一种秸秆制煤成套设备的制作方法

本发明涉及的是一种农业机械技术领域的秸秆制煤成套设备，具体是一种机电一体化对秸秆进行无尘切丝、气流输料、水雾搅匀、热冲成型、小车装袋的新型生产成套设备。

背景技术：

中国目前拥有耕田18亿亩左右，每亩双季平均年产0.67吨新鲜秸秆。设想2/3加工成秸秆煤每年总产量可达6亿吨。可惜目前为止这仅仅是尚未实现的中国梦之一。秸秆燃烧会形成大气污染，国际环境科学顶级杂志曾提到中国是个农业大国，农作物秸秆资源拥有量居世界首位。中国传统的农作物秸秆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秆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。农业秸秆燃烧排放的大气气态污染物和颗粒物造成雾霾施孽，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。曾有人系统测试计算揭示基于我国2004年三种主要农作物秸秆(玉米、小麦、水稻)总产量，其中4/5以上的秸秆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。近几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。不难发现周围人群近半数处于亚健康状况，从而证实-每年数亿吨农业秸秆露天焚烧构成危害人体健康的重要因素。国家十三五发展规划要让“节能环保”成为国家重点发展的“支柱产业”。不说别的，如何实现广大农村秸秆规模化回收利用这件事，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。三十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年至2015年究竟进口多少？未见报导，估计每年进口不会少于2亿吨。此外若干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秆除了少部分被回收利用，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，但是作为一个有正义感的中国公民至少内心会感到震撼！

目前秸秆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、冲杆撞击三种型式；从秸秆煤燃烧充分性来看，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。30年以来，全国最多时有300余家农机厂从事此类设备的制造。但是近几年来，原本生产秸秆制煤设备的农机厂已经关停或转行过半。这说明现有这类农机技术含量太低, 造成它们在质量及数量上远远不能满足大规模回收秸秆制成生物质燃料替代天然煤的需求, 不符合当前供给侧改革的时代潮流。

俗话说“知己知彼，百战不殆”。要想设计一款适合于大规模回收秸秆制成秸秆煤的具备颠覆性突破内涵的机器，首先需分析长期以来阻扰并制约大规模回收利用秸秆的瓶颈是什么？开发绿色生物质能源为了节能环保．可是国内现有切草机及粉碎机工作时产生大量的秸秆粉尘，严重恶化空气，工人操作环境极差，耗电大，噪声大，而且秸秆破碎物堆积在地上，还要靠工人推小车运到秸秆压块机处用铁锹将秸秆碎物送往进料口。秸秆破碎粉尘比达到18-25%，这不仅是一种资源浪费，而且还会影响到成品的质量。传统切草机的飞刀紧挨着底刀切削集束状秸秆的截面积大，切削力也大，用不了多久刀刃就会钝化，然后切削变成砍击，粉尘就此产生。秸秆放在仓库时间越久越干燥，粉尘就会更多。新收割的大批秸秆从田间搬往秸秆燃料生产厂路程较长，虽然有拖拉机，但是秸秆堆起来相当庞大，所以需配置秸秆捆包机。南方潮湿地区，农民预先将新鲜秸秆摊开晒干(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。传统的秸秆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。往往秸秆湿度偏大，压块会散架；相反秸秆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0.7-1吨，但是实际上正常情况下8小时只能生产2-2.5吨。总之现有秸秆压块机能耗大，成品质量不稳定，表现在块状物密度或高或低, 时而不成型。此外秸秆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。现有的秸秆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，因而支承套需要强制润滑，甚至润滑油要“体外循环”至水池冷却。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，生产效率高于碾压。但是直径7-8cm长30-60cm的秸秆棒直接充作燃料不易烧透，用户还需把它先弄碎。传统的秸秆制粒机也往往采用碾压，从经济性上看，它还不如秸秆压块机。同样产能的设备相比，制粒机用电量及设备成本是压块机的1.5-1.8倍。它最大的优点就是直径只有0.6-1.2cm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。据说发电厂原本烧煤的锅炉改造后适合用粒状高密度秸秆煤。

现有技术中国专利CN103230761，公开了一种大型碾挤秸秆、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—25mm、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—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。

现有技术中国专利ZL201020226432.1，公开了一种生物质固化成型机。依据该专利由济南鑫能机械设备有限公司生产的XNY-1000C冲压式秸杆制棒机，其总功率62KW，产能1000Kg/h，用工4-5人。不含粉碎机等辅助设备，主机重8000Kg，整套设备占地80平方米。秸秆棒直径7-8cm，密度：0.8-1.2。存在结构庞大、耗能高及生产效率低的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种秸秆制煤成套设备，该设备结构简单，生产效率高、无尘，节能降耗。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种秸秆制煤成套设备，特点在于它包括切料机、成型机、输料管、收料小车、电控柜及切料电控箱；所述切料机由切料机箱、输料机箱、喂料辊、切料辊、鼓风机、筛网及切料机架构成，切料机箱为箱体件，其自上而下分别设有一对喂料辊座及一对切料辊座。

