秸秆无尘制煤的制造方法
【专利摘要】一种农业机械【技术领域】的秸秆无尘制煤机，包括：机架以及设置于机架且依次相连的切碎上料单元、冲压成型单元和电机驱动单元。本装置节能高效操作简便，同等产能节电50%以上，节省人工50%以上，目的是有助于在应用中逐步推广至全国农村。
【专利说明】秸秆无尘制煤机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种农业机械【技术领域】的秸杆制煤机，具体是一种机电一体化对秸杆进行无尘切碎、揉丝上料、冲压制煤的创新实用性设备。
【背景技术】
[0002]中国目前拥有耕田18亿亩左右，每亩双季平均年产0.67吨新鲜秸杆(含水40±8%)。设想2/3加工成秸杆煤(含水10±2%)每年总产量可达6亿吨。可惜目前为止这仅仅是尚未实现的中国梦之一。2011.9.8复旦大学校刊报导由本校环境科学与工程系陈建民教授揭示秸杆燃烧形成大气污染的定量化研究的最新成果。国际环境科学顶级杂志封面文章刊登了陈教授的论文，其中提到中国是个农业大国，农作物秸杆资源拥有量居世界首位。中国传统的农作物秸杆的处理方式以家庭燃料或田地里露天燃烧为主。近年来我国多个城市经常发生秸杆燃烧污染严重影响大气能见度，空气质量急剧下降等现象，有时造成飞机无法正常起降影响交通安全的事件。农业秸杆燃烧排放的大气气态污染物和颗粒物，已经成为影响我国区域环境质量、气候变化和人体健康的重要因素。陈教授课题组为此做了大量的定量化研究，系统测试计算揭示基于我国2004年三种主要农作物秸杆(玉米、小麦、水稻)总产量，其中4/5以上的秸杆露天燃烧产出物如下:二氧化碳总量达到2.5亿吨，还有氮化物、一氧化碳(及多环芳烃等有毒气体)。此外大量的微小颗粒排放到大气中造成PM10，PM2.5指标的上升。联合国大力倡导世界各国节能减排，就是因为经济社会发展过程中，部分重工业及化工化肥厂布局不合理，为追求经济增长，污染生态环境。造成地球大气层二氧化碳含量逐年增长，地球温室效应狠狠地报复人类社会，造成异常气候频发。今年夏季整个北半球变成了大火炉，我国大半地域连续处于高温干旱，大片农田颗粒无收；小半地域暴雨成灾。现在我国大多数人的生活水平比起30年前有很大的提高，至少吃穿不愁。但是有高血压、心血管疾病及糖尿病、脂肪肝、痛风的人相当普遍，最糟糕的是:患肺病及肿瘤病的比例逐年上升。虽说城市使生活更美好，可是城市里的人免不了将汽车尾气以及空气中超标的微小颗粒物吸入肺中。不难发现我们周围人群近半数处于亚健康状况，从而证实陈教授论点——每年数亿吨农业秸杆露天焚烧构成危害人体健康的重要因素。最近国务院领导英明提出二年内让“节能环保”成为国家重点发展的“支柱产业”。不说别的，如何实现农业秸杆大规模回收利用这件事，的确大有文章可做。谁都知道地球上不可再生的煤炭、石油、天然气几百年后总有开采完的一天。二十多年前我国还是煤炭出口大国，但是2009年中国进口 9千万吨煤炭，到了 2010年进口量攀升到1.6亿吨。2011年、2012年究竟进口多少？未见报导，估计今年进口不会少于2.5亿吨。此外近年来我国石油消费过半靠进口。一边是我国能源缺口越来越大，任其发展下去可能危及民生及国家安全；另一边是年复一年让拾亿吨左右的秸杆除了极少部分被回收利用，其余皆毁之一炬。知情的人们眼看巨大浪费延续下去却无能为力，但是任何一个有正义感的中国公民至少内心会感到震撼！
[0003]目前秸杆煤生产设备按成品大小可分为制棒、压块、制粒三大类；论压制原理包括螺杆挤压、行星轮碾压、冲杆捶击三种型式；从秸杆煤燃烧充分性来看，粒制品为最好。我国早在上世纪80年代开始引进国外此类设备，进行仿制后稍作改进的小批量生产:发展到今天，全国共有300余家农机厂从事此类设备的制造、营销、维修工作。近几年来，这300余家工厂生产的数千套设备分布于全国各地，可惜一半处于停工待修状态。这说明现有设备质量及数量上远远不能满足大规模回收秸杆制成生物质燃料替代天然煤的节能减排需求。俗话说“知己知彼，才能百战百胜”。要设计一款适合于大规模回收秸杆制成秸杆煤的创新实用型机器，首先需分析多年来阻扰并制约大规模回收利用秸杆的瓶颈是什么？开发绿色生物质能源为了节能环保.