CN110497644A - 一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，包括机箱、驱动装置、环模体、压辊体、环模轴、压辊轴、换向轴和主动轴，环模轴顶端设置有从动锥齿轮，主动轴上设置有与从动锥齿轮啮合的主动锥齿轮，主动轴、换向轴和环模轴通过齿轮传动***连接，主动轴转动带动压辊轴和环模轴转动，压辊体设置于压辊轴的底端，环模体设置于环模轴上，压辊体上设置有若干压缩凸模，环模体上设置有若干成型孔，环模轴、压辊轴转动时，压缩凸模与成型孔实现位置啮合，压缩凸模将物料从成型孔中挤压成型并排出；本发明克服了现有产品成型模具与压辊之间磨损严重的问题，且能保证节能高效，降低生产成本；同时降低压辊及成型模具的磨损，并提高寿命。
Description
技术领域
本发明涉及农林业机械化工程技术领域，特别是涉及一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机。
背景技术
目前国内外生物质成型机，用于将粉碎了的林木废枝叶、农作物秸秆等压缩成颗粒或块状，作为燃料或饲料，通常采用环模或平模成型原理，存在能耗高，成本高，压辊和成型模具均磨损较为严重的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，以解决上述现有技术存在的问题，克服了现有产品成型模具与压辊之间磨损严重的问题，且能保证节能高效，降低生产成本；同时降低压辊及成型模具的磨损，并提高寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，包括机箱、驱动装置、环模体、压辊体、环模轴、压辊轴、换向轴和主动轴，所述机箱内设置有成型区和传动区，所述环模轴竖向设置，所述环模轴底端与所述机箱底板转动连接，所述环模轴顶端穿过所述成型区与所述传动区之间的横隔板伸入到所述传动区内，所述环模轴的顶端设置有从动锥齿轮；
所述压辊轴、所述换向轴和所述主动轴横向设置，且由所述机箱的侧壁底部到顶部依次排列，所述压辊轴一端与所述机箱的侧壁转动连接，另一端穿过所述传动区与所述成型区之间的竖隔板伸入到所述成型区内，所述换向轴一端与所述机箱的侧壁转动连接，另一端与所述竖隔板转动连接，所述主动轴一端与所述驱动装置连接，另一端穿过所述机箱的侧壁和所述竖隔板伸入到所述传动区内，所述主动轴的端部还设置有一主动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合连接；位于所述传动区内的所述压辊轴、所述换向轴和所述主动轴的轴体之间还通过齿轮传动***连接，所述驱动装置驱动所述主动轴转动，所述主动轴的转动通过所述齿轮传动***传递给所述压辊轴，带动所述压辊轴转动；
所述环模体设置于所述环模轴上并位于所述成型区内，所述环模体为一伞形回转体结构，所述环模体上周向设置若干成型孔，所述压辊体设置于所述压辊轴上并位于所述成型区内，所述压辊体为一锥体结构，所述压辊体上周向设置有若干压缩凸模，所述压缩凸模与所述成型孔相对设置并类锥齿啮合连接，所述压辊轴带动所述压辊体转动时，所述环模轴带动所述环模体转动时，所述压辊体上的所述压缩凸模与所述环模体上的所述成型孔实现位置啮合，所述压缩凸模能够将所述压辊体和所述环模体之间的松散生物质物料从所述成型孔中挤压成型并排出。
优选地，所述横隔板垂直焊接于所述竖隔板的板体上，所述横隔板的底部和所述竖隔板的一侧构成的区间为所述成型区，所述横隔板的顶部和所述竖隔板的另一侧构成的区间为所述传动区。
优选地，所述横隔板的顶部一侧还设置有一进料漏斗，用于向所述成型区内加入物料。
优选地，所述环模轴与所述机箱底板和所述横隔板之间通过轴承连接。
优选地，所述压辊轴、所述换向轴和所述主动轴与所述机箱侧壁和所述竖隔板之间通过轴承连接。
优选地，所述齿轮传动***包括从动直齿轮、换向齿轮和主动直齿轮，所述从动直齿轮设置于所述压辊轴上，所述换向齿轮设置于所述换向轴上，所述主动直齿轮设置于所述主动轴上，所述换向齿轮与所述从动直齿轮和所述主动直齿轮均啮合连接，所述主动轴转动带动所述主动直齿轮转动，所述主动直齿轮通过所述换向齿轮驱动所述从动直齿轮转动，进而驱动所述压辊轴转动。
