專(zhuān)利名稱(chēng)：生物質(zhì)成型燃料的成型模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬新能源領(lǐng)域，具體涉及用于制造生物質(zhì)成型燃料的一種成型模具。技術(shù)背景能源是人類(lèi)賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本條件。我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，能源供應(yīng)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(kāi)發(fā)利用過(guò)程對(duì)環(huán)境生態(tài)造成的巨大壓力，嚴(yán)重制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展可再生能源，是實(shí)現(xiàn)自然資源的綜合利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)途徑。所謂生物質(zhì)能(biomass energy),是綠色植物通過(guò)葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)在生物質(zhì)內(nèi)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(zhì)成型燃料是將草本或木本生物質(zhì)物料通過(guò)機(jī)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(kāi)發(fā)了以木屑為原料的生物質(zhì)成型燃料的成型技術(shù)，以木屑為原料的生物質(zhì)成型燃料在德國(guó)、丹麥、瑞典、意大利等歐洲國(guó)家被廣泛使用。在生物質(zhì)能源的利用方式上，有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種，固態(tài)的生物質(zhì)成型燃料是最有市場(chǎng)前景的產(chǎn)業(yè)化方向。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)2007年9月頒布的《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國(guó)生物質(zhì)成型燃料年利用量將達(dá)到5000萬(wàn)噸。生物質(zhì)物料干燥后的熱值一般在3500kcal/kg到5000kcal/kg之間，其中以竹材為最高。I公斤干燥的竹材與原煤相當(dāng)，其熱值約為5000kcal/kg，相當(dāng)于O. 714公斤原煤(標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為7000kcal/kg，每公斤原煤相當(dāng)于O. 7143公斤標(biāo)準(zhǔn)煤)?；钊匠尚蜋C(jī)、螺旋式成型機(jī)、輥壓式成型機(jī)是制造生物質(zhì)成型燃料的主要設(shè)備。與稻殼、秸桿等草本農(nóng)作物廢棄物不同，竹屑、木屑等生物質(zhì)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(shí)有發(fā)生，難以連續(xù)運(yùn)行，從而導(dǎo)致維修費(fèi)用高，能源消耗大，大大提高了竹屑、木屑等生物質(zhì)成型燃料的制造成本。對(duì)于生物質(zhì)成型燃料的這些成型機(jī)，成型模具與基于該成型模具的成型方法成為生物質(zhì)成型燃料制造技術(shù)中亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。發(fā)明專(zhuān)利(發(fā)明號(hào)201110274628.7)公開(kāi)了一種以滾筒作為壓輥的成型模具，發(fā)明專(zhuān)利(發(fā)明號(hào)201110002215.3)公開(kāi)了一種以齒輪作為壓輥的成型模具。在上述發(fā)明中，內(nèi)置成型孔的一對(duì)滾筒或一對(duì)齒輪構(gòu)成輥壓式成型模具，其基本成型方法是粉碎后的生物質(zhì)物料進(jìn)入兩個(gè)滾筒之間的間隙或兩個(gè)齒輪之間的齒間間隙，因壓輥對(duì)物料的碾壓力，導(dǎo)致物料被碾壓從而進(jìn)入壓輥中的成型孔進(jìn)行成型。上述輥壓式成型模具及成型方法存在3個(gè)主要缺點(diǎn)I、碾壓時(shí)用于儲(chǔ)存生物質(zhì)物料的是一對(duì)壓輥之間的間隙。