一种三螺杆秸秆分丝帚化机的制造及在纸原料生产上应用

技术领域

本发明涉及造纸设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种三螺杆秸秆分丝帚化机的制造及在纸原料生产上应用。

背景技术

农作物秸秆属于农业生态系统中十分宝贵的生物资源，秸秆资源的高值转化利用对促进农民增收、环境保护、粮食安全生产、资源节约以及农业可持续发展意义及其重大！

造纸用的原料主要是植物纤维原料，可以笼统概括为树类、草类、废纸类等。造纸过程大致分为两大步：制浆和造纸，制浆就是由植物纤维原料分离出纤维而得纸浆的过程。秸秆是一种普遍的造纸原料，但是由于秸秆制浆产生大量黑液，所以一直未能得到有效利用，随着近年来环保力度的加大，改善制浆工艺迫在眉睫。且传统制浆法多使用反应釜进行蒸煮，反应釜其实一个罐装体，底部通有蒸汽，经过粉碎的麦草直接进入反应釜，高温蒸煮，几小时后放浆磨浆再挤浆，最后成品浆出炉，不仅带来大量黑液，而且耗能高，效率低，成本居高不下。

因此，如何改变现有技术中，造纸制浆工作效率低且易产生污染的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种三螺杆秸秆分丝帚化机的制造及在纸原料生产上应用，以解决上述现有技术存在的问题，提高利用秸秆生产纸原料的工作效率，实现清洁、绿色、环保制造纸原料，做为本发明的最终目的！

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种三螺杆秸秆分丝帚化机，包括：

喂料单元，所述喂料单元包括喂料筒和喂料螺杆，所述喂料螺杆的一端可转动地伸入所述喂料筒内，所述喂料螺杆的数量为两根，两根所述喂料螺杆平行设置；

主体单元，所述主体单元包括筒套和螺杆组件，所述螺杆组件可转动地设置于所述筒套内，所述螺杆组件包括芯轴、工作螺块，所述工作螺块套装于所述芯轴的外部，所述工作螺块与所述芯轴可拆卸连接，所述芯轴能够带动所述工作螺块转动，所述螺杆组件的数量为三组，三组所述螺杆组件平行设置，三组所述螺杆组件为齿合型同向旋转，相邻所述螺杆组件之间的间距为3mm，所述筒套为分体式结构；

出料单元，所述出料单元包括出料螺杆和出料筒，所述出料螺杆可转动地设置于所述出料筒中；

所述喂料筒和所述出料筒分别与所述筒套相连通，所述喂料筒和所述出料筒分别设置于所述筒套的两端。

优选地，所述喂料单元还包括安装支架，所述安装支架与所述喂料筒的顶部相连，所述喂料筒的底部与所述筒套相连通，所述安装支架上设置有喂料电机，所述喂料电机与其中一根所述喂料螺杆传动相连，两根所述喂料螺杆利用齿轮传动相连。

优选地，所述工作螺块包括沿所述喂料筒至所述出料筒方向依次设置的输送螺块、剪切螺块、混炼螺块、捏合螺块和反旋螺块。

优选地，所述工作螺块的长径比为10:1，所述工作螺块与所述芯轴之间设置渐开线花键。

优选地，所述筒套的内壁上设置有多条凸形膛线。

优选地，所述筒套分为5节，每一节的长度为640mm；所述筒套包括底壳和上盖，所述上盖可转动地与所述底壳相连，所述螺杆组件可转动地设置于所述底壳和所述上盖围成的腔体内。

优选地，所述底壳连接有支杆，所述上盖连接有连杆，所述连杆的一端与所述上盖相连，所述连杆的另一端连接有液压杆，所述连杆还与所述支杆铰接，所述连杆与所述支杆的铰接点位于所述液压杆与所述上盖之间，所述液压杆能够带动所述连杆转动。

优选地，所述出料螺杆的一端伸入所述筒套内，所述出料螺杆位于所述螺杆组件的末端底部。

优选地，所述螺杆组件连接有主电机，所述主电机利用变速箱与所述螺杆组件传动相连，所述主电机通过联轴器与所述变速箱相连；所述筒套的两端还设置轴承座，所述螺杆组件可转动地与所述轴承座相连；所述出料螺杆连接有出料电机，所述出料电机与所述出料螺杆传动相连。

