CN107583571A - 外齿双环模对辊成型机 - Google Patents

Abstract

一种外齿双环模对辊成型机，它包括料斗（1），主动齿轮（2）和从动齿轮（3），料斗（1）的出料口位于对啮的主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的啮合齿的上方，其特征是所述的主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的齿根位置处均开有与齿顶中心线夹角为β的造粒孔（5），原料经主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的纯滚动挤压后随机进入主动齿轮（2）和从动齿轮（3）上的造粒孔（5）中并从主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的中心孔落入接料机构中；所述的夹角β介于5‑45°之间。具有结构简单、原料适应性强、能耗低、生产效率高的优点，可广泛用于颗粒饲料、生物肥料和颗粒成型燃料生产加工技术领域。

Description

外齿双环模对辊成型机

技术领域

本发明涉及一种农业机械，尤其是一种造粒机，具体地说是一种用于饲料、生物质成型燃料和生物肥料加工用的外齿双环模对辊成型机。

背景技术

生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。随着世界人口的增加和社会的发展，人类对资源的需求日益增长。资源短缺和环境污染是人类社会面临的最大挑战，可再生资源的开发和利用是解决这一问题的关键所在。合理利用农、林废弃物等生物质资源，既可以有效解决资源浪费问题，缓解能源危机，又能减少环境污染，具有较好的社会效益、经济效益和环境效益。

生物质压缩成型技术作为较成熟的生物质资源化利用技术之一，可以将生物质经干燥、粉碎、压缩成型，变为棒状、块状或颗粒状的成型燃料、颗粒饲料和生物肥料。在各种生物质成型技术装备中，模辊式成型机具有原料适应性强、生产率高等优点，是当前生物质固化成型设备研究和开发的热点。但是，目前各种模辊式成型机均存在着能耗高、生产效率低和关键零部件磨损严重的问题。

专利号ZL.200720093578.1针对以上问题，提供了一种《齿模式制粒机》，“是利用一对齿轮相互啮合对物料产生的挤压的原理制粒的齿模式制粒机”。这种结构和工作原理实质上是借鉴了齿轮泵的工作原理，是依靠泵体以及与啮合轮齿间所形成的“工作容积变化和移动进行输送液体并使之增压”。在齿轮泵的工作原理中有三个关键要素：（1）工作容积的变化；（2）被输送的物体的“移动”；（3）被输送的物体是“液体”。而由渐开线啮合原理我们可知：（1）一对齿轮啮合时，齿轮的受力方向是沿着渐开线的法线方向；（2）从理论上讲，渐开线轮齿啮合的过程是一个纯滚动的过程。在《齿模式制粒机》的专利中，仅借鉴了齿轮泵的容积变化工作原理，靠“每个齿轮的齿与齿间的齿沟内有锥度的模孔，模孔与每个齿轮空心相通。”，是无法使得被输送的非“液体”的生物质物料向成型模孔“有效移动”，特别是在用于带有纤维性的生物质物料成型时，在两齿廓啮合点上的正压力对物料的夹持作用下，物料是无法向齿底的成型孔方向移动，因此将会进一步造成功耗加大，关键部位磨损严重，甚至装置无法正常运转。申请人通过试验和实践中证明，在这种结构的生物质成型机工作时，模具和生物质成型料快速升温，设备无法正常工作。

为了达到成型物料有效输送和压缩的目的，专利申请号201110262547.5在综合了活塞冲压式成型机和模辊式成型机特点(活塞冲压式成型机能耗较低，但生产率也较低；模辊式成型机生产率较高，但能耗也较高)的基础上，公开了一种新型《对辊柱塞式生物质常温成型机》。但是，这种成型机也只是处于专利形式，并未真正进行试制和生产，其实用性和可行性尚未得到验证。

发明内容

本发明的目的是针对现有的生物质压缩成型装备存在的结构复杂、能耗高、生产效率低、关键部件寿命低等问题，提供一种外齿双环模对辊成型机。

本发明的技术方案是：

一种外齿双环模对辊成型机，它包括料斗1，主动齿轮2和从动齿轮3，料斗1的出料口位于对啮的主动齿轮2和从动齿轮3的啮合齿的上方，其特征是所述的主动齿轮2和从动齿轮3的齿根位置处均开有与齿顶中心线夹角为β的造粒孔5，原料经主动齿轮2和从动齿轮3的纯滚动挤压后随机进入主动齿轮2和从动齿轮3上的造粒孔5中并从主动齿轮2和从动齿轮3的中心孔落入接料机构中；所述的夹角β介于5-45°之间。