可是国内大多数切草机粉尘特大，严重恶化空气，工人操作环境极差，耗电大，噪声大，而且秸杆破碎物堆积在地上，还要靠工人推小车运到秸杆压块机处用铁锹将秸杆粉丝送往进料口。目前秸杆破碎粉尘比达到15-30%，这不仅是一种资源浪费，而且还会影响到压块的质量。现有切草机的飞刀紧挨着底刀切削秸杆的截面积大，切削力也大，用久了刀刃难免钝化，然后切削变成砍击，粉尘就此产生。秸杆放在仓库时间越久越干燥，粉尘就会更多。新收割的大批秸杆从田间搬往秸杆燃料生产厂路程较长，虽然有拖拉机，但是秸杆堆起来相当庞大，所以需配置秸杆打包机。南方潮湿地区，农民预先将新鲜秸杆摊开晒干(避免捆包中间发霉)，然后压缩捆包，耗费大量的时间和人力。尽管这样，仍然解决不了运输及堆场成本高的老大难问题。由于这二项成本居高不下，在市场经济条件下农民得益就少了，农民的积极性难充分发挥。传统的秸杆压块机大多采用碾压。这类设备笨重耗电，模具容易磨损，大量的机械能因在碾压磨擦过程中化为热能后被消耗，机器效率很低。往往秸杆湿度偏大，压块会散架；相反秸杆过于干燥或者加料太快，就会闷机。主电机功率为37KW的压块机据产品说明书每小时可压制0.8-1.2吨，但是实际上正常情况下8小时只能生产2-2.5吨。总之现有秸杆压块机能耗大，圆柱状(也有方柱形)成品质量不稳定，表现在块状物密度或高或低，而且长短不一。此外秸杆压块机最大的问题是机电故障率相当高，经常要停机待修。其次工人的劳动强度较大，就是带口罩也不能保证粉尘不吸入肺内。现有的秸杆制棒机由于笨重的冲杆在支承套中每秒往返抽动5次，如此激烈的滑动磨擦会产生高热，因而支承套除了要保证良好的润滑，还需加上循环冷却装置。这样就提高了设备成本。制棒机大多采用螺杆挤压加冲压单腔成型，生产效率相对较高。但是直径7-8cm长30-60cm的秸杆棒直接充作燃料不易烧透，用户还需把它先弄碎。传统的秸杆制粒机也往往采用碾压，从经济性上看，它还不如秸杆压块机。同样产能的设备相比，制粒机用电量及设备成本接近压块机的2倍。它最大的优点就是直径只有0.8-1.5cm的成品进锅炉后充分燃烧，剩下的灰份特别少，完全符合节能环保的要求。据说发电厂的锅炉适合用粒状高密度秸杆煤，较大的块棒秸杆煤还不受欢迎。
[0004]经过对最近发表同类专利技术的检索发现，中国专利文献号CN103230761，
【公开日】2013-08-07，公开了一种大型碾挤秸杆、碎煤颗粒替代块煤、焦炭制备燃气及设备，该技术碾压揉和挤压孔盘内设置碾压槽、三排挤压孔，为了达到高产能力主要通过碾压槽设计深度15 — 25_、宽度与碾压轮厚(宽)度匹配，均匀旋转碾压剪切碎秸杆、碎煤于槽内，槽内布置三排或多排挤压孔，上、下两排外圆相互间隔4一6mm，中间错位圆孔半径切入同等直径挤压孔，减少秸杆、碎煤被垫阻滚轮。即增加挤压孔有效排出面积，又提高挤压孔碎秸杆成颗粒排出产量，六组碾压轮的颗粒机效率提高10倍。
[0005]但是该秸杆制煤技术与本实用新型相比之下，其不足之处在于挤压制粒阻挡面积是总面积40—50% ;而本实用新型冲压制粒阻挡面积仅仅只占总面积的9%，两者相差5倍。上述碾压槽深度15 — 25mm并不代表碾轮进入挤压孔的深度，实际碾轮进孔深度只有2—3mm ;而本实用新型冲杆进孔14一30_，因此本实用新型的制煤效率至少是该技术的6倍。
实用新型内容
[0006]本实用新型针对现有技术存在的不足，提出一种秸杆无尘制煤机，节能高效操作简便，同等产能节电50%以上，节省人工50%以上，目的是有助于在应用中逐步推广至全国农村。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括:机架以及设置于机架且依次相连的切碎上料单元、冲压成型单元和电机驱动单元。
[0008]所述的切碎上料单元包括:切草机构、旋涡气泵和正负压管道，其中:切草机构和旋涡气泵分别设置于机架的下方相对两侧且两者间通过正负压管道相连，正负压管道的输出端位于冲压成型单元的正上方。
[0009]所述的冲压成型单元包括:预热料箱、冲压腔模、直线导向框架、冲杆、调压片、偏心平衡块、轴承和支承筒，其中:预热料箱设置于机架上平板中间位置，冲压腔模设置于预热料箱的外端两侧，直线导向框架设置于机架上平板中央位置，冲杆设置于直线导向框架的外端两侧，调压片设置于冲杆的顶端，偏心平衡块设置于支承筒的上输出轴位置，轴承设置于偏心平衡块顶部，支承筒设置于机架上平面中央位置。
