專利名稱：一種生物質(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)成型燃料的一種外嚙合齒輪式成型模具。
背景技術(shù)：
能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本條件。我國是能源消費(fèi)大國，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發(fā)利用過程對環(huán)境生態(tài)造成的巨大壓力，嚴(yán)重制約著社會經(jīng) 濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展可再生能源，是實現(xiàn)自然資源的綜合利用與經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)途徑。所謂生物質(zhì)能(biomass energy),是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲在生物質(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、丹麥、瑞典、意大利等歐洲國家被廣泛使用。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前景的產(chǎn)業(yè)化方向。根據(jù)中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會2007年9月頒布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國生物質(zhì)成型燃料年利用量將達(dá)到5000萬噸。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)。活塞式成型機(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)問題。發(fā)明專利(發(fā)明號201110274628.7)公開了一種以滾筒作為壓輥的成型模具，發(fā)明專利(發(fā)明號2011100022153)公開了一種以齒輪作為壓輥的成型模具。在上述發(fā)明中，內(nèi)置成型孔的一對滾筒或一對齒輪構(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(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個主要缺點(diǎn)I、碾壓時用于儲存生物質(zhì)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(jìn)入成型孔的生物質(zhì)物料很少。[0015]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)時對物料不能直接產(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)容基于齒輪傳動時產(chǎn)生根切的原理，本實用新型提出一種外嚙合齒輪式成型模具，用于制造生物質(zhì)成型燃料。本實用新型的技術(shù)方案如下。一種生物質(zhì)成型燃料的成型模具，包括由相互外嚙合的第一齒輪和第二齒輪構(gòu)成的一對外嚙合齒輪式壓輥，用于制造生物質(zhì)成型燃料；所述第一齒輪為圓簡結(jié)構(gòu)，中部設(shè)有用于收集生物質(zhì)成型燃料的通孔；所述第一齒輪的每個輪齒沿軸向設(shè)置有成型孔，用于生物質(zhì)物料的成型；所述第一齒輪與所述第二齒輪外嚙合并對所述第二齒輪產(chǎn)生根切；所述第二齒輪為根切齒輪，所述根切齒輪的齒根部為根切齒廓，所述根切齒廓是齒根部根切掉部分標(biāo)準(zhǔn)齒廓后形成的齒廓，從而在每個輪齒兩側(cè)的根部分別形成一個用于存儲生物質(zhì)物料的根切區(qū)。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(shù)為8 12個。所述第二齒輪的齒頂部的標(biāo)準(zhǔn)齒廓與齒根部的根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(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)對比，本實用新型產(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(zhì)物料少。在本實用新型中，生物質(zhì)物料儲存在根切區(qū)中，儲存的生物質(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，碾壓時產(chǎn)生的擠壓力嚴(yán)重不足，擠壓效果差。在本實用新型中，齒輪嚙合時對儲存在根切區(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、本實用新型提出的外嚙合齒輪式成型模具，結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、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)問題。

圖I為具體實施方式
的外嚙合齒輪式成型模具的原理示意圖；圖2為圖I中根切齒輪的齒廓示意圖；[0031]圖3為圖I中成型孔沿軸向的分布示意圖；圖4為圖I中的普通錐形成型孔的示意圖；圖5為另一種流線形成型孔的不意圖。
具體實施方式
