CN104786542A - 多级辊压秸秆成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械秸秆收集压捆技术领域，公开了一种多级辊压秸秆成型装置，包括：一级喂入辊、二级喂入辊、横向起筋辊、纵向起筋辊、成型辊、保压辊、送料机构、切断刀、机体组成，在装置工作过程中预破碎成一定长度的秸秆由进料口喂入，送料机构将喂入的秸秆强制输送到一级喂入辊，再由一级喂入辊、二级喂入辊、横向起筋辊、纵向起筋辊、成型辊压缩成型，各级保压辊延长了压缩时间、抑制秸秆回弹，在达到预设长度后由切断刀完成压缩秸秆条的切断，实现了秸秆高密度、无捆绳的压缩成型，成型的高密度秸秆立方体可用于大棚保温材料、农用建筑材料或燃料。

Description

多级辊压秸秆成型装置

技术领域

本发明涉及一种多级辊压秸秆成型装置，属于农业机械秸秆收集压捆技术领域。特别涉及一种连续多级辊压，在高压下实现秸秆高密度、无捆绳的成型设备。

背景技术

据统计，世界上年产农作物秸秆29亿多吨，而我国每年的秸秆量为7亿吨左右，除一部分秸秆用于能源化、饲料化、肥料化外，仍有1/3秸秆尚未得到利用。这些未被利用的秸秆部分采用焚烧处理，大量的秸秆资源被浪费。我国生物质秸秆资源分布分散和结构疏松等特点，在运输、储存和生产加工过程中存在运输体积大、储存密度低及贮藏费用高等问题，大大限制了秸秆大规模资源化利用的经济性和可操作性。

秸秆等资源的收集利用主要有压缩打捆和压缩成型两种方式。压缩打捆方法秸秆收集过程中普遍存在成捆密度低、捆扎成本高、捆扎稳定性差、收集设备复杂等共性问题，研究、开发高密度、高稳定性无捆绳的压缩成型技术及压缩系统成为目前研究重点；压缩成型方法是直接将切碎后的秸秆压缩成块状或颗粒状，压缩成型设备在国内外种类有很多，国内外研制的秸秆颗粒机或者秸秆压块机等压缩成型设备主要有螺旋压缩成型机、活塞压缩成型机和模压成型机等，其大多成型能耗及单位产品成本过大，专利CN102205662BZL实现了秸秆高密度、无捆绳压缩成型，但是不能实现连续生产，规模较小系统效率偏低，并且设备配套性能较差，推广困难。

鉴于钢铁轧制成型原理，按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同可分为纵轧、横轧和斜轧；为了得到高密度、高稳定性无捆绳的压缩秸秆，采用纵向多级辊压的方式使秸秆实现高密度无捆绳压缩成型技术具备开发和应用价值。

发明内容

本发明的目的是，提供一种多级辊压秸秆成型装置，在连续多级辊压，高压力下实现秸秆高密度、无捆绳的压缩成型设备。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

多级辊压秸秆成型装置包括：一级喂入辊1、二级喂入辊2、横向起筋辊3、纵向起筋辊4、成型辊5、保压辊6、送料机构7、切断刀8、机体9组成，其中，机体9上设置有进料口91、出料口92，送料机构7由送料杆71、主动曲柄72、从动曲柄73、曲轴74组成，送料机构7设置在机体9下部、一级喂入辊1之前，通过曲轴74以方位角f与机体9固连，切断刀8设置在出料口92处、位于机体9上部，由切断刀8相对机体9往复移动实现高密度秸秆条的切断成块；T-T为出料口92处压缩秸秆条厚度的中间平面，沿着物料流动方向、两个一组关于T-T平面对称依次设置有一级喂入辊1、二级喂入辊2、横向起筋辊3、纵向起筋辊3、成型辊5五级压缩辊，相邻各级压缩辊之间四个一组对称设置有保压辊6；其中，一级喂入辊1、二级喂入辊2辊身带有交错排布的钉齿，横向起筋辊3辊身带有平行轴线方向的凸起筋，凸起筋沿横向起筋辊3圆周方位均布排列，纵向起筋辊4辊身带有环形凸起筋，凸起筋沿纵向起筋辊4轴线等距排列，成型辊5、保压辊6均为光辊。

