CN112892405B - 一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，包括安装在机体内由动力传动系统驱动的两个相对运动和作用的压辊和环模或平模，在压辊的圆柱面上均匀开有小凹槽，相邻的小凹槽之间在压辊的圆柱面上形成切割棱线，压辊与环模或平模构成了压辊式颗粒机挤压致密成型系统，压辊的圆柱面上的切割棱线可分别与环模或平模作用面之间构成切割副，压辊与环模或平模间相互作用，实现对物料进行有效地抓取、切割（断）和挤压，使物料顺利进入成型模孔并完成制粒成型。本发明具有结构简单、生产效率高、能耗低、可降低生产使用成本，为生物质颗粒成型，特别是为秸秆（草）类生物质颗粒成型提供相关技术和装备。

Description

一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统
技术领域
本发明涉及一种生物质挤压致密成型技术，尤其是涉及对辊式生物成型设备，具体地说是一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统。
背景技术
随着人们对资源和环境问题的关注程度不断提高，如何正确处理和有效地利用农作物秸秆等资源已经成为我国研究的焦点之一，生物质致密成型技术为高效再利用秸秆资源提供了一条很好的途径。秸秆类生物质资源的成型设备按照成型方式的不同具有多种结构形式，其中辊压式（包括环模、平模压辊式）秸秆成型设备，具有相对的生产率高、生产成本低的优势，是目前生物质成型技术及装备的主流方向。
颗粒致密成型技术和装备起始是用于单胃动物的颗粒饲料加工，饲料制粒是将粉末状单一词料原料或全价配合饲料经过物理挤压而变成颗粒形态的全过程；国外的颗粒燃料成型技术虽然已经比较成熟，但其颗粒成型技术及颗粒机针对的原料多为木屑，极少有针对秸秆类物料的颗粒成型技术和装备。
目前国内外生物质致密成型设备，包括环模压辊式颗粒机和平模压辊式颗粒机，均普遍存在着：（1）生产效率偏低、单位能耗过大；（2）关键工作部件磨损严重和设备使用稳定性差；（3）现有设备和相关成型技术对生物质物料的物理形态要求高，严重地制约了其应用范围。特别是在秸秆（牧草）类等较大粒径的纤维性生物质物料进行挤压成型的过程中，由于颗粒成型模孔直径较小，仅仅依靠压辊的外圆柱曲面与模孔进料口的端面（曲面或平面）之间的相对运动和挤压，物料极易卡阻在成型模孔的进料口处并形成硬化层，从而进一步增加颗粒机的能耗、影响生产效率，甚至造成设备无法正常工作。
发明内容
本发明是针对现有辊压式（包括环模、平模压辊式）生物质成型技术及设备在造粒过程中易在挤压面上形成硬化层，影响颗粒成型的问题，设计一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统及颗粒机，它通过形成一种“压切切割（断）、供料和压缩成型的机理；解决了现有的压辊式平模颗粒机和压辊式环模颗粒机生产中对原料要求较高，适应性差，因物料卡阻而造成设备运行稳定性差、生产效率低和能耗高等问题；进一步解决了减少关键部件的磨损；优化了压辊式颗粒机致密成型系统的结构，方便装配、调整维护、降低生产和使用成本。
本发明的技术方案是：
一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，包括安装在机体内由动力传动系统驱动的两个相对运动和作用的压辊1和环模或平模2，其特征是：在压辊1的圆柱面上均匀开有小凹槽3，相邻的小凹槽3之间在压辊1的圆柱面上形成切割棱线4，压辊1与环模或平模2构成了压辊式颗粒机挤压致密成型系统，压辊1的圆柱面上的切割棱线4与环模或平模2作用面之间构成切割副5，压辊1与环模或平模2间相互作用，实现对物料进行有效地抓取、切割（断和挤压，使物料顺利进入环模或平模2上的径向成型模孔并完成制粒成型。