优选地，所述成型孔在所述环模体的上周向均布有若干列，所述压缩凸模在所述压辊体上周向均布有若干列，所述压缩凸模与所述成型孔配合设置，使所述环模体和所述压辊体转动时，所述压缩凸模能够与所述成型孔啮合传动。
优选地，所述成型孔的中心线与所述环模体的轴心线的夹角为45°；所述压缩凸模的轴心线与所述压辊体的轴心线的夹角为45°。
优选地，所述成型孔位于所述环模体的顶部的一端开设有倒角。
优选地，所述环模体底部的机箱内还设置有倾斜的导料板，所述机箱的侧壁上与所述导料板的相对处设置有出料口。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明提供的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，设置外啮合锥齿轮传动机构，当驱动装置的动力传递至主动轴时，主动轴带动其上主动锥齿轮和主动直齿轮旋转，主动锥齿轮带动从动锥齿轮旋转，从动锥齿轮通过环模轴带动环模体转动，主动直齿轮通过与换向齿轮啮合来带动从动直齿轮转动，从动直齿轮通过压辊轴驱动柱塞式压辊体转动；该外啮合背锥齿轮传动机构使新型生物质环模成型机的工作更高效、更稳定。
2、本发明提供的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，可进一步降低能耗；具体消耗功率计算如下：
压缩凸模对物料的挤压所消耗的功率P1为：
式中：m—每个压辊体中同时参与挤压的压缩凸模个数；t—压辊体每转一圈所需时间，s；k—压缩凸模啮合过程中同时参与系数，这里取k＝1.3；H—物料被挤出长度，m；p0—单个压缩凸模所受的单位压力，Pa；A—单个压缩凸模横截面积，m2；d—单个压缩凸模直径，m。
压辊体在物料挤压变形区克服阻力矩所需要的功率P2为：
P2＝Tω＝2πnT (2)
式中：ω—柱塞式压辊体角速度，n—电机转速，r/min。T—压辊体在旋转过程中压缩凸模受收到的切向分力Ff对压辊产生的阻力矩。
压辊在旋转过程中压缩凸模受收到的切向分力Ff对压辊产生的阻力矩为：
式中：m—在啮合过程中参与啮合的压缩凸模排数；Ffmax—正在位置啮合处实现完全啮合的压缩凸模受到的切向分力，N；Ff1—某列压缩凸模进入啮合区并实现初步啮合时受到切向分力，N；Ff2—某列压缩凸模在啮合区并准备离开啮合处时受到的切向分力，N；x—环模体外表面和压辊体外表面在啮合处之间的直线距离，m；H—物料被挤出长度，m；Rj—某列压辊体啮合分度圆直径，m；
根据式(1)(2)(3)计算得整机功率P为：
P＝P1+P2 (4)
由于环模体及压辊体的外锥齿轮机构的卧式布局设计，可以使生物质粉末物料均匀分布于压辊和环模体之间；当压缩凸模与环模成型孔实现位置啮合时，分布在压缩凸模周围的与环模体及压辊体接触的物料均匀且分布量很少且均匀，故压缩凸模在压缩区受到的切向分力Ff可以实现大大降低的目标，压辊体在物料挤压变形区克服阻力矩T也大大降低；再可根据公式(4)知，本环模成型机构大大降低整机功率P，从而降低能耗，节约成本。
3、本发明提供的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，可进一步降低机构的磨损。由于上述公式(3)中实现了压缩凸模所受切向分力Ff的大大降低，且由于此力是摩擦磨损的重要参数，使得压辊体和环模体内表面单位时间的摩擦磨损量大大降低，从而实现了提高压辊体和环模体寿命的目标。
4、本发明提供的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，可进一步提高生产效率。由于采用齿轮啮合机理来成型，即环模体上的成型孔与压缩凸模的一一对应布局，大大提高了生物质物料的成型速度，较之传统的无压缩凸模的压辊体结构的成型机，其生产效率高出多倍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机的结构示意图；
图2为本发明中外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机的侧向结构示意图；
图3为本发明中环模体和压辊体的结构示意图；