其中，所述的一级喂入辊1、二级喂入辊2、横向起筋辊3、纵向起筋辊4、成型辊5五级压缩辊均为主动辊，保压辊6为从动辊，所有各辊轴线平行、以同一表面圆周线速度v在机体9上同向转动；d1、r1、ω1分别为一级喂入辊1的中心距、半径、角速度，d2、r2、ω2分别为二级喂入辊2的中心距、半径、角速度，d3、r3、ω3分别为横向起筋辊3的中心距、半径、角速度，d4、r4、ω4分别为纵向起筋辊4的中心距、半径、角速度，d5、r5、ω5分别为成型辊5的中心距、半径、角速度；所有各辊的半径、角速度和对称安装中心距应满足下列设计条件：各辊的表面圆周线速度v＝r1*ω1＝r2*ω2＝r3*ω3＝r4*ω4＝r5*ω5，一级喂入辊1对辊间距h1＝d1-2*r1、二级喂入辊2对辊间距h2＝d2-2*r2、横向起筋辊3对辊间距h3＝d3-2*r3、纵向起筋辊4对辊间距h4＝d4-2*r4、成型辊5对辊间距h5＝d5-2*r5，各组压缩辊间料厚h1>h2>h3>h4>h5，各保压辊6对辊间距等于前一级压缩辊对辊间距，设定秸秆喂入厚度为h0时，各级压缩比分别为：一级压缩比h0/h1，二级压缩比h1/h2，三级压缩比h2/h3，四级压缩比h3/h4，五级压缩比h4/h5，实现整机压缩比h0/h5。

进一步地，所述的送料机构7中，送料杆71中部与主动曲柄72一端转动联接、末端与从动曲柄73一端转动联接，曲轴74分别与主动曲柄72和从动曲柄73的另一端转动联接，曲轴74以方位角f与机体9固连，由送料杆71的联接段、主动曲柄72、从动曲柄73、曲轴74形成平行四边形机构；由辊长确定的多个送料杆71沿曲轴74的轴线AA等距布置成一组送料杆、多组送料杆绕曲轴74的轴线AA均布，共用同一个曲轴74，主动曲柄72绕轴线AA转动，由送料杆71穿过机体9上所设置的送料槽，实现物料的强制输送。

上述的多级辊压秸秆成型装置工作过程中，预破碎成一定长度的秸秆由进料口91喂入，送料机构7将汇聚在进料口91内的秸秆强制输送到一级喂入辊1，由一级喂入辊1和二级喂入辊2实施强制喂入并完成两级预压缩，再由横向起筋辊3、纵向起筋辊4进行两级高压压缩及起筋部分的超高压压缩，在压缩秸秆表面形成纵横交错压痕，最后由成型辊5将秸秆条压缩成型，各级保压辊6延长了压缩时间、抑制秸秆回弹，在达到预设长度后由切断刀8完成压缩秸秆条的切断，实现秸秆连续辊压、高密度成型高压压缩作业。

上述的多级辊压秸秆成型装置中，成型秸秆条的宽度是由辊长确定，是装置设计性能参数；成型秸秆条的厚度是由成型辊5对辊间距确定，工作过程中可以适量调整；成型秸秆块的长度是由长度计数器设定，工作过程中可以根据需要改变，当达到预设长度后、切断刀快速往复运动一次完成切断和复位，形成定宽度、厚度可调、长度任意设定的高密度秸秆立方体。

上述的多级辊压秸秆成型装置中，所述的横向起筋辊3、纵向起筋辊4可以合二为一，由一个表面带有纵横交错起筋辊代替，并取消横向起筋辊3、纵向起筋辊4之间的保压辊6，同样可以实现高密度无捆绳压缩成型，以便简化结构、降低功耗，适应较容易压缩的秸秆成型。

上述的多级辊压秸秆成型装置中，所述的相邻各压缩辊之间四个一组对称设置的保压辊6可减少为两个一组对称设置或增加为六个一组对称设置，同样可以实现高密度无捆绳压缩成型；相邻各压缩辊之间两个一组对称设置保压辊6，以便简化整个装置的结构、降低功耗，适应回弹特性小的秸秆压缩成型；相邻各压缩辊之间六个一组对称设置保压辊6，以便延长保压时间，适应回弹特性大的秸秆压缩成型。