所述間隙很小，因而每次碾壓進(jìn)入成型孔的生物質(zhì)物料很少。2、生物質(zhì)物料內(nèi)部存在許多空隙，因而是可壓縮的。生物質(zhì)物料的可壓縮性導(dǎo)致大部分碾壓力耗散在這些空隙中，作用于生物質(zhì)物料的碾壓力大大減小，碾壓時(shí)產(chǎn)生的擠壓力嚴(yán)重不足，擠壓效果差。3、生物質(zhì)物料在成型孔內(nèi)的成型過(guò)程中產(chǎn)生了極大的摩擦力。為克服這種摩擦力，需要相當(dāng)大的軸向擠壓力。然而，壓輥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)物料不能直接產(chǎn)生所述軸向擠壓力，成型模具極易磨損，軸承破裂時(shí)有發(fā)生，能源消耗大，難以連續(xù)運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容基于齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生頂切的原理，本實(shí)用新型提出一種內(nèi)嚙合齒輪式成型模具，用于制造生物質(zhì)成型燃料。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下。一種生物質(zhì)成型燃料的成型模具，包括由相互內(nèi)嚙合的第一齒輪和第二齒輪構(gòu)成的一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪式壓輥；所述第一齒輪的每個(gè)輪齒沿軸向設(shè)置若干成型孔，所述成型孔 用于生物質(zhì)物料的成型；所述第二齒輪與第一齒輪內(nèi)嚙合并對(duì)第一齒輪產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)齒廓后形成的齒廓，從而在每個(gè)輪齒的頂部?jī)蓚?cè)分別形成一個(gè)用于存儲(chǔ)生物質(zhì)物料的頂切區(qū)。所述第一齒輪和第二齒輪為漸開(kāi)線齒輪，所述第二齒輪的齒數(shù)為8 12個(gè)。所述第一齒輪的齒根部的標(biāo)準(zhǔn)齒廓與齒頂部的頂切齒廓由一段光滑的過(guò)渡曲線連接。所述第一齒輪的每個(gè)齒槽根部沿軸向也設(shè)置有成型孔。所述成型孔包括擠壓區(qū)和固化區(qū)；所述擠壓區(qū)為普通錐孔，所述固化區(qū)的壓縮比為4. 5 6。所述擠壓區(qū)為流線形錐孔。與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果為I、在現(xiàn)有技術(shù)中，生物質(zhì)物料儲(chǔ)存在齒間間隙中或滾筒間隙中。所述間隙較小，儲(chǔ)存的生物質(zhì)物料少。在本發(fā)明中，生物質(zhì)物料儲(chǔ)存在頂切區(qū)中，儲(chǔ)存的生物質(zhì)物料多。2、現(xiàn)有技術(shù)依靠輪齒或滾筒產(chǎn)生的碾壓力將生物質(zhì)物料擠壓到成形孔中。由于生物質(zhì)物料的可壓縮性，大部分碾壓力耗散在生物質(zhì)物料之間的空隙中，碾壓時(shí)產(chǎn)生的擠壓力嚴(yán)重不足，擠壓效果差。在本發(fā)明中，齒輪嚙合時(shí)對(duì)儲(chǔ)存在頂切區(qū)中的生物質(zhì)物料產(chǎn)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(zhì)物料擠壓進(jìn)入成型孔中，顯著提高了擠壓效果。3、本發(fā)明提出的內(nèi)嚙合齒輪式成型模具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、能源消耗少，可以連續(xù)運(yùn)行，解決了生物質(zhì)成型燃料制造技術(shù)中亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。。

圖I為具體實(shí)施方式
的內(nèi)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(shí)施方式
用齒數(shù)較少的插齒刀加工內(nèi)齒輪時(shí)，內(nèi)齒輪的齒頂角和插齒刀的齒根會(huì)發(fā)生根切，內(nèi)齒輪的齒頂角被插齒刀切去一部分而發(fā)生頂切現(xiàn)象。插齒刀的齒數(shù)愈少，內(nèi)齒輪的頂