图中：1-机箱、2-成型区、3-传动区、4-环模体、5-压辊体、6-环模轴、7-压辊轴、8-换向轴、9-主动轴、10-横隔板、11-竖隔板、12-从动锥齿轮、13-主动锥齿轮、14-成型孔、15-压缩凸模、16-进料漏斗、17-从动直齿轮、18-换向齿轮、19-主动直齿轮、20-倒角、21-导料板、22-出料口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，如图1、图2所示，包括机箱1、驱动装置、环模体4、压辊体5、环模轴6、压辊轴7、换向轴8和主动轴9，机箱1内设置有横隔板10和竖隔板11将机箱1分隔成成型区2和传动区3，横隔板10垂直焊接于竖隔板11的板体上，横隔板10的底部和竖隔板11的一侧构成的区间为成型区2，横隔板10的顶部和竖隔板11的另一侧构成的区间为传动区3；横隔板10的顶部一侧还设置有一进料漏斗16，用于向成型区2内加入物料。
环模轴6竖向设置，环模轴6底端与机箱1底板转动连接，环模轴6顶端穿过成型区2与传动区3之间的横隔板10伸入到传动区3内，环模轴6的顶端设置有从动锥齿轮12；
压辊轴7、换向轴8和主动轴9横向设置，且由机箱1的侧壁底部到顶部依次排列，压辊轴7一端与机箱1的侧壁转动连接，另一端穿过传动区3与成型区2之间的竖隔板11伸入到成型区2内，换向轴8一端与机箱1的侧壁转动连接，另一端与竖隔板11转动连接，主动轴9一端与驱动装置(图中未示出)连接，另一端穿过机箱1的侧壁和竖隔板11伸入到传动区3内，主动轴9的端部还设置有一主动锥齿轮13，主动锥齿轮13与从动锥齿轮12啮合连接；位于传动区3内的压辊轴7、换向轴8和主动轴9的轴体之间还通过齿轮传动***连接，驱动装置驱动主动轴9转动，主动轴9的转动通过齿轮传动***传递给压辊轴7，带动压辊轴7转动。
环模体4设置于环模轴6上并位于成型区2内，环模体4为一伞形回转体结构，环模体4上周向设置若干成型孔14，压辊体5设置于压辊轴7上并位于成型区2内，压辊体5为一锥体结构，压辊体5上周向设置有若干压缩凸模15，压缩凸模15与成型孔14相对设置并类锥齿啮合连接，压辊轴7带动压辊体5转动时，环模轴6带动环模体4转动时，压辊体5上的压缩凸模15与环模体4上的成型孔14实现位置啮合，压缩凸模15能够将压辊体5和环模体4之间的松散生物质物料从成型孔14中挤压成型并排出。
本实施例中，环模轴6与机箱1底板和横隔板10之间通过轴承连接，压辊轴7、换向轴8和主动轴9与机箱1侧壁和竖隔板11之间通过轴承连接，在相应的轴承处均设置密封圈来满足整个机箱1的密封要求。
本实施例中，齿轮传动***包括从动直齿轮17、换向齿轮18和主动直齿轮19，从动直齿轮17设置于压辊轴7上，换向齿轮18设置于换向轴8上，主动直齿轮19设置于主动轴9上，换向齿轮18与从动直齿轮17和主动直齿轮19均啮合连接，主动轴9转动带动主动直齿轮19转动，主动直齿轮19通过换向齿轮18驱动从动直齿轮17转动，进而驱动压辊轴7转动。
本实施例中，成型孔14在环模体4的上周向均布有若干列，压缩凸模15在压辊体5上周向均布有若干列，压缩凸模15与成型孔14配合设置，使环模体4和压辊体5转动时，压缩凸模15能够与成型孔14啮合传动；成型孔14的中心线与环模体4的轴心线的夹角为45°；压缩凸模15的轴心线与压辊体5的轴心线的夹角为45°。
本实施例中，如图3所示，成型孔14位于环模体4的顶部的一端开设有倒角20，倒角20的设置易于生物质物料进入成型孔14，保证了成型机的工作稳定性。
本实施例中，环模体4底部的机箱1内还设置有倾斜的导料板21，机箱1的侧壁上与导料板21的相对处设置有出料口22，在成型孔14内挤压成型的物料，经过成型孔14落下，由导料板21导向出料口22，从机箱1内输出。
本实施例中，驱动装置为设置于机箱1外的电磁调速电动机。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：包括机箱、驱动装置、环模体、压辊体、环模轴、压辊轴、换向轴和主动轴，所述机箱内设置有成型区和传动区，所述环模轴竖向设置，所述环模轴底端与所述机箱底板转动连接，所述环模轴顶端穿过所述成型区与所述传动区之间的横隔板伸入到所述传动区内，所述环模轴的顶端设置有从动锥齿轮；