齒輪加工時，如果被切齒輪的齒數(shù)較少，例如，對于標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪(壓力角為20°、齒頂高系數(shù)為I)，被切齒輪的齒數(shù)等于或少于17時，必然產(chǎn)生根切，即被切齒輪的齒根被切去部分標(biāo)準(zhǔn)齒廓。被切齒輪的齒數(shù)愈少，根切愈嚴(yán)重。齒根部根切掉部分標(biāo)準(zhǔn)齒廓后形成的齒廓稱之為根切齒廓。存在根切齒廓的齒輪稱之為根切齒輪。在齒輪傳動中，根切將產(chǎn)生嚴(yán)重的干涉，齒輪或卡死或損壞，導(dǎo)致傳動失敗。為此， 在出現(xiàn)根切時，現(xiàn)有技術(shù)采取變位等技術(shù)手段加工出變位齒輪，以避免產(chǎn)生根切齒輪。本發(fā)明將齒輪的嚙合運(yùn)動用于擠壓生物質(zhì)物料，根切可以產(chǎn)生根切力，有利于生物質(zhì)物料的擠壓成型。因而，本發(fā)明按照根切條件加工根切齒輪，與另一個標(biāo)準(zhǔn)齒輪構(gòu)成外哨合齒輪式壓棍模具。一種具體技術(shù)方案如圖I所示。為保證嚙合運(yùn)動的平穩(wěn)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相互外哨合,構(gòu)成一對外哨合齒輪式壓棍,其中齒輪2為根切齒輪。對于漸開線齒輪，第二齒輪2的齒數(shù)一般可取為8 12，為已加工成形的根切齒輪。第二齒輪2的齒廓結(jié)構(gòu)如圖2所示,其齒廓分為ab、cd 二段，ab為標(biāo)準(zhǔn)齒廓，cd為根切齒廓。圖中的虛線為被根切的標(biāo)準(zhǔn)齒廓，其與根切齒廓之間的區(qū)域稱之為根切區(qū)。根切區(qū)有兩個，輪齒徑向兩側(cè)各一個。第一齒輪I為圓簡結(jié)構(gòu)的普通齒輪，其中部為通孔，用于收集生物質(zhì)成型燃料。如圖3所示，第一齒輪I的每個輪齒沿軸向設(shè)置若干成型孔3 ;第一齒輪I的每個齒根也沿軸向設(shè)置若干成型孔3。生物質(zhì)物料4由上方進(jìn)入外嚙合齒輪式壓輥中間，儲存在齒間間隙中。外嚙合齒輪式壓輥產(chǎn)生嚙合運(yùn)動時，儲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)物料儲存在第二齒輪2的根切區(qū)中。外嚙合齒輪式壓輥產(chǎn)生嚙合運(yùn)動時，第一齒輪I對第二齒輪2產(chǎn)生根切，對儲存在第二齒輪2根切區(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4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。特別是，擠壓區(qū)3-1為圖5所示的流線形錐孔，以減小軸向摩擦力增加徑向擠壓力。[0047]為減小生物質(zhì)物料壓入成型孔3時的摩擦力，第二齒輪2的標(biāo)準(zhǔn)齒廓ab與根部的根切齒廓Cd用一段光滑的過渡曲線be連接。在上述外嚙合齒輪式壓輥中，第一齒輪I或第二齒輪2均可作為主動輪。其他技術(shù)問題，例如，外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)。采用本實用新型提出的外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。在本實用新型，生物質(zhì)物料中無須任何添加劑與膠結(jié)劑，模具壽命長、生產(chǎn)效率高、能源消耗小?！0052]上述生物質(zhì)燃料成型模具用于生物質(zhì)燃料成型包括以下工藝步驟步驟(I)、將生物質(zhì)物料粉碎、攪拌、過熱蒸汽軟化和干燥(含水率在30%以下)。將生物質(zhì)物料從進(jìn)料口進(jìn)入外嚙合齒輪式生物質(zhì)燃料成型模具；步驟(2)、外嚙合齒輪式成型模具運(yùn)轉(zhuǎn)，生物質(zhì)物料隨齒輪轉(zhuǎn)到進(jìn)入并儲存于第二齒輪的根切區(qū)，第一齒輪和第二齒輪嚙合時產(chǎn)生的根切力將所述存儲在第二齒輪根切區(qū)中的生物質(zhì)物料擠壓進(jìn)入第一齒輪的成型孔中；步驟(3)、所述生物質(zhì)物料在所述成型孔的擠壓區(qū)中擠壓為成型燃料；步驟(4)、所述成型燃料在所述成型孔的固化區(qū)中固化；步驟(5)、所述成型燃料進(jìn)入所述第一齒輪的中部通孔中折斷排出。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，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)不同的根切條件制造根切齒輪等，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.ー種生物質(zhì)成型燃料的成型模具，包括由相互外嚙合的第一齒輪(I)和第二齒輪(2)構(gòu)成的一對外嚙合齒輪式壓輥，用于制造生物質(zhì)成型燃料；所述第一齒輪(I)為圓簡結(jié)構(gòu)，中部設(shè)有用于收集生物質(zhì)成型燃料的通孔；所述第一齒輪(I)的每個輪齒沿軸向設(shè)置有成型孔(3)，用于生物質(zhì)物料(4)的成型；其特征在于 所述第一齒輪(I)對所述第二齒輪(2)產(chǎn)生根切，所述第二齒輪(2)為根切齒輪，所述根切齒輪的齒根部為根切齒廓，所述根切齒廓是齒根部根切部分標(biāo)準(zhǔn)齒廓后形成的齒廓，從而在每個輪齒根部的兩側(cè)分別形成ー個用于存儲生物質(zhì)物料的根切區(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)為漸開線齒輪，所述第二齒輪(2)的齒數(shù)為8 12個。
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，所述第二齒輪(2)的齒頂部的標(biāo)準(zhǔn)齒廓與齒根部的根切齒廓由一段光滑的過渡曲線連接。
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。
專利摘要本實用新型公告了一種生物質(zhì)成型燃料的成型模具。所述第一齒輪(1)對所述第二齒輪(2)產(chǎn)生根切，所述第二齒輪(2)為根切齒輪，所述根切齒輪的齒根部為根切齒廓，所述根切齒廓是齒根部根切部分標(biāo)準(zhǔn)齒廓后形成的齒廓，從而在每個輪齒根部的兩側(cè)分別形成一個用于存儲生物質(zhì)物料的根切區(qū)。齒輪嚙合時對儲存在根切區(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。本實用新型提出的外嚙合齒輪式成型模具結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、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)問題。
文檔編號B30B11/28GK202573053SQ20122012063
公開日2012年12月5日 申請日期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 申請人:江俊逢, 廖衛(wèi)兵