切愈嚴(yán)重。齒頂部頂切掉部分標(biāo)準(zhǔn)齒廓后形成的齒廓稱(chēng)之為頂切齒廓。存在頂切齒廓的齒輪稱(chēng)之為頂切齒輪。在齒輪傳動(dòng)中，頂切將產(chǎn)生嚴(yán)重的干涉，齒輪或卡死或損壞，導(dǎo)致傳動(dòng)失敗。為此，在出現(xiàn)頂切時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)采取許多技術(shù)手段，以避免產(chǎn)生頂切齒輪。本實(shí)用新型將齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)用于擠壓生物質(zhì)物料，頂切可以產(chǎn)生頂切力，有利于生物質(zhì)物料的擠壓成型。因而，本發(fā)明按照頂切條件加工頂切齒輪，與另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪構(gòu)成內(nèi)哨合齒輪式壓棍模具。一種具體實(shí)施方式
如圖I所示。為保證嚙合運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，至少有一對(duì)以上的輪齒同時(shí)哨合。第一齒輪I與第二齒輪2相互內(nèi)哨合,構(gòu)成一對(duì)內(nèi)哨合齒輪式壓棍,其中第一齒輪I為頂切齒輪。對(duì)于漸開(kāi)線齒輪，為產(chǎn)生頂切，第二齒輪2的齒數(shù)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(biāo)準(zhǔn)齒廓，c d為頂切齒廓。圖中的虛線為被頂切的標(biāo)準(zhǔn)齒廓，其與頂切齒廓之間的區(qū)域稱(chēng)之為頂切區(qū)。頂切區(qū)有兩個(gè)。如圖3所示，第一齒輪I的每個(gè)輪齒沿軸向設(shè)置若干成型孔3 ;第一齒輪I的每個(gè)齒槽根部沿軸向也設(shè)置若干成型孔3。生物質(zhì)物料4由第一齒輪I的空腔進(jìn)入內(nèi)嚙合齒輪式壓輥中間，儲(chǔ)存在齒間間隙中。內(nèi)嚙合齒輪式壓輥產(chǎn)生嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)存在齒間間隙中的生物質(zhì)物料受到碾壓。由于生物質(zhì)物料的可壓縮性，大部分碾壓力耗散在生物質(zhì)物料之間的空隙中，碾壓產(chǎn)生的擠壓力不足，擠壓效果差。在本技術(shù)實(shí)施例中，除齒間間隙中的生物質(zhì)物料外，大部分生物質(zhì)物料儲(chǔ)存在第一齒輪I的頂切區(qū)中。內(nèi)嚙合齒輪式壓輥產(chǎn)生嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二齒輪2對(duì)第一齒輪I產(chǎn)生頂切，對(duì)儲(chǔ)存在第一齒輪I頂切區(qū)中的生物質(zhì)物料產(chǎn)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(zhì)物料擠壓進(jìn)入成型孔3中。成型孔3的結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中，擠壓區(qū)3-1為圖3所示的普通錐孔，固化區(qū)3-2為圓孔。在擠壓區(qū)3-1中，生物質(zhì)物料被擠壓入固化區(qū)3-2中固化成型。固化區(qū)3-2中圓孔的長(zhǎng)度與直徑之比稱(chēng)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(qū)3-2中圓孔的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則擴(kuò)孔，如圖2所示。特別是，擠壓區(qū)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(zhì)物料壓入成型孔3時(shí)的摩擦力，第一齒輪I的標(biāo)準(zhǔn)齒廓ab與頂部的頂切齒廓c d用一段光滑的過(guò)渡曲線b c連接。[0048]在上述內(nèi)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(dòng)輪。其他技術(shù)問(wèn)題，例如，內(nèi)嚙合齒輪式壓輥與電機(jī)的連接方式，軸承的配置，裝配方式、調(diào)速方法等均為常規(guī)技術(shù)。采用本實(shí)用新型提出的內(nèi)嚙合齒輪式成型模具可用于竹屑、木屑等成型困難的生物質(zhì)物料，特別是竹屑含量高或100%竹屑構(gòu)成的生物質(zhì)物料。在本實(shí)用新型，生物質(zhì)物料還包括稻殼、秸桿等農(nóng)作物廢棄物，芒草、巨菌草等能源草?！