本发明的有益效果在于，所提出的一种多级辊压秸秆成型装置，秸秆在高压力的连续多级辊压下产生塑性变形、纤维贴合，进而被压实、定型，最后再由切断刀切断成一定的长度，实现了秸秆高密度、无捆绳的压缩成型，成型的高密度秸秆立方体可用于大棚保温材料、农用建筑材料或燃料。

附图说明

图1为多级辊压秸秆成型装置主视原理图；

图2为多级辊压秸秆成型装置仰视原理图；

图3为多级辊压秸秆成型装置各级压缩辊剖视图；

图中，1：一级喂入辊；2：二级喂入辊；3：横向起筋辊；4：纵向起筋辊；5：成型辊；6：保压辊；7：送料机构；71：送料杆；72：主动曲柄；73：从动曲柄；74：曲轴；8：切断刀；9：机体；91：进料口；92：出料口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1所示的多级辊压秸秆成型装置主视原理图，多级辊压秸秆成型装置包括：一级喂入辊1、二级喂入辊2、横向起筋辊3、纵向起筋辊4、成型辊5、保压辊6、送料机构7、切断刀8、机体9组成，其中，机体9上设置有进料口91、出料口92，送料机构7由送料杆71、主动曲柄72、从动曲柄73、曲轴74组成，送料机构7设置在机体9下部、一级喂入辊1之前，通过曲轴74以方位角f与机体9固连，送料机构7的连续转动实现物料的强制输送，切断刀8设置在出料口92处、位于机体9上部，由切断刀8相对机体9往复移动实现高密度秸秆条的切断成块；T-T为出料口92处压缩秸秆条厚度的中间平面，沿着物料流动方向、两个一组关于T-T平面对称依次设置有一级喂入辊1、二级喂入辊2、横向起筋辊3、纵向起筋辊3、成型辊5五级压缩辊，相邻各级压缩辊之间四个一组对称设置有保压辊6；其中，一级喂入辊1、二级喂入辊2辊身带有交错排布的钉齿，实施强制喂入并完成两级预压缩，横向起筋辊3辊身带有平行轴线方向的凸起筋，凸起筋沿横向起筋辊3圆周方位均布排列，纵向起筋辊4辊身带有环形凸起筋，凸起筋沿纵向起筋辊4轴线等距排列，进行两级高压压缩及起筋部分的超高压压缩，成型辊5、保压辊6均为光辊，保压辊6的作用是延长了压缩时间、抑制秸秆回弹，驱动力矩来源于机体9的发动机动力。

图2所示的多级辊压秸秆成型装置仰视原理图，送料机构7中，送料杆71中部与主动曲柄72一端转动联接、末端与从动曲柄73一端转动联接，曲轴74分别与主动曲柄72和从动曲柄73的另一端转动联接，曲轴74以方位角f与机体9固连，由送料杆71的联接段、主动曲柄72、从动曲柄73、曲轴74形成平行四边形机构；由辊长确定的多个送料杆71沿曲轴74的轴线AA等距布置成一组送料杆、多组送料杆绕曲轴74的轴线AA均布，共用同一个曲轴74，主动曲柄72绕轴线AA转动，由送料杆71穿过机体9上所设置的送料槽，实现物料的强制输送，由喂入秸秆的种类和秸秆破碎的长度确定方位角f，f取值范围为135°～180°。