压辊1圆柱面上的两个相邻切割棱线”4间的端面弧线距离小于或等于成型模孔的引导锥孔直径。
压辊1的圆柱面上的切割棱线4与环模或平模2作用面6之间构成切割副5，并构成压辊式颗粒机挤压致密成型系统。
压辊1的圆柱面上的小凹槽3为与压辊1轴线相平行的直槽，切割棱线4为直线。
压辊1的圆柱面上的小凹槽3为螺旋槽，螺旋角为1°～12°。
当采用具有螺旋小凹槽3的压辊1结构的压辊式环模或平模颗粒机，相邻的压辊应采用螺旋线相反的螺旋的压辊1。
在压辊1的圆柱面上小凹槽3的截面形状为圆弧型、渐开线齿型或三角形结构，以保证切割棱线4的构成。
本发明的有益效果是：
1、本发明为生物质颗粒成型，特别是为秸秆（牧草类纤维性的生物质颗粒成型提供了一种相关技术和装备。
2、本发明改变和优化了压辊式颗粒机挤压致密成型系统，形成一种新的切（割）断、供料和压缩机理，提高生产效率、降低能耗和减少关键部件的磨损，提高了设备运行的稳定性。
3、本发明可广泛应用于环模压辊式颗粒机和平模压辊式颗粒机，有效地扩大了环模压辊式颗粒机和平模压辊式颗粒机的应用范围。
4、本发明具有结构简单、加工制作成本低、方便装配和维护、降低生产使用成本。
5、本发明能减少关键部件的磨损；优化了压辊式颗粒机致密成型系统的结构，方便装配、调整维护、降低生产和使用成本。
附图说明
图 1 压辊式环模颗粒机的工作原理示意图；
图 2 常规圆弧槽及渐开线齿槽的压辊结构示意图；
图 3 常规矩形直槽的压辊结构示意图；
图 4 常规环模颗粒机的压辊与环模工作原理示意图；
图 5 具有切割功能的压辊结构示意图；
图 6 具有切割功能的环模切割副构成示意图。
图中：l-压辊；2-环模或平模；3-凹槽；4-切割棱线；5-切割副；6-环模内圆柱工作曲面（平模的工作平面）。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明。
如图1～4所示。
无论何种常规压辊式颗粒机，在压辊的外圆柱面上都保留了“曲面”的结构形式；在工作原理上，都采用了面与面之间的相互挤压，将物料推入成型模孔并挤压致密颗粒成型的工作机理；在工作过程中，看似：（1）齿槽有利于对物料的抓取；（2）压辊的外圆弧面与环模的内圆柱曲面，或压辊的外圆弧面与平模的上平面之间的相互挤压，也是有利于将物料通过挤压作用送入成型模孔进行致密成型。而事实上的情况是，由于平模或环模上的开孔率原因，模具的挤压面必然存在“无效挤压面积”，这种无效挤压面积的存在，即便是对粉状物料也极容易在模具作用的表面上形成“物料压实层”，其结果是造成了颗粒机生产效率低、能耗高、关键部件磨损严重，甚至影响设备正常工作运转，对秸秆（牧草）类纤维性物料则更是难以挤压致密颗粒成型。正如中国传统的“碾子”和“石磨”，都是在碾磙子（相当于颗粒机的压辊）和碾盘（相当于平模颗粒机的模盘），以及在石磨的磨盘面上都是采用了“磨齿”而非“平、曲面”的结构，对物料实现有效地磨（碾）碎，而不是“碾压扁”，这都充分地体现了中国劳动人民的聪明才智。
本发明的核心是：通过改变压辊式颗粒成型系统的结构和参数，形成一种新的切割、挤压成型机理，实现对物料进行有效地抓取、切割（断）和挤压，使物料顺利进入成型模孔完成致密颗粒成型。
如图5～6所示。
一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，包括安装在机体内由动力传动系统驱动的两个相对运动和作用的压辊1与环模（或平模）2。