所述压辊轴、所述换向轴和所述主动轴横向设置，且由所述机箱的侧壁底部到顶部依次排列，所述压辊轴一端与所述机箱的侧壁转动连接，另一端穿过所述传动区与所述成型区之间的竖隔板伸入到所述成型区内，所述换向轴一端与所述机箱的侧壁转动连接，另一端与所述竖隔板转动连接，所述主动轴一端与所述驱动装置连接，另一端穿过所述机箱的侧壁和所述竖隔板伸入到所述传动区内，所述主动轴的端部还设置有一主动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合连接；位于所述传动区内的所述压辊轴、所述换向轴和所述主动轴的轴体之间还通过齿轮传动***连接，所述驱动装置驱动所述主动轴转动，所述主动轴的转动通过所述齿轮传动***传递给所述压辊轴，带动所述压辊轴转动；
所述环模体设置于所述环模轴上并位于所述成型区内，所述环模体为一伞形回转体结构，所述环模体上周向设置若干成型孔，所述压辊体设置于所述压辊轴上并位于所述成型区内，所述压辊体为一锥体结构，所述压辊体上周向设置有若干压缩凸模，所述压缩凸模与所述成型孔相对设置并类锥齿啮合连接，所述压辊轴带动所述压辊体转动时，所述环模轴带动所述环模体转动时，所述压辊体上的所述压缩凸模与所述环模体上的所述成型孔实现位置啮合，所述压缩凸模能够将所述压辊体和所述环模体之间的松散生物质物料从所述成型孔中挤压成型并排出。
2.根据权利要求1所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述横隔板垂直焊接于所述竖隔板的板体上，所述横隔板的底部和所述竖隔板的一侧构成的区间为所述成型区，所述横隔板的顶部和所述竖隔板的另一侧构成的区间为所述传动区。
3.根据权利要求2所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述横隔板的顶部一侧还设置有一进料漏斗，用于向所述成型区内加入物料。
4.根据权利要求1所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述环模轴与所述机箱底板和所述横隔板之间通过轴承连接。
5.根据权利要求1所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述压辊轴、所述换向轴和所述主动轴与所述机箱侧壁和所述竖隔板之间通过轴承连接。
6.根据权利要求1所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述齿轮传动***包括从动直齿轮、换向齿轮和主动直齿轮，所述从动直齿轮设置于所述压辊轴上，所述换向齿轮设置于所述换向轴上，所述主动直齿轮设置于所述主动轴上，所述换向齿轮与所述从动直齿轮和所述主动直齿轮均啮合连接，所述主动轴转动带动所述主动直齿轮转动，所述主动直齿轮通过所述换向齿轮驱动所述从动直齿轮转动，进而驱动所述压辊轴转动。
7.根据权利要求1所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述成型孔在所述环模体的上周向均布有若干列，所述压缩凸模在所述压辊体上周向均布有若干列，所述压缩凸模与所述成型孔配合设置，使所述环模体和所述压辊体转动时，所述压缩凸模能够与所述成型孔啮合传动。
8.根据权利要求7所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述成型孔的中心线与所述环模体的轴心线的夹角为45°；所述压缩凸模的轴心线与所述压辊体的轴心线的夹角为45°。
9.根据权利要求8所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述成型孔位于所述环模体的顶部的一端开设有倒角。
10.根据权利要求1所述的外啮合背锥柱塞式新型生物质环模成型机，其特征在于：所述环模体底部的机箱内还设置有倾斜的导料板，所述机箱的侧壁上与所述导料板的相对处设置有出料口。
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