所述输料机箱为箱体件，其一侧设有进风口、另一侧设有出料口，输料机箱的箱体内设有输料导板。

切料机架为框架件，其一侧设有鼓风机座，另一侧设有切料电控箱座，底部设有数个滚轮。

所述喂料辊及切料辊上均设有动力头，喂料辊及切料辊依次设于切料机箱的喂料辊座及切料辊座上。

所述切料机的切料机箱及输料机箱由上而下依次设于切料机架的框架件内，筛网设于切料机箱与输料机箱之间，鼓风机设于切料机架的鼓风机座上并与输料机箱的进风口连接，切料电控箱设于切料机架的切料电控箱座上。

所述成型机由成型机箱、成型机架、成型模具、冲压装置、偏心轮轴、驱动装置及搅拌器构成；所述成型机箱为设有顶板的圆套桶状，其桶底的轴心设有第一主轴座，与第一主轴座同心的内圈内设有冲压装置座及盖板，外圈上均布设有数个模具座，外圈上设有进料口，顶板上设有通气孔。

所述成型机架为框架件，其轴心设有第二主轴座，围绕轴心均布设有三个飞轮轴座、三个电机座及三个传动轮座。

所述成型模具上设有电热筒、端头设有出口腔模。

所述冲压装置为空心圆盘状，其上呈辐射状设有数道导轨，每个导轨内设有冲压杆，冲压杆上设有喂料板，导轨与冲压杆之间设有复位弹簧。

所述偏心轮轴的一端设有偏心轴承、另一端设有大齿圈。

所述驱动装置由电机、飞轮、同步带及宝塔齿轮构成，电机的输出轴与飞轮的主轴经同步带连接，且飞轮的主轴与宝塔轮啮合；所述驱动装置为三套并设于成型机架上，其中，电机、飞轮及宝塔齿轮分别设于电机座、飞轮轴座及传动轮座上。

所述成型模具为数件，依次设于成型机箱的模具座上，所述冲压装置设于成型机箱内圈的冲压装置座上，其上的数件冲压杆依次与数件成型模具一一对应。

所述成型机箱设于成型机架的上方；所述偏心轮轴设于成型机箱的第一主轴座与成型机架的第二主轴座之间，其中，偏心轮轴的偏心轴承位于冲压装置的空心内并与冲压杆触及，偏心轮轴的大齿圈与驱动装置的宝塔轮啮合；所述搅拌器设于偏心轮轴的顶部；输料管的一端与输料机箱的出料口连接、另一端与成型机箱进料口连接。

所述收料小车为数台，依次围绕成型机并对应于成型模具的出口腔模设置。

所述电控柜与成型机的三套电机及成型模具的电热筒电连接，切料电控箱分别与切料机的喂料辊的动力头、切料辊的动力头及鼓风机电连接。

所述输料管的另一端上设有进水接口。

所述喂料辊上设有轮齿，喂料辊的轮齿相互啮合。

所述成型模具的出口腔模为圆锥孔与圆柱孔交替连接状。

所述筛网为双弧形呈“ω”状设置，筛网两侧上方均连接有弧形的钢板罩。

本发明具有结构简单、生产效率高、无尘、节能降耗的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A—A截面局部结构示意图；

图3为图1的B—B截面结构示意图；

图4为图1的E处局部放大示意图；

图5为图1的C--C截面驱动装置布局示意图；

图6为图5的D—D截面展开示意图；

图7为成型模具出口腔模的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细叙述。

参阅图1-2，本发明包括切料机1、成型机2、输料管3、收料小车4、电控柜5及切料电控箱6；所述切料机1由切料机箱11、输料机箱12、喂料辊13、切料辊14、鼓风机15、筛网16及切料机架17构成，切料机箱11为箱体件，其自上而下分别设有一对喂料辊座111及一对切料辊座112。

所述输料机箱12为箱体件，其一侧设有进风口、另一侧设有出料口122，输料机箱12的箱体内设有输料导板123。

切料机架17为框架件，其一侧设有鼓风机座171，另一侧设有切料电控箱座172，底部设有数个滚轮。

所述喂料辊13及切料辊14上均设有动力头，喂料辊13及切料辊14依次设于切料机箱11的喂料辊座111及切料辊座112上。

所述切料机1的切料机箱11及输料机箱12由上而下依次设于切料机架17的框架件内，筛网16设于切料机箱11与输料机箱12之间，鼓风机15设于切料机架17的鼓风机座171上并与输料机箱12的进风口连接，切料电控箱6设于切料机架17的切料电控箱座172上。