所述的造粒孔5中心线与对应的分度圆的交线偏离齿根中心线与分度圆的交线0.2-10毫米。

所述的造粒孔5连接有引导锥孔，该引导锥孔呈喇叭口状，该喇叭口的一侧最高点超过分度圆与齿侧面相切，另一侧的最高点不超过相邻齿的齿根处，以保证齿的强度。

所述的主动齿轮2和从动齿轮3为正变位渐开线齿轮。

所述的正变位渐开线齿轮的变位系数为0.1～0.4。

所述的正变位渐开线齿轮的螺旋角为0～20°。

所述的料斗1中安装有预压辊4，以便以设定的压力向啮合的齿轮之间输送原料。

所述的预压辊4离相互啮合的齿轮之间的距离可调，以便实时调整送料预压力。

所述的造粒孔5中安装有可更换的耐磨套，以延长齿轮的使用寿命。

本发明的有益效果：

1. 本发明是根据齿轮啮合原理和齿轮的受力过程分析，采用了一种在保证轮齿强度的基础上，将成型模孔的中心线从齿槽对称线的位置调整一个角度，尽可能靠向（近）齿轮的受力方向，使得成型物料受到的输送、挤压成型分力尽可能加大，得以提高生产效率、降低能耗和减小关键部件磨损。

2. 由于成型模孔轴线方位的变化，必将影响和破坏轮齿受力侧根部的齿形轮廓，为保证轮齿的强度，外齿双环模上相互啮合的齿轮采用了正变位渐开线轮齿，在保证改善挤压成型的受力条件下，提高了轮齿的强度。

3. 该外齿双环模对辊成型机中设置了一预压辊。所述的预压辊轴线与两外轮齿对辊环模的轴线平行，并且到两个对辊环模的中心距可调、转速可调。这种设计可以满足不同生物质成型物料的成型预压的要求，并能有效控制物料的攫入量、保证均衡进料和进行预压，防止闷车现象，提高设备的工作稳定性。

4. 外齿双环模上的齿轮可以采用直齿轮或螺旋齿轮，当采用螺旋齿轮时，类似螺旋齿轮的啮合，可以提高对辊挤压成型受力和工作的稳定性。

5. 通过实践证明，外齿双环模对辊成型机具有结构简单、原料适应性强、能耗低、生产效率高的优点，可满足颗粒饲料、生物肥料和颗粒成型燃料生产需要的新型技术装备。

附图说明

图 1 外齿双环模对辊成型机结构示意图。

图 2 外齿双环模的齿轮啮合过程示意图。

图 3 成型模孔的方向位置示意图。

图中：1-料斗，2-主动齿轮（主动外齿环模），3-从动齿轮（从动外齿环模），4-预压辊，5-造粒孔。

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。

如图1-3所示。

一种外齿双环模对辊成型机，它包括料斗1，主动齿轮2、从动齿轮3和提高送料能力的预压辊4，如图1，主动齿轮2和从动齿轮3采用空心轴驱动，以便挤出料能从其中心出料，为了提高强度，主动齿轮2和从动齿轮3原则上应采用变位系数为0.1～0.4的正变位渐开线齿轮。齿形可以是直齿，也可以是螺旋齿，螺旋齿的最大螺旋角应控制在20°以内。料斗1的出料口位于对啮的主动齿轮2和从动齿轮3的啮合齿的上方，所述的主动齿轮2和从动齿轮3的齿根位置处沿齿宽方便均开有与齿顶中心线夹角为β的多个造粒孔5，也就是每两个齿之间均开有一排造料孔。造粒孔5中心线与对应的分度圆的交线偏离齿根中心线与分度圆的交线0.2-10毫米，为了方便原料进入造料孔中，造粒孔5连接有引导锥孔，该引导锥孔呈喇叭口状，该喇叭口的一侧最高点超过分度圆与齿侧面相切，另一侧的最高点不超过相邻齿的齿根处，以保证齿的强度，如图3所示。为了延长齿轮寿命，还可在造粒孔5中安装有可更换的耐磨套，当耐磨套磨损到一定程度，可进行更换。原料经主动齿轮2和从动齿轮3的纯滚动挤压后随机进入主动齿轮2和从动齿轮3上的造粒孔5中并从主动齿轮2和从动齿轮3的中心孔落入接料机构中；所述的夹角β介于5-45°之间。预压辊4安装在料斗1中，以便以设定的压力向啮合的齿轮之间输送原料。预压辊4离相互啮合的齿轮之间的距离可调，以便实时调整送料预压力。

详述如下：

如图1所示。一种外齿双环模对辊成型机，它主要包括：料斗1、齿轮传动系统（未标出）、预压辊装置4、外齿环模部件（主动齿轮2和从动齿轮3）、出料口（未标出）、机体（未标出）等。