图3所示的多级辊压秸秆成型装置各级压缩辊剖视图，一级喂入辊1、二级喂入辊2、横向起筋辊3、纵向起筋辊4、成型辊5五级压缩辊均为主动辊，保压辊6为从动辊，所有各辊轴线平行、以同一表面圆周线速度v在机体9上同向转动；d1、r1、ω1分别为一级喂入辊1的中心距、半径、角速度，d2、r2、ω2分别为二级喂入辊2的中心距、半径、角速度，d3、r3、ω3分别为横向起筋辊3的中心距、半径、角速度，d4、r4、ω4分别为纵向起筋辊4的中心距、半径、角速度，d5、r5、ω5分别为成型辊5的中心距、半径、角速度；所有各辊的半径、角速度和对称安装中心距应满足下列设计条件：各辊的表面圆周线速度v＝r1*ω1＝r2*ω2＝r3*ω3＝r4*ω4＝r5*ω5，一级喂入辊1对辊间距h1＝d1-2*r1、二级喂入辊2对辊间距h2＝d2-2*r2、横向起筋辊3对辊间距h3＝d3-2*r3、纵向起筋辊4对辊间距h4＝d4-2*r4、成型辊5对辊间距h5＝d5-2*r5，各组压缩辊间料厚h1>h2>h3>h4>h5，各保压辊6对辊间距等于前一级压缩辊对辊间距，设定秸秆喂入厚度为h0时，各级压缩比分别为：一级压缩比h0/h1，二级压缩比h1/h2，三级压缩比h2/h3，四级压缩比h3/h4，五级压缩比h4/h5，实现整机压缩比h0/h5。对于当年产的玉米秸秆、含水率8％～20％所有各辊的半径、角速度和对称安装中心距应满足下列设计条件：各辊的表面圆周线速度v＝0.1～0.5m/s，设定秸秆喂入厚度为h0＝1400mm，一级喂入辊1对辊间距h1＝d1-2*r1＝700mm、二级喂入辊2对辊间距h2＝d2-2*r2＝350mm、横向起筋辊3对辊间距h3＝d3-2*r3＝210mm、纵向起筋辊4对辊间距h4＝d4-2*r4＝140mm、成型辊5对辊间距h5＝d5-2*r5＝100mm，各级压缩比分别为：一级压缩比h0/h1＝2，二级压缩比h1/h2＝2，三级压缩比h2/h3＝5/3，四级压缩比h3/h4＝3/2，五级压缩比h4/h5＝7/5，实现整机压缩比h0/h5＝14。

如图1、图2所示的多级辊压秸秆成型装置，横向起筋辊3、纵向起筋辊4可以合二为一，由一个表面带有纵横交错起筋辊代替，并取消横向起筋辊3、纵向起筋辊4之间的保压辊6，同样可以实现高密度无捆绳压缩成型，以便简化结构、降低功耗，适应较容易压缩的秸秆成型。如图1所示，相邻两级压缩辊之间为二级保压，相邻各压缩辊之间四个一组对称设置的保压辊6可减少为两个一组对称设置或增加为六个一组对称设置，同样可以实现高密度无捆绳压缩成型；相邻各压缩辊之间两个一组对称设置保压辊6，相邻两级压缩辊之间降为一级保压，以便简化整个装置的结构、降低功耗，适应回弹特性小的秸秆压缩成型；相邻各压缩辊之间六个一组对称设置保压辊6，相邻两级压缩辊之间增为三级保压，以便延长保压时间，适应回弹特性大的秸秆压缩成型。

结合图1、图2、图3所示的多级辊压秸秆成型装置工作过程中，对于当年产的玉米秸秆、含水率8％～20％预破碎成长度为50～150mm由进料口91喂入，送料机构7将汇聚在进料口91内的秸秆强制输送到一级喂入辊1，由一级喂入辊1和二级喂入辊2实施强制喂入并完成两级预压缩，一级喂入辊1、二级喂入辊2带有齿钉，防止秸秆的打滑，此时较低的压力传递至秸秆颗粒中，使原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变，秸秆内部空隙率减少，秸秆经一级喂入辊1、二级喂入辊2辊压后体积迅速减小，再由横向起筋辊3、纵向起筋辊4进行两级高压压缩及起筋部分的超高压压缩，在压缩秸秆表面形成纵横交错压痕，此时颗粒间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使秸秆间结合更牢固，最后由成型辊5将秸秆条压缩成型，各级保压辊6延长了压缩时间、抑制秸秆回弹，在达到预设长度后由切断刀8完成压缩秸秆条的切断，实现秸秆连续辊压、高密度成型高压压缩作业。

