生物質成型燃料的成型模具的製作方法

2023-09-23 19:13:25 2

專利名稱：生物質成型燃料的成型模具的製作方法
技術領域：
本實用新型屬新能源領域，具體涉及用於製造生物質成型燃料的一種成型模具。技術背景能源是人類賴以生存的物質基礎，是國民經濟發展的基本條件。我國是能源消費大國，能源供應主要依靠煤炭、石油和天然氣等不可再生的化石能源，而化石能源資源的有限性及其開發利用過程對環境生態造成的巨大壓力，嚴重製約著社會經濟的可持續發展。發展可再生能源，是實現自然資源的綜合利用與經濟社會的可持續發展的重要技術途徑。所謂生物質能(biomass energy),是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能存儲在生物質內部的能量，是一種可再生能源，也是唯一一種可再生能源。所謂生物質成型燃料是將草本或木本生物質物料通過機械物理作用，加工成圓柱 形、管形等形狀的顆粒燃料。歐洲率先開發了以木屑為原料的生物質成型燃料的成型技術，以木屑為原料的生物質成型燃料在德國、丹麥、瑞典、義大利等歐洲國家被廣泛使用。在生物質能源的利用方式上，有氣態、液態和固態三種，固態的生物質成型燃料是最有市場前景的產業化方向。根據中華人民共和國國家發展和改革委員會2007年9月頒布的《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年，中國生物質成型燃料年利用量將達到5000萬噸。生物質物料乾燥後的熱值一般在3500kcal/kg到5000kcal/kg之間，其中以竹材為最高。I公斤乾燥的竹材與原煤相當，其熱值約為5000kcal/kg，相當於O. 714公斤原煤(標準煤的熱值為7000kcal/kg，每公斤原煤相當於O. 7143公斤標準煤)。活塞式成型機、螺旋式成型機、輥壓式成型機是製造生物質成型燃料的主要設備。與稻殼、秸杆等草本農作物廢棄物不同，竹屑、木屑等生物質物料的熱值較高，但成型困難，成型模具極易磨損，軸承破裂時有發生，難以連續運行，從而導致維修費用高，能源消耗大，大大提高了竹屑、木屑等生物質成型燃料的製造成本。對於生物質成型燃料的這些成型機，成型模具與基於該成型模具的成型方法成為生物質成型燃料製造技術中亟待解決的技術問題。發明專利(發明號201110274628.7)公開了一種以滾筒作為壓輥的成型模具，發明專利(發明號201110002215.3)公開了一種以齒輪作為壓輥的成型模具。在上述發明中，內置成型孔的一對滾筒或一對齒輪構成輥壓式成型模具，其基本成型方法是粉碎後的生物質物料進入兩個滾筒之間的間隙或兩個齒輪之間的齒間間隙，因壓輥對物料的碾壓力，導致物料被碾壓從而進入壓輥中的成型孔進行成型。上述輥壓式成型模具及成型方法存在3個主要缺點I、碾壓時用於儲存生物質物料的是一對壓輥之間的間隙。所述間隙很小，因而每次碾壓進入成型孔的生物質物料很少。2、生物質物料內部存在許多空隙，因而是可壓縮的。生物質物料的可壓縮性導致大部分碾壓力耗散在這些空隙中，作用於生物質物料的碾壓力大大減小，碾壓時產生的擠壓力嚴重不足，擠壓效果差。3、生物質物料在成型孔內的成型過程中產生了極大的摩擦力。為克服這種摩擦力，需要相當大的軸向擠壓力。然而，壓輥運轉時對物料不能直接產生所述軸向擠壓力，成型模具極易磨損，軸承破裂時有發生，能源消耗大，難以連續運行。