参阅图1、图3-7，本发明的成型机2由成型机箱21、成型机架22、成型模具23、冲压装置24、偏心轮轴25、驱动装置26及搅拌器27构成；所述成型机箱21为设有顶板的圆套桶状，其桶底的轴心设有第一主轴座211，与第一主轴座211同心的内圈内设有冲压装置座214及盖板，外圈上均布设有数个模具座212，外圈上设有进料口213，顶板上设有通气孔。

所述成型机架22为框架件，其轴心设有第二主轴座221，围绕轴心均布设有三个飞轮轴座222、三个电机座223及三个传动轮座224。

所述成型模具23上设有电热筒、端头设有出口腔模231。

所述冲压装置24为空心圆盘状，其上呈辐射状设有数道导轨241，每个导轨241内设有冲压杆242，冲压杆242上设有喂料板244，导轨241与冲压杆242之间设有复位弹簧243。

所述偏心轮轴25的一端设有偏心轴承251、另一端设有大齿圈252。

所述驱动装置26由电机261、飞轮262、同步带263及宝塔齿轮264构成，电机261的输出轴与飞轮262的主轴经同步带263连接，且飞轮262的主轴与宝塔轮264啮合；所述驱动装置26为三套并设于成型机架22上，其中，电机261、飞轮262及宝塔齿轮264分别设于电机座223、飞轮轴座222及传动轮座224上。

所述成型模具23为数件，依次设于成型机箱21的模具座212上，所述冲压装置24设于成型机箱21内圈的冲压装置座214上，其上的数件冲压杆242依次与数件成型模具23一一对应。

所述成型机箱21设于成型机架22的上方；所述偏心轮轴25设于成型机箱21的第一主轴座211与成型机架22的第二主轴座221之间，其中，偏心轮轴25的偏心轴承251位于冲压装置24的空心内并与冲压杆242触及，偏心轮轴25的大齿圈252与驱动装置26的宝塔轮264啮合；所述搅拌器27设于偏心轮轴25的顶部；输料管3的一端与输料机箱12的出料口122连接、另一端与成型机箱21进料口213连接。

所述收料小车4为数台，依次围绕成型机2并对应于成型模具23的出口腔模231设置。

所述电控柜5与成型机2的三套电机261及成型模具23的电热筒电连接，切料电控箱6分别与切料机1的喂料辊13的动力头、切料辊14的动力头及鼓风机15电连接。

所述输料管3的另一端上设有进水接口31。

参阅图1，本发明的喂料辊13上设有轮齿，喂料辊13的轮齿相互啮合。

参阅图3，本发明的成型模具23的出口腔模231为圆锥孔与圆柱孔交替连接状。

参阅图1-2，本发明的筛网16为双弧形呈“ω”状设置，筛网16两侧上方均连接有弧形的钢板罩17。

本发明是这样工作的：

参阅图1-4，将秸秆由切料机1切料机箱11的上方送入，通过喂料辊13的轮齿碾压进入到切料辊14，并由切料辊14切碎。由于切料机箱11与输料机箱12箱体间贯通，切碎的秸秆经过筛网16落入输料机箱12箱体内的输料导板123上，并流动至出料口122处，在鼓风机15的风力作用下，将切碎的秸秆送至出料口122，并通过输料管3输送到成型机2成型机箱21内；由于偏心轮轴25的顶部装有搅拌器27，当驱动装置26驱动偏心轮轴25转动时，搅拌器27工作，使成型机箱21内切碎的秸秆填满于冲压装置24与成型模具23之间，随着驱动装置26驱动偏心轮轴25转动，偏心轮轴25的偏心轴承251依次驱动冲压装置24的冲压杆242往复运动，冲压杆242将切碎的秸秆挤压到对应的成型模具23内，挤压成固体颗粒物从成型模具23的出口腔模231挤出并落入收料小车4内，本发明的制粒工作完成。

对扬尘的抑制：

参阅图1、图2，切料过程粉尘外扬的抑制，本发明切料机1切料机箱11的上方送入，本发明切料机1切料机箱11的喂料辊13的动力头为慢速转动，当秸秆由切料机箱11的上方平稳送入时，秸秆在喂料辊13的轮齿间被碾压，秸秆与轮齿间形成相对封闭，避免了秸秆的粉尘外扬。

为防止成型机2制粒过程中产生扬尘，本发明在输料管3的另一端上设有进水接口31，工作时通过进水接口31可为成型机2成型机箱21喷水雾，制约了制粒过程中扬尘的产生。为防止成型机箱21内制粒过程中温度升高，本发明在成型机箱21的顶板上设置通气孔。