多级辊压秸秆成型装置中，成型秸秆条的宽度是由辊长确定，是装置设计性能参数；成型秸秆条的厚度是由成型辊5对辊间距确定，工作过程中可以适量调整；成型秸秆块的长度是由长度计数器设定，长度计数器可以采用接触式机械齿轮型转动齿数计数触发器或非接触式电磁脉冲信号计数触发器，工作过程中可以根据需要改变成型秸秆的长度，当达到预设长度后、切断刀快速往复运动一次完成切断和复位，形成定宽度、厚度可调、长度任意设定的高密度秸秆立方体。当设计辊长为1000～1500mm、成型厚度为50～100mm时，装置适用于固定作业，生产的高密度秸秆板可用于大棚保温材料；当设计辊长为200～500mm、成型厚度为50～100mm时，该装置可安装在拖车上，适用于田间地头作业，生产的高密度秸秆块可用于农用建筑材料或燃料。

Claims (4)

1.多级辊压秸秆成型装置，其特征在于，包括：一级喂入辊、二级喂入辊、横向起筋辊、纵向起筋辊、成型辊、保压辊、送料机构、切断刀、机体组成，其中，机体上设置有进料口、出料口，送料机构由送料杆、主动曲柄、从动曲柄、曲轴组成，送料机构设置在机体下部、一级喂入辊之前，通过曲轴以方位角f与机体固连，切断刀设置在出料口处、位于机体上部，由切断刀相对机体往复移动实现高密度秸秆条的切断成块，沿着物料流动方向、两个一组关于出料口处压缩秸秆条厚度的中间平面T-T对称依次设置有一级喂入辊、二级喂入辊、横向起筋辊、纵向起筋辊、成型辊五级压缩辊，相邻各级压缩辊之间四个一组对称设置有保压辊，其中，一级喂入辊、二级喂入辊辊身带有交错排布的钉齿，横向起筋辊辊身带有平行轴线方向的凸起筋，凸起筋沿横向起筋辊圆周方位均布排列，纵向起筋辊辊身带有环形凸起筋，凸起筋沿纵向起筋辊轴线等距排列，成型辊、保压辊均为光辊；

其中，一级喂入辊、二级喂入辊、横向起筋辊、纵向起筋辊、成型辊五级压缩辊均为主动辊，保压辊为从动辊，所有各辊轴线平行、以同一表面圆周线速度v在机体上同向转动；

所述的送料机构中，送料杆中部与主动曲柄一端转动联接、末端与从动曲柄一端转动联接，曲轴分别与主动曲柄和从动曲柄的另一端转动联接，由送料杆的联接段、主动曲柄、从动曲柄、曲轴形成平行四边形机构，由辊长确定的多个送料杆沿曲轴的轴线AA等距布置成一组送料杆、多组送料杆绕曲轴的轴线AA均布，共用同一个曲轴，主动曲柄绕轴线AA转动，由送料杆穿过机体上所设置的送料槽，实现物料的强制输送；

所述的多级辊压秸秆成型装置工作过程中，预破碎成一定长度的秸秆由进料口喂入，送料机构将汇聚在进料口内的秸秆强制输送到一级喂入辊，由一级喂入辊和二级喂入辊实施强制喂入并完成两级预压缩，再由横向起筋辊、纵向起筋辊进行两级高压压缩及起筋部分的超高压压缩，最后由成型辊将秸秆条压缩成型，各级保压辊延长了压缩时间、抑制秸秆回弹，在达到预设长度后由切断刀完成压缩秸秆条的切断，实现秸秆连续辊压、高密度成型高压压缩作业。

2.根据权利要求1所述的多级辊压秸秆成型装置，其特征在于，所述的横向起筋辊、纵向起筋辊可以合二为一，由一个表面带有纵横交错起筋辊代替，并取消横向起筋辊、纵向起筋辊之间的保压辊，同样可以实现高密度无捆绳秸秆压缩成型。

3.根据权利要求1所述的多级辊压秸秆成型装置，其特征在于，所述的相邻各压缩辊之间四个一组对称设置的保压辊可减少为两个一组对称设置或增加为六个一组对称设置，同样可以实现高密度无捆绳秸秆压缩成型。

4.根据权利要求1至3所述的多级辊压秸秆成型装置，其特征在于，成型秸秆条的宽度是由辊长确定，成型秸秆条的厚度是由成型辊对辊间距确定，工作过程中可以适量调整，成型秸秆块的长度是由长度计数器设定，工作过程中可以根据需要改变，形成定宽度、厚度可调、长度任意设定的高密度秸秆立方体。