ぴ诒緦?shí)用新型，生物質(zhì)物料中無(wú)須任何添加劑與膠結(jié)劑，模具壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高、能源消耗小。采用上述成型模具的生物質(zhì)成型燃料的成型方法的技術(shù)方案如下步驟(I)、將生物質(zhì)物料粉碎、攪拌、過(guò)熱蒸汽軟化和干燥(含水率在30%以下)。將生物質(zhì)物料4從進(jìn)料口進(jìn)入內(nèi)嚙合齒輪式成型模具；步驟(2)、內(nèi)嚙合齒輪式成型模具運(yùn)轉(zhuǎn)，生物質(zhì)物料4隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入并儲(chǔ)存于第二齒輪I的頂切區(qū)，第二齒輪2和第一齒輪I嚙合時(shí)產(chǎn)生的頂切力將存儲(chǔ)在頂切區(qū)中的生物質(zhì)物料4擠壓進(jìn)入第一齒輪I的成型孔3中；步驟(3)、生物質(zhì)物料4在成型孔3的擠壓區(qū)中擠壓為成型燃料；步驟(4)、成型燃料在成型孔3的固化區(qū)中固化；步驟(5)、成型燃料進(jìn)入齒輪I的中部通孔中折斷排出。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，例如，可以采用直齒輪或斜齒輪，還可以采用各種不同的嚙合曲線以及根據(jù)不同的頂切條件制造頂切齒輪等，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.ー種生物質(zhì)成型燃料的成型模具，包括由相互內(nèi)嚙合的第一齒輪(I)和第二齒輪(2)構(gòu)成的一對(duì)內(nèi)哨合齒輪式壓棍；所述第一齒輪(I)的姆個(gè)輪齒沿軸向設(shè)置若干成型孔(3)，所述成型孔(3)用于生物質(zhì)物料(4)的成型；其特征在于 所述第二齒輪(2)對(duì)第一齒輪(I)產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)齒廓后形成的齒廓，從而在每個(gè)輪齒的頂部?jī)蓚?cè)分別形成ー個(gè)用于存儲(chǔ)生物質(zhì)物料的頂切區(qū)。
2.如權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)成型燃料的成型模具，其特征還在于，所述第一齒輪(I)和第二齒輪(2)為漸開(kāi)線齒輪，所述第二齒輪(2)的齒數(shù)為8 12個(gè)。
3.如權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)成型燃料的成型模具，其特征還在于，所述第一齒輪(I)的齒根部的標(biāo)準(zhǔn)齒廓與齒頂部的頂切齒廓由一段光滑的過(guò)渡曲線連接。
4.如權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)成型燃料的成型模具，其特征還在于，所述第一齒輪(I)的每個(gè)齒槽根部沿軸向也設(shè)置有成型孔(3)。
5.如權(quán)利要求4所述的生物質(zhì)成型燃料的成型模具，其特征還在于，所述成型孔(3)包括擠壓區(qū)(3-1)和固化區(qū)(3-2);所述擠壓區(qū)(3-1)為普通錐孔，所述固化區(qū)(3-2)的壓縮比為4. 5 6。
6.如權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)成型燃料的成型模具，其特征還在于，所述擠壓區(qū)(3-1)為流線形錐孔。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公告了一種生物質(zhì)成型燃料的成型模具。齒輪嚙合時(shí)對(duì)儲(chǔ)存在頂切區(qū)中的生物質(zhì)物料產(chǎn)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(zhì)物料推進(jìn)成型孔中，顯著提高了擠壓效果。本實(shí)用新型提出的內(nèi)嚙合齒輪式成型模具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、能源消耗少，可以連續(xù)運(yùn)行，解決了生物質(zhì)成型燃料制造技術(shù)中亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
文檔編號(hào)B30B11/28GK202573054SQ20122012064
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者江俊逢, 廖衛(wèi)兵 申請(qǐng)人:江俊逢, 廖衛(wèi)兵