对秸秆的充分切碎：

参阅图1-2，本发明切料机1切料机箱11的切料辊14的动力头为快速转动，切碎的秸秆经过筛网16落入输料机箱12箱体内，没有切碎的秸秆通过切料辊14反复切削，直至通过筛网16，保证落入输料机箱12的秸秆被充分切碎。

对切料机输料导板的设置：

参阅图1-2，当切碎的秸秆落入输料机箱12箱体内的输料导板123上，并流动至出料口122处，在鼓风机15的风力作用下，将切碎的秸秆送至出料口122，并通过输料管3输送到成型机2成型机箱21内；本发明气流输料导板123的设置，为秸秆碎物流动起到导向作用外，还在输料导板123的末端与出料口122处形成射流区，鼓风机15的风力作用使切碎的秸秆由出料口122通过输料管3输送到成型机2的同时，在输料导板123的末端与出料口122处形成负压区，对秸秆起到吸附作用，进一步抑制了粉尘的外扬。

对高效的飞轮驱动装置：

参阅图1、图5-6，本发明驱动装置26为三套，呈行星状设置在偏心轮轴25大齿圈252的周边并啮合；每套驱动装置26均设有电机261、飞轮262、同步带263及宝塔齿轮264，且电机261的输出轴与飞轮262的主轴经同步带263连接、飞轮262的主轴与宝塔轮264啮合，宝塔轮264与偏心轮轴25的大齿圈252啮合。

三套驱动装置26由三个功率相同转速相等的电机261作为动力源，其中二个电机261采用高转差电动机同时起动，功率 15KW，起动电流较小，利于农村电网承栽，该电机具有软特性, 起动冲击较小。用时间继电器控制延时25-30秒，达到额定转速后, 再让第三个电机261起动，以减小启动电负荷。加之电机261的输出轴与飞轮262的主轴经同步带263连接，当电机261达到额定转速后，此时飞轮262积聚了巨大的惯性能量，通过飞轮262惯性能量的积聚，使驱动装置26具有节能蓄能的功效外，还起到了成型机2受力均衡、运行平稳的效果。

本发明对搅拌器的设置：

参阅图1、图4，本发明搅拌器27设于偏心轮轴25的顶部，与偏心轮轴25的主轴同步转动，搅拌器27外缘切向速度达到11.2米/秒，它不仅让中央部位的秸秆碎料迅速向四周散开，而且它的外缘就紧靠在成型模具23喂料板的上面，因此搅拌器27一方面起到搅拌秸秆碎料，使其干湿度均匀；另一方面将更多的秸秆碎料填满于成型模具23与冲压装置24之间, 从而提高产能。

本发明对成型模具的设置：

参阅图1、图3-4，本发明成型模具23为十二个，呈圆盘状依次沿成型机箱21筒壁均布设置在十二个模具座212上，与其对应，冲压装置24上呈辐射状设有数道导轨241、导轨241内依次设有冲压杆242；通过驱动装置26驱动偏心轮轴25转动，偏心轮轴25的偏心轴承251依次驱动冲压装置24的冲压杆242运动，冲压杆242将切碎的秸秆挤压到对应的成型模具23内，挤压成固体颗粒物从成型模具23的出口腔模231挤出，挤压完成后，随偏心轴承251与冲压杆242脱离，复位弹簧243将冲压杆242复位，待冲压杆242的再次挤压。

本发明对成型模具出口腔模的设计：

参阅图1、图3、图7，为提高成型模具23压块或制粒工作的效率，本发明成型模具23的出口腔模231设计为圆锥孔与圆柱孔或六方孔的复合形状，当冲压杆242将切碎的秸秆挤压到成型模具23内后，在冲压杆242的继续挤压作用下，秸秆进入到圆锥孔逐渐收缩，再由圆柱孔或六方孔挤出，完成压块或制粒工作。

本发明的特点：

1）参阅图5、图6，驱动装置26设有三套转速为1800转/分、总重量为500公斤的飞轮262，它们积聚了巨大的惯性势能,可将电机当量冲力至少提高数倍, 有利成型模具23的热冲成型。

2）参阅图3、图4，冲压杆242的导轨241采用直线运动轴承：磨擦阻力几乎可以忽略；精度高；不发热；寿命远超滑套。

3)、参阅图4，偏心轮轴25采用一端设有偏心轴承251、另一端设有大齿圈252的结构，直接将偏心轴承251的圆周旋转转换成冲压杆242的直线往复运动。

4)、 参阅图4，冲杆的头部设有喂料板244，它与搅拌器27互相配合，有助于将更多的秸秆碎料推入出口腔模231。

5）、参阅图1、图4，搅拌器27能让成型机箱21中央部位的秸秆碎料向四周散开，而且与输料管3进水接口31喷入的水雾进行大范围的搅拌，让草料湿润均匀。

6）、参阅图1，输料管3的功能替代了传统的皮带输送机，通过进水接口31上的球阀调节水雾量。