装配示意图。

图13是柱塞式压辊环模成型机构三大部件啮合传动示意图。

图中：1.安装箱体，2.环模部件，3.环模齿轮，4.传动惰齿轮，5.传动惰轮部件，6.压辊齿轮，7.柱塞式压辊部件，8.压辊体，9.挤压柱塞体，10、11.压辊支撑轴承，12.压辊传动轴，13.压辊轴向固定环，14.环模支撑轴承，15.环模体安装定位销，16.环模安装法兰，17.环模体，18.环模挡料圈，19.环模轴，20.惰轮轴，21.惰轮轴承；

具体实施方式

如图1所示，压辊环向圆周均匀安装有若干个柱塞体，环模环向均匀钻有有一定数量的成型直孔，环模和柱塞式压辊偏心斜45°安装，压辊啮合圆与环模内曲面在偏心安装平面上相切，两者同时同向转动，而且转速比n1/n2=环模成型孔数/压辊柱塞体数，从而保证压辊上每个柱塞体和环模上对应啮合的成型孔能同时旋转到达偏心安装面时，具有相同的瞬时环向线速度，即两者切向相对静止，只有径向的相对速度。同时，环模成型孔入口处和压辊柱塞顶端的倒角保证两者在偏心平面两侧附近能够顺利地逐渐进入啮合和分离，所以在偏心斜面两侧的区域内，压辊柱塞可以在与环模同向旋转中不断地对成型孔内物料进行径向挤压。当物料均匀地从偏心安装面的另一侧送入转动的环模内圈时，在自身重力、惯性力和旋转离心力作用下，物料进入环模成型孔内进行初步填充和压实，当环模成型孔旋转到偏心安装面附近时，压辊上的柱塞逐渐旋转啮合进入到成型孔中，对孔内物料进行有效压缩，如此不断反复作用，最后使物料达到一定密度，被从成型孔中挤出，再由外侧安装的切刀切断形成生物质颗粒。

如图2所示，该成型机构中环模部件2和压辊部件7由轴承斜45°偏心安装在箱体1上，在中间传动惰轮部件5的作用下，使压辊部件和环模部件能够以一定的转速比同向转动。

如图3、4、5、7所示，压辊体8上沿轴向均匀交错安装有若干列等距的环向柱塞体9，每列的柱塞数量相等，所有柱塞体外端均有倒角；而且压辊体内孔键槽中心与环向其中一行柱塞体的中心对齐。压辊齿轮6内孔键槽中心与其某一齿厚中心对齐；压辊传动轴12上的压辊键槽中心和压辊齿轮键槽中心对齐，压辊体和压辊齿轮通过平键安装在压辊轴19上，压辊体由固定环13轴向固定于压辊传动轴上，从而保证压辊上某一行柱塞的中心和压辊齿轮某一齿厚中心对正。

如图8、9、10所示，环模体17上沿轴向交错均布有与压辊体上柱塞相同列数的环向成型孔系，每列孔数相等，且与压辊上每列柱塞体数量的比值等于压辊8和环模17的转速比，即压辊齿轮6和环模齿轮3的传动比；为了使物料在成型孔中能够压缩达到一定密度，环模上成型孔的长度与直径之比为6。环模法兰16上的定位销孔与其安装孔键槽中心对齐，环模体17上定位销孔的中心线与环向一行成型孔的中心对齐。环模体通过2个定位销15定位，并通过螺栓组安装在法兰16上，从而保证法兰内孔键槽中心与环模体上环向一行成型孔中心对齐。同时，为了防止旋转过程中压辊柱塞体和环模体发生啮合干涉，所有成型孔入口均有倒角。环模挡料圈18由螺栓安装在环模体外侧，随环模一起转动，可以防止送入环模内圈的物料从侧面洒落。

如图6、11分别所示，环模齿轮3的键槽中心与其某一齿厚中心对齐，环模轴19上的法兰安装键槽和环模齿轮安装键槽中心对正；故环模法兰16和环模齿轮3通过平键安装在环模轴上之后，能够保证环模体17上环向某一行成型孔中心与环模齿轮某一齿厚中心对正。