本发明在压辊式制粒机的挤压致密颗粒成型系统的结构上。在压辊1的圆柱面上均匀开有小凹槽3，相邻的小凹槽3之间在压辊1的圆柱面上形成切割棱线4，压辊1与环模或平模2构成了压辊式颗粒机挤压致密成型系统；压辊1的圆柱面上的切割棱线4与环模（或平模）2挤压作用面6之间构成切割副5。
本发明在压辊式制粒机的挤压致密颗粒成型机理上。由于在压辊1的圆柱面上均匀开有小凹槽3，相邻的小凹槽3之间构成有切割棱线4，压辊1的圆柱面上的切割棱线4与环模（或平模）2挤压作用面6之间构成切割副5，因此，可以充分利用和改变现有的常规压辊式颗粒机成型系统中“无效挤压面积”这一不利因素为有利条件。工作时，在压辊1与环模（或平模）2相对运动中，压辊1的圆柱面上均匀开有的小凹槽3有利于对辊对物料的抓取，提高对松散秸秆物料的攫入量，提高生产效率；压辊1的圆柱面上的切割棱线4及与环模（或平模）2挤压作用面6之间构成切割副5，对位于挤压区的物料进行“压切（断）”，有利于物料进入成型模孔，同时有利于减少和破坏压辊1与环模（或平模）2挤压作用面6之间压实层的形成，以提高生产效率、降低能耗、减少关键部件的磨损和提高设备工作稳定性。
进一步地，压辊1的圆柱面上小凹槽3可以采用螺旋槽，螺旋角为1°～12°。
当采用具有螺旋小凹槽3的压辊1结构的压辊式颗粒机包括环模或平模颗粒机，相邻的压辊应采用螺旋线相反的螺旋的压辊1，进一步有效地提高对物料的切割效果，减少和破坏挤压面“物料压实层”的形成。
进一步地，在压辊1的圆柱面上小凹槽3的截面形状可采用圆弧型、渐开线齿型、三角形等，但都必须保证切割棱线4的构成。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，包括安装在机体内由动力传动系统驱动的两个相对运动和作用的压辊（1）和环模或平模（2），其特征是：在压辊（1）的圆柱面上均匀开有小凹槽（3），相邻的小凹槽（3）之间在压辊（1）的圆柱面上形成切割棱线（4），压辊（1）与环模或平模（2）构成了压辊式颗粒机挤压致密成型系统，压辊（1）的圆柱面上的切割棱线（4）与环模或平模（2）作用面之间构成切割副（5），压辊（1）与环模或平模（2）间相互作用，实现对物料进行有效地抓取、切割和挤压，使物料顺利进入环模或平模（2）上的径向成型模孔并完成制粒成型；压辊（1）圆柱面上的两个相邻切割棱线（4）间的端面弧线距离小于或等于成型模孔的引导锥孔直径；压辊（1）的圆柱面上的切割棱线（4）与环模或平模（2）作用面（6）之间构成切割副（5），并构成压辊式颗粒机挤压致密成型系统。
2.根据权利要求1所述的具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，其特征在于，压辊（1）的圆柱面上的小凹槽（3）为与压辊（1）轴线相平行的直槽，切割棱线（4）为直线。
3.根据权利要求1所述的具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，其特征在于，压辊（1）的圆柱面上的小凹槽（3）为螺旋槽，螺旋角为1°～12°。
4.根据权利要求3所述的种具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，其特征在于，当采用具有螺旋小凹槽（3）的压辊（1）结构的压辊式环模或平模颗粒机，相邻的压辊应采用螺旋线相反的螺旋的压辊（1）。
5.根据权利要求1所述的具有切割功能的压辊式颗粒挤压致密成型系统，其特征在于，在压辊（1）的圆柱面上小凹槽（3）的截面形状为圆弧型、渐开线齿型或三角形结构，以保证切割棱线（4）的构成。
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