[0010]所述的电机驱动单元包括:异步电动机、油盆、大齿轮和小齿轮，其中:异步电动机设置于机架电机安装板位置，大齿轮设置于支承筒底部，四个小齿轮分别设置于异步电动机的输出轴，油盆设置于机架内。
[0011]所述的切草机构内置慢速转子、快速转子和切草揉丝箱。
[0012]所述的冲压腔模共有6组。
[0013]所述的直线导向框架由滚动承重导轨及V型非承重滑动导轨支承作直线往复运动。
[0014]所述的轴承具体设置于偏心平衡块顶部且距离其旋转中心线65mm的轴上。
[0015]所述的冲杆共6根，且分两组分别设置于直线导向框架上。
[0016]所述的偏心平衡块设置于支承筒顶端，并通过平行滑槽双向推拉直线导向框架。
[0017]技术效果
[0018]与现有技术相比，本实用新型技术效果包括:
[0019]I)成型腔模结构上的设计突破了腔模长度不能超过出口直径5倍的限制，全长24cm。本实用新型达到8.57倍。而且腔模内部长11.89cm的中间段锥孔半角6°，大小端截面积比为3.5。因为上述二个因素，大幅度增压同时迅速升温的效果是现有技术根本办不到的。
[0020]2)现有制粒机设置上只有单个冲杆，本实用新型采用六个冲杆。
[0021]3)现有压块机多半没有加热装置，本实用新型设置了预热料箱。
[0022]4)现有秸杆制煤机的通病是耗电、模具易磨损，本实用新型尽可能采用滚动轴承，从而避免机械能因滑动磨擦发热而消耗，同时又可延长机构使用寿命，提高开工率。
[0023]5)现有秸杆制煤机为控制成品质量，十分注意控制碎料的湿度，及进料的速度。但是难以调节料温及腔模内碎料的保压时间。本实用新型在冲杆的顶端最多可加装4块调压板，每块厚0.4cm。冲杆进腔深度分别为:1.4 ；1.8 ；2.2 ；2.6 ;3cm。产量与深度成正比，但是保压时间与深度成反比。因此本实用新型在技术上能解决好料温及保压时间的难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型主结构示意图。
[0025]图2为切碎上料单元示意图。
[0026]图3为冲压成型单元示意图。
[0027]图4为图3剖面示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，本实施例包括:机架I以及设置于机架I且依次相连的切碎上料单元
2、冲压成型单元3和电机驱动单元4，其中:
[0031]所述的切碎上料单元2包括:切草机构5、旋涡气泵6和正负压管道7，其中:切草机构5和旋涡气泵6分别设置于机架的下方相对两侧且两者间通过正负压管道7相连，正负压管道7的输出端位于冲压成型单元3的正上方。
[0032]所述的切草机构5内置慢速转子8、快速转子9和切草揉丝箱10，其中:慢速转子8用于确保进料均衡，快速转子9完成切草揉丝。
[0033]所述的冲压成型单元3包括:预热料箱11、冲压腔模12、直线导向框架13、冲杆14、调压片15、偏心平衡块16、轴承17和支承筒18，其中:预热料箱11设置于机架上平面中间位置，冲压腔模12设置于预热料箱的外侧两端，直线导向框架13设置于机架I上平面中央位置，冲杆14设置于直线导向框架13的外侧两端，调压片15设置于冲杆14的顶端，偏心平衡块16设置于支承筒18的上输出轴位置，轴承17设置于偏心平衡块16顶部，支承筒18设置于机架I上平面中央位置。
[0034]所述的冲压腔模12共有6组(而制棒机只有一个腔模)，每套分别用四个M16内六角螺钉联接到预热料箱11上；
[0035]所述的直线导向框架13由滚动承重导轨23及V型非承重滑动导轨24支承作直线往复运动；
[0036]所述的冲杆14共6根，且分两组分别设置于直线导向框架13上。
[0037]所述的轴承17具体设置于偏心平衡块16顶部且距离其旋转中心线65mm的轴25上。
[0038]所述的偏心平衡块16设置于支承筒18顶端，并通过平行滑槽双向推拉直线导向框架13，可省去长连杆。不仅机构紧凑、匀称受力，而且改变传统活塞向前作有用功，向后作无用功，浪费一半机械能的状况，本实用新型由偏心平衡块16传递的机械能全部转为有用功。