發明內容基於齒輪傳動時產生頂切的原理，本實用新型提出一種內嚙合齒輪式成型模具，用於製造生物質成型燃料。本實用新型的技術方案如下。一種生物質成型燃料的成型模具，包括由相互內嚙合的第一齒輪和第二齒輪構成的一對內嚙合齒輪式壓輥；所述第一齒輪的每個輪齒沿軸向設置若干成型孔，所述成型孔 用於生物質物料的成型；所述第二齒輪與第一齒輪內嚙合並對第一齒輪產生頂切，所述第一齒輪為頂切齒輪，所述頂切齒輪的齒頂部為頂切齒廓，所述頂切齒廓是齒頂部頂切掉部分標準齒廓後形成的齒廓，從而在每個輪齒的頂部兩側分別形成一個用於存儲生物質物料的頂切區。所述第一齒輪和第二齒輪為漸開線齒輪，所述第二齒輪的齒數為8 12個。所述第一齒輪的齒根部的標準齒廓與齒頂部的頂切齒廓由一段光滑的過渡曲線連接。所述第一齒輪的每個齒槽根部沿軸向也設置有成型孔。所述成型孔包括擠壓區和固化區；所述擠壓區為普通錐孔，所述固化區的壓縮比為4. 5 6。所述擠壓區為流線形錐孔。與現有技術對比，本實用新型產生的有益效果為I、在現有技術中，生物質物料儲存在齒間間隙中或滾筒間隙中。所述間隙較小，儲存的生物質物料少。在本發明中，生物質物料儲存在頂切區中，儲存的生物質物料多。2、現有技術依靠輪齒或滾筒產生的碾壓力將生物質物料擠壓到成形孔中。由於生物質物料的可壓縮性，大部分碾壓力耗散在生物質物料之間的空隙中，碾壓時產生的擠壓力嚴重不足，擠壓效果差。在本發明中，齒輪嚙合時對儲存在頂切區中的生物質物料產生切削作用，其切削力可分解為沿成型孔的軸向擠壓力，將生物質物料擠壓進入成型孔中，顯著提高了擠壓效果。3、本發明提出的內嚙合齒輪式成型模具，結構簡單、使用壽命長、能源消耗少，可以連續運行，解決了生物質成型燃料製造技術中亟待解決的技術問題。。

圖I為具體實施方式
的內嚙合齒輪式成型模具的原理示意圖；圖2為圖I的頂切齒輪的齒廓示意圖；圖3為圖I的成型孔沿軸向的分布示意圖；圖4為圖I的普通錐形成型孔的示意圖；[0033]圖5為另一種流線形成型孔的不意圖。
具體實施方式
用齒數較少的插齒刀加工內齒輪時，內齒輪的齒頂角和插齒刀的齒根會發生根切，內齒輪的齒頂角被插齒刀切去一部分而發生頂切現象。插齒刀的齒數愈少，內齒輪的頂
切愈嚴重。齒頂部頂切掉部分標準齒廓後形成的齒廓稱之為頂切齒廓。存在頂切齒廓的齒輪稱之為頂切齒輪。在齒輪傳動中，頂切將產生嚴重的幹涉，齒輪或卡死或損壞，導致傳動失敗。為此，在出現頂切時，現有技術採取許多技術手段，以避免產生頂切齒輪。本實用新型將齒輪的嚙合運動用於擠壓生物質物料，頂切可以產生頂切力，有利於生物質物料的擠壓成型。因而，本發明按照頂切條件加工頂切齒輪，與另一個標準齒輪構成內哨合齒輪式壓棍模具。一種具體實施方式
如圖I所示。為保證嚙合運動的平穩性，至少有一對以上的輪齒同時哨合。第一齒輪I與第二齒輪2相互內哨合,構成一對內哨合齒輪式壓棍,其中第一齒輪I為頂切齒輪。對於漸開線齒輪，為產生頂切，第二齒輪2的齒數一般可取為8 12。第一齒輪I為已加工成形的頂切齒輪,其齒廓分為a b、c d 二段，a b為標準齒廓，c d為頂切齒廓。圖中的虛線為被頂切的標準齒廓，其與頂切齒廓之間的區域稱之為頂切區。頂切區有兩個。如圖3所示，第一齒輪I的每個輪齒沿軸向設置若干成型孔3 ;第一齒輪I的每個齒槽根部沿軸向也設置若干成型孔3。生物質物料4由第一齒輪I的空腔進入內嚙合齒輪式壓輥中間，儲存在齒間間隙中。內嚙合齒輪式壓輥產生嚙合運動時，儲存在齒間間隙中的生物質物料受到碾壓。由於生物質物料的可壓縮性，大部分碾壓力耗散在生物質物料之間的空隙中，碾壓產生的擠壓力不足，擠壓效果差。在本技術實施例中，除齒間間隙中的生物質物料外，大部分生物質物料儲存在第一齒輪I的頂切區中。內嚙合齒輪式壓輥產生嚙合運動時，第二齒輪2對第一齒輪I產生頂切，對儲存在第一齒輪I頂切區中的生物質物料產生切削作用，其切削力可分解為沿成型孔3方向的軸向擠壓力，將生物質物料擠壓進入成型孔3中。成型孔3的結構如圖3所示。其中，擠壓區3-1為圖3所示的普通錐孔，固化區3-2為圓孔。在擠壓區3-1中，生物質物料被擠壓入固化區3-2中固化成型。固化區3-2中圓孔的長度與直徑之比稱為壓縮比；圓孔的直徑一般為8mm ;壓縮比一般為4. 5 6，如果固化區3-2中圓孔的長度過長，則擴孔，如圖2所示。