專利名稱：一種生物質成型燃料的成型模具的制作方法
技術領域：
本實用新型屬新能源領域，具體涉及用于制造生物質成型燃料的一種外嚙合齒輪式成型模具。
背景技術：
能源是人類賴以生存的物質基礎，是國民經濟發(fā)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(fā)利用過程對環(huán)境生態(tài)造成的巨大壓力，嚴重制約著社會經 濟的可持續(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濟社會的可持續(xù)發(fā)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(fā)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、意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(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種，固態(tài)的生物質成型燃料是最有市場前景的產業(yè)化方向。根據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，中國生物質成型燃料年利用量將達到5000萬噸。生物質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，其熱值約為5000kcal/kg，相當于O. 714公斤原煤(標準煤的熱值為7000kcal/kg，每公斤原煤相當于O. 7143公斤標準煤)?；钊匠尚蜋C、螺旋式成型機、輥壓式成型機是制造生物質成型燃料的主要設備。與稻殼、秸桿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(fā)生，難以連續(xù)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制造成本。對于生物質成型燃料的這些成型機，成型模具與基于該成型模具的成型方法成為生物質成型燃料制造技術中亟待解決的技術問題。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后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、碾壓時用于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。[0015]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，作用于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(fā)生，能源消耗大，難以連續(xù)運行。
發(fā)明內容基于齒輪傳動時產生根切的原理，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，包括由相互外嚙合的第一齒輪和第二齒輪構成的一對外嚙合齒輪式壓輥，用于制造生物質成型燃料；所述第一齒輪為圓簡結構，中部設有用于收集生物質成型燃料的通孔；所述第一齒輪的每個輪齒沿軸向設置有成型孔，用于生物質物料的成型；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準齒廓后形成的齒廓，從而在每個輪齒兩側的根部分別形成一個用于存儲生物質物料的根切區(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準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)有技術對比，本實用新型產生的有益效果為I、在現(xiàn)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。在本實用新型中，生物質物料儲存在根切區(qū)中，儲存的生物質物料多。 2、現(xiàn)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。由于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。在本實用新型中，齒輪嚙合時對儲存在根切區(qū)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、本實用新型提出的外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(xù)運行，解決了生物質成型燃料制造技術中亟待解決的技術問題。

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，對于標準漸開線齒輪(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，必然產生根切，即被切齒輪的齒根被切去部分標準齒廓。被切齒輪的齒數(shù)愈少，根切愈嚴重。齒根部根切掉部分標準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，根切將產生嚴重的干涉，齒輪或卡死或損壞，導致傳動失敗。為此， 在出現(xiàn)根切時，現(xiàn)有技術采取變位等技術手段加工出變位齒輪，以避免產生根切齒輪。本發(fā)明將齒輪的嚙合運動用于擠壓生物質物料，根切可以產生根切力，有利于生物質物料的擠壓成型。因而，本發(fā)明按照根切條件加工根切齒輪，與另一個標準齒輪構成外哨合齒輪式壓棍模具。一種具體技術方案如圖I所示。為保證嚙合運動的平穩(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的齒廓結構如圖2所示,其齒廓分為ab、cd 二段，ab為標準齒廓，cd為根切齒廓。圖中的虛線為被根切的標準齒廓，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，輪齒徑向兩側各一個。第一齒輪I為圓簡結構的普通齒輪，其中部為通孔，用于收集生物質成型燃料。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的每個齒根也沿軸向設置若干成型孔3。生物質物料4由上方進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。由于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二齒輪2的根切區(qū)中。外嚙合齒輪式壓輥產生嚙合運動時，第一齒輪I對第二齒輪2產生根切，對儲存在第二齒輪2根切區(qū)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]為減小生物質物料壓入成型孔3時的摩擦力，第二齒輪2的標準齒廓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。其他技術問題，例如，外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(guī)技術。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、秸桿等農作物廢棄物，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。·[0052]上述生物質燃料成型模具用于生物質燃料成型包括以下工藝步驟步驟(I)、將生物質物料粉碎、攪拌、過熱蒸汽軟化和干燥(含水率在30%以下)。將生物質物料從進料口進入外嚙合齒輪式生物質燃料成型模具；步驟(2)、外嚙合齒輪式成型模具運轉，生物質物料隨齒輪轉到進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生的根切力將所述存儲在第二齒輪根切區(qū)中的生物質物料擠壓進入第一齒輪的成型孔中；步驟(3)、所述生物質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)、所述成型燃料進入所述第一齒輪的中部通孔中折斷排出。以上內容是結合具體的優(yōu)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于這些說明。對于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不同的根切條件制造根切齒輪等，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.ー種生物質成型燃料的成型模具，包括由相互外嚙合的第一齒輪(I)和第二齒輪(2)構成的一對外嚙合齒輪式壓輥，用于制造生物質成型燃料；所述第一齒輪(I)為圓簡結構，中部設有用于收集生物質成型燃料的通孔；所述第一齒輪(I)的每個輪齒沿軸向設置有成型孔(3)，用于生物質物料(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準齒廓后形成的齒廓，從而在每個輪齒根部的兩側分別形成ー個用于存儲生物質物料的根切區(qū)。
2.如權利要求I所述的生物質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.如權利要求I所述的生物質成型燃料的成型模具，其特征還在于，所述第二齒輪(2)的齒頂部的標準齒廓與齒根部的根切齒廓由一段光滑的過渡曲線連接。
4.如權利要求I所述的生物質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.如權利要求5所述的生物質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準齒廓后形成的齒廓，從而在每個輪齒根部的兩側分別形成一個用于存儲生物質物料的根切區(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。本實用新型提出的外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(xù)運行，解決了生物質成型燃料制造技術中亟待解決的技術問題。
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