[0039]所述的电机驱动单元4包括:异步电动机19、大齿轮20、小齿轮21和油盆22，其中:异步电动机19设置于机架I电机安装板上，大齿轮20设置于支承筒18底部，四个小齿轮21分别设置于异步电动机19的输出轴，油盆22设置于机架I内，大齿轮20与小齿轮21相互啮合传递动力减速9倍的同时，转矩相应扩大9倍。
[0040] 图1中的4冲压腔模12为中间带锥孔的阶梯形筒状结构，冲压腔模12进料圆口直径53mm ;出料正方口径26mm，设有制粒用切割板，装上切割板就能制粒，拆掉切割板就可压块。大小端截面积相差3.5倍，增压效果远比传统秸杆压块机、制粒机、制棒机好。
[0041 ] 碾压过程中与碾轮接触的秸杆碎料能挤进模具孔内的数量上不超过20 %，而冲杆14顶面可将所接触到秸杆碎料的80%以上送进腔内。
[0042] 本实用新型装置选择冲压频率为157.8次/分钟，与制棒机300次/分钟相比:整机的冲击力可减少72.4%。在机构上将制棒机的偏心盘换成偏心平衡块16及轴承17，与其旋转中心偏心65_的轴承17轴顶端轴承外圆滚动于直线导向框架13的平行槽内，于是框架作往复直线运动。而且框架由滚动导轨中的六套轴承支撑，还有V型滑动导轨约束水平面方向自由度。框架两端各带三根冲杆14进出料箱孔，从而避免了滑动磨擦生热。向前三根冲杆14作有用功；向后另三根冲杆14也作有用功，这样至少提高机械效率一倍。
【权利要求】
1.一种秸杆无尘制煤机，其特征在于，包括:机架以及设置于机架且依次相连的切碎上料单元、冲压成型单元和电机驱动单元。
2.根据权利要求1所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的切碎上料单元包括:切草机构、旋涡气泵和正负压管道，其中:切草机构和旋涡气泵分别设置于机架的下方相对两侧且两者间通过正负压管道相连，正负压管道的输出端位于冲压成型单元的正上方。
3.根据权利要求1所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的冲压成型单元包括:预热料箱、冲压腔模、直线导向框架、冲杆、调压片、偏心平衡块、轴承和支承筒，其中:预热料箱设置于机架上平板中间位置，冲压腔模设置于预热料箱的外端两侧，直线导向框架设置于机架上平板中央位置，冲杆设置于直线导向框架的外端两侧，调压片设置于冲杆的顶端，偏心平衡块设置于支承筒的上输出轴位置，轴承设置于偏心平衡块顶部，支承筒设置于机架上平面中央位置。
4.根据权利要求1所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的电机驱动单元包括:异步电动机、油盆、大齿轮和小齿轮，其中:异步电动机设置于机架电机安装板位置，大齿轮设置于支承筒底部，四个小齿轮分别设置于异步电动机的输出轴，油盆设置于机架内。
5.根据权利要求2所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的切草机构内置慢速转子、快速转子和切草揉丝箱。
6.根据权利要求3所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的冲压腔模共有6组。
7.根据权利要求3所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的直线导向框架由滚动承重导轨及V型非承重滑动导轨支承作直线往复运动。
8.根据权利要求3所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的轴承具体设置于偏心平衡块顶部且距离其旋转中心线65mm的轴上。
9.根据权利要求3或7所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的冲杆共6根，且分两组分别设置于直线导向框架上。
10.根据权利要求3或7所述的秸杆无尘制煤机，其特征是，所述的偏心平衡块设置于支承筒顶端，并通过平行滑槽双向推拉直线导向框架。
【文档编号】B09B3/00GK203508582SQ201320652772
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】朱永康 申请人:朱永康