特別是，擠壓區3-1為圖4所示的流線形錐孔，以減小軸向摩擦力，增加徑向擠壓力。為減小生物質物料壓入成型孔3時的摩擦力，第一齒輪I的標準齒廓ab與頂部的頂切齒廓c d用一段光滑的過渡曲線b c連接。[0048]在上述內嚙合齒輪式壓輥中，第一齒輪I或第二齒輪2均可作為主動輪。其他技術問題，例如，內嚙合齒輪式壓輥與電機的連接方式，軸承的配置，裝配方式、調速方法等均為常規技術。採用本實用新型提出的內嚙合齒輪式成型模具可用於竹屑、木屑等成型困難的生物質物料，特別是竹屑含量高或100%竹屑構成的生物質物料。在本實用新型，生物質物料還包括稻殼、秸杆等農作物廢棄物，芒草、巨菌草等能源草。·在本實用新型，生物質物料中無須任何添加劑與膠結劑，模具壽命長、生產效率高、能源消耗小。採用上述成型模具的生物質成型燃料的成型方法的技術方案如下步驟(I)、將生物質物料粉碎、攪拌、過熱蒸汽軟化和乾燥(含水率在30%以下)。將生物質物料4從進料口進入內嚙合齒輪式成型模具；步驟(2)、內嚙合齒輪式成型模具運轉，生物質物料4隨齒輪轉動進入並儲存於第二齒輪I的頂切區，第二齒輪2和第一齒輪I嚙合時產生的頂切力將存儲在頂切區中的生物質物料4擠壓進入第一齒輪I的成型孔3中；步驟(3)、生物質物料4在成型孔3的擠壓區中擠壓為成型燃料；步驟(4)、成型燃料在成型孔3的固化區中固化；步驟(5)、成型燃料進入齒輪I的中部通孔中折斷排出。以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，例如，可以採用直齒輪或斜齒輪，還可以採用各種不同的嚙合曲線以及根據不同的頂切條件製造頂切齒輪等，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.ー種生物質成型燃料的成型模具，包括由相互內嚙合的第一齒輪(I)和第二齒輪(2)構成的一對內哨合齒輪式壓棍；所述第一齒輪(I)的姆個輪齒沿軸向設置若干成型孔(3)，所述成型孔(3)用於生物質物料(4)的成型；其特徵在於 所述第二齒輪(2)對第一齒輪(I)產生頂切，所述第一齒輪(I)為頂切齒輪，所述頂切齒輪的齒頂部為頂切齒廓，所述頂切齒廓是齒頂部頂切部分標準齒廓後形成的齒廓，從而在每個輪齒的頂部兩側分別形成ー個用於存儲生物質物料的頂切區。
2.如權利要求I所述的生物質成型燃料的成型模具，其特徵還在於，所述第一齒輪(I)和第二齒輪(2)為漸開線齒輪，所述第二齒輪(2)的齒數為8 12個。
3.如權利要求I所述的生物質成型燃料的成型模具，其特徵還在於，所述第一齒輪(I)的齒根部的標準齒廓與齒頂部的頂切齒廓由一段光滑的過渡曲線連接。
4.如權利要求I所述的生物質成型燃料的成型模具，其特徵還在於，所述第一齒輪(I)的每個齒槽根部沿軸向也設置有成型孔(3)。
5.如權利要求4所述的生物質成型燃料的成型模具，其特徵還在於，所述成型孔(3)包括擠壓區(3-1)和固化區(3-2);所述擠壓區(3-1)為普通錐孔，所述固化區(3-2)的壓縮比為4. 5 6。
6.如權利要求5所述的生物質成型燃料的成型模具，其特徵還在於，所述擠壓區(3-1)為流線形錐孔。
專利摘要本實用新型公告了一種生物質成型燃料的成型模具。齒輪嚙合時對儲存在頂切區中的生物質物料產生切削作用，其切削力可分解為沿成型孔的軸向分力，將生物質物料推進成型孔中，顯著提高了擠壓效果。本實用新型提出的內嚙合齒輪式成型模具，結構簡單、使用壽命長、能源消耗少，可以連續運行，解決了生物質成型燃料製造技術中亟待解決的技術問題。
文檔編號B30B11/28GK202573054SQ20122012064
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者江俊逢, 廖衛兵 申請人:江俊逢, 廖衛兵