如图2所示。一对外齿轮啮合，轮齿受力方向（渐开线法线方向N₁N₂）与运动方向（两齿轮中心连线的垂直方向）之间的夹角称为压力角。从图2可以看出：（1）同一齿廓的不同的啮合点上的压力角不同；（2）轮齿所受的正压力方向线与啮合线都是在两渐开线基圆的一条内公切线上。

如图3所示。根据前面图2齿轮受力分析可知，成型模孔（造料孔5，下同）的轴线和物料成型运动方向与轮齿受力方向应尽可能一致，也就是说，成型模孔的轴线和物料成型运动方向与轮齿受力方向间的夹角越小越好，即图3中的β角越大越好。

成型模孔的方向位置（包括β角）可按照以下方法来具体确定，如如图3所示。过齿槽对称线（面）作一平行线（面）L1，两平行线（面）之间的距离根据成型孔的直径、齿轮模数和结构来确定。L1与分度圆交于点A，线L1以点A为圆心可旋转调整，此时线（面）L1与轮齿的对称平面之间的夹角为β，L1即成为“成型模孔的中心线放置方向”。在保证齿根强度的条件下，可取较大的β角。β角的取值范围为5°～45°。

另一从动齿轮上的成型模孔的方向位置（包括β角）与该（主动）齿轮相反；成型模孔沿轴线方向的位置与该（主动）齿轮错开一个模孔间的距离。

工作时，电动机输出的动力经传动系统减速以后传递到主动齿轮轴上，带动主动齿轮旋转，从动齿轮与主动齿轮通过其外圆周上的齿轮相互啮合，不仅可以实现主、被动环模的反方向转动，还能同时保证主、被动环模上的轮齿对物料的攫入、传送和挤压。

当生物质松散物料经进料口落到主动齿轮上，由于进料装置底部装有预压辊4，因此随着主动齿轮的旋转和预压辊与主动齿轮的旋转线速度差的作用下，松散的生物质物料被攫入并被初步压实；在一对轮齿进入啮合过程中，啮合点在主动轮齿根部和从动轮齿的顶部时，被带（攫）入的物料主要是逐渐被压入主动齿轮靠近根部的成型引导锥孔和成型模孔。当啮合点逐渐移动达到或超过分度圆位置时，物料被逐渐压入被动轮齿靠近根部的成型引导锥孔和成型模孔。加之成型模孔的轴线方向向轮齿受力方向靠近，更有利于物料向成型孔（造粒孔5）的输送和挤压成型；随着轮齿的啮合和分离，齿轮造粒孔中的物料都要经过填充、挤压和保型3个过程，按此不断循环，松散的生物质物料最终在造粒孔中一层一层致密成型为具有一定密度和长度的颗粒。固定在机体上的刮料装置则可以及时切断造粒孔挤出的成型物料，成型颗粒从双环模出料端经出料口排出，完成制粒过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种外齿双环模对辊成型机，它包括料斗（1），主动齿轮（2）和从动齿轮（3），料斗（1）的出料口位于对啮的主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的啮合齿的上方，其特征是所述的主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的齿根位置处均开有与齿顶中心线夹角为β的造粒孔（5），原料经主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的纯滚动挤压后随机进入主动齿轮（2）和从动齿轮（3）上的造粒孔（5）中并从主动齿轮（2）和从动齿轮（3）的中心孔落入接料机构中；所述的夹角β介于5-45°之间。

2.根据权利要求1所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的造粒孔（5）中心线与对应的分度圆的交线偏离齿根中心线与分度圆的交线0.2-10毫米。

3.根据权利要求1所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的造粒孔（5）连接有引导锥孔，该引导锥孔呈喇叭口状，该喇叭口的一侧最高点超过分度圆与齿侧面相切，另一侧的最高点不超过相邻齿的齿根处，以保证齿的强度。

4.根据权利要求1所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的主动齿轮（2）和从动齿轮（3）为正变位渐开线齿轮。

5.根据权利要求4所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的正变位渐开线齿轮的变位系数为0.1～0.4。

6.根据权利要求4所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的正变位渐开线齿轮的螺旋角为0～20°。

7.根据权利要求1所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的料斗（1）中安装有预压辊（4），以便以设定的压力向啮合的齿轮之间输送原料。

8.根据权利要求7所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的预压辊（4）离相互啮合的齿轮之间的距离可调，以便实时调整送料预压力。

9.根据权利要求1所述的外齿双环模对辊成型机，其特征是所述的造粒孔（5）中安装有可更换的耐磨套。