如图12所示，传动惰齿轮4由轴承21安装在惰轮轴20上，惰轮轴直接安装在箱体上。

最终如图13所示，压辊柱塞9与压辊齿轮6的对正及环模成型孔与环模齿轮3的对正安装，保证了柱塞式压辊环模成型机构在装配后，压辊体8上环向某一行柱塞体能够和环模体17上的某一行成型孔正确对正啮合的同时，压辊齿轮、惰齿轮、环模齿轮三者也能够正常啮合传动。

当柱塞式压辊在外界动力作用下顺时针转动时，环模齿轮在传动惰齿轮作用下以一定的转速比同向旋转，从而使成型环模同时转动，最终柱塞压辊、压辊齿轮、惰齿轮、环模齿轮、成型环模构成一个闭环传动啮合机构，确保压辊体上的每个柱塞体和环模体上对应的成型孔在偏心安装面两侧附近准确地逐渐进入啮合和分离，从而使物料在成型孔中不断的填充-压缩，如此反复循环，并经过一定时间的保型，从环模成型孔另一侧挤出形成固体成型产品。

Claims (6)

1.一种柱塞式压辊环模颗粒成型机构，包括：柱塞式压辊部件、传动惰轮部件和环模成型部件；其中成型环模部件包括：环模体、环模齿轮、环模安装法兰、环模轴、环模轴承，环模体通过定位销用螺栓组连接在环模法兰上，环模法兰和环模齿轮用平键安装在环模轴上；柱塞式压辊部件包括：挤压柱塞、压辊体、压辊齿轮、压辊传动轴、压辊轴承，柱塞过盈安装在压辊体上，压辊体和压辊齿轮用平键安装在压辊轴上；传动惰轮部件包括：传动惰齿轮、轴承、惰轮轴等，惰齿轮通过轴承安装在惰轮轴上，可以自由转动。 

2.根据权利要求1所述的柱塞式压辊环模颗粒成型机构，其特征在于所述柱塞式压辊部件和环模部件应该在45°斜面上偏心安装，安装后柱塞式压辊啮合设计圆与环模内圆面相切，压辊部件和环模部件中间通过惰轮部件传动，压辊齿轮、惰齿轮、环模齿轮组成的齿轮传动系实现柱塞式压辊和成型环模能够以一定的转速比同方向转动。 

3.根据权利要求1所述的柱塞式压辊环模颗粒成型机构，其特征在于压辊体沿轴向等距以过盈配合均匀安装有若干列环向柱塞体，相邻两列交错分布，压辊体内孔键槽中心与其上环向某一行柱塞体中心对齐；环模体上沿轴向钻有相同列数交错均布的成型孔，列间距与压辊体上的柱塞列距相同，环模体上的定位销孔中心与其环向某一行成型孔中心对齐，而且环模上每列成型孔数与压辊上每列柱塞数的比值等于压辊和环模的转速比（即齿轮传动系的传动比）。 

4.根据权利要求1所述的柱塞式压辊环模颗粒成型机构，其特征在于压辊齿轮和环模齿轮安装孔的键槽中心均与其某一齿厚（齿槽）中心对齐；压辊轴上的压辊安装键槽与压辊齿轮安装键槽中心对齐；环模轴上的环模法兰安装键槽与环模齿轮键槽中心对齐；同时，环模安装法兰上定位销孔的中心与法兰安装孔键槽中心对齐。 

5.根据权利要求3所述的柱塞式压辊环模颗粒成型机构，其特征在于环模体上成型孔的内侧入口和压辊体上安装的柱塞体外端均有倒角，保证柱塞在逐渐进入和退出成型孔时，两者不发生物理干涉，且环模成型孔的长度与直径之比为6。 

6.根据权利要求1所述的生物质常温柱塞式环模成型机，其特征在于若环模传动齿轮齿数为Z₁，传动惰轮齿数为Z₂，压辊传动齿轮齿数为Z₃，齿轮模数为m，压辊和环模转动比i，环模内圆半径和柱塞式压辊设计半径分别为R₁，R₂，则满足如下关系： 

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