本发明还提供了一种上述的三螺杆秸秆分丝帚化机在纸原料生产上的应用，首先将秸秆经过离田收储运，在田间收储的过程中必须使用橡胶履带自走式分丝除尘打包机，所打成的方包或圆包做为使用标准；进入车间后，进行人工拆包，然后进入破壁分丝工段；下一步利用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液对物料进行酸碱度调整阶段，物料经过加入碱水溶液快速搅拌后，PH值达到12，物料即可达到最佳的润涨效果；接下来将已经润涨好的物料，在自然条件下搅拌参混接种复合酶菌，复合酶菌种及折算吨秸秆用量为：中性漆酶100-300克、酵母菌80-200克、乙酸菌60-200克、黑曲酶40-120克、米曲酶20-180克；将接完菌种润涨好，含水率达60％的物料用缠绕打包机进行缠绕覆膜厌氧发酵处理，经过72小时后把拆包后的发酵物料输送喂料单元，进而在主体单元进行秸秆三素的分拆工段，在提取纤维分拆三素的过程中，无需加水，没有任何有害物质排放；在此期间发酵物料经过三组螺杆组合件同向高速旋转，完成了输送、混炼、剪切、反应、挤压、捏合、膨化的系列过程，所以物料的三素得到了彻底地拆分，从而实现秸秆纤维提取目的；同时物料在主体单元中随着螺杆组件高速转动，所形成的剪切摩擦力，产生的大量热能，使秸秆发酵物料分子结构发生了变化，促进了官能团的打开，在大量的自由基作用下，同时起到改性三糖的作用，纤维素为6碳糖，半纤维素为5碳糖、木质素为9碳糖，所提取的纤维更具有活性和柔韧度。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机，包括喂料单元、主体单元和出料单元，其中，喂料单元包括喂料筒和喂料螺杆，喂料螺杆的一端可转动地伸入喂料筒内，喂料螺杆的数量为两根，两根喂料螺杆平行设置；主体单元包括筒套和螺杆组件，螺杆组件可转动地设置于筒套内，螺杆组件包括芯轴、工作螺块，工作螺块套装于芯轴的外部，工作螺块与芯轴可拆卸连接，芯轴能够带动工作螺块转动，螺杆组件的数量为三组，三组螺杆组件平行设置，三组螺杆组件为齿合型同向旋转，相邻螺杆组件之间的间距为3mm，筒套为分体式结构；出料单元包括出料螺杆和出料筒，出料螺杆可转动地设置于出料筒中；喂料单元能够将物料输送至主体单元的筒套中，三组螺杆组件同时工作，产生剪切力并作用于物料上，同时产生大量的热能，使秸秆纤维素、半纤维素、木质素等得到充分地分拆，加工完成的物料利用出料单元输出，本发明的喂料单元中，喂料螺杆的数量为两根，主体单元中，螺杆组件的数量为三组，提高秸秆处理工作效率，同时省略了碱蒸煮的工艺流程，没有任何污染物排放，提高了秸秆利用率，解决了我国秸秆高值转化的难题。本发明还提供了一种三螺杆秸秆分丝帚化机在纸原料生产上的应用，首先将秸秆经过离田收储运，在田间收储的过程中必须使用橡胶履带自走式分丝除尘打包机，所打成的方包或圆包做为使用标准；进入车间后，进行人工拆包，然后进入破壁分丝工段；下一步利用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液对物料进行酸碱度调整阶段，物料经过加入碱水溶液快速搅拌后，PH值达到12左右，物料即可达到最佳的润涨效果；接下来将已经润涨好的物料，在自然条件下搅拌参混接种复合酶菌，复合酶菌种及折算吨秸秆用量为：中性漆酶100-300克、酵母菌80-200克、乙酸菌60-200克、黑曲酶40-120克、米曲酶20-180克；将接完菌种润涨好，含水率达60％的物料用缠绕打包机进行缠绕覆膜厌氧发酵处理，经过72小时后把拆包后的发酵物料输送喂料单元，进而在主体单元进行秸秆三素的分拆工段，在提取纤维分拆三素的过程中，无需加水，没有任何有害物质排放；在此期间发酵物料经过三组螺杆组合件同向高速旋转，完成了输送、混炼、剪切、反应、挤压、捏合、膨化的系列过程，所以物料的三素得到了彻底地拆分，从而实现秸秆纤维提取目的；同时物料在主体单元中随着螺杆组件高速转动，所形成的剪切摩擦力，产生的大量热能，使秸秆发酵物料分子结构发生了变化，促进了官能团的打开，在大量的自由基作用下，同时起到改性三糖的作用，纤维素为6碳糖，半纤维素为5碳糖、木质素为9碳糖，所提取的纤维更具有活性和柔韧度。

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为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的主视方向示意图；

图2为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的俯视方向示意图；

图3为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的螺杆组件的结构示意图；

图4为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的喂料单元的结构示意图；

图5为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的出料单元的结构示意图；

图6为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的主体单元的部分结构示意图；

图7为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的连杆的结构示意图；

图8为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的支杆的结构示意图；

其中，1为喂料单元，101为喂料筒，102为喂料螺杆，103为安装支架， 104为喂料电机，2为主体单元，201为筒套，202为螺杆组件，203为输送螺块，204为剪切螺块，205为混炼螺块，206为捏合螺块，207为反旋螺块，208 为芯轴，209为底壳，210为上盖，211为连杆，212为支杆，213为主电机， 3为出料单元，301为出料螺杆，302为出料筒，303为出料电机。

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三螺杆秸秆分丝帚化机的制造及在纸原料生产上应用，以解决上述现有技术存在的问题，提高利用秸秆制造纸原料的工作效率，生产过程中没有任何污染排放。

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。

请参考图1-8，其中，图1为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的主视方向示意图，图2为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的俯视方向示意图，图3为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的螺杆组件的结构示意图，图4为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的喂料单元的结构示意图，图5为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的出料单元的结构示意图，图6为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的主体单元的部分结构示意图，图7为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的连杆的结构示意图，图8为本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机的支杆的结构示意图。

本发明提供一种三螺杆秸秆分丝帚化机，包括：

喂料单元1，喂料单元1包括喂料筒101和喂料螺杆102，喂料螺杆102 的一端可转动地伸入喂料筒101内，喂料螺杆102的数量为两根，两根喂料螺杆102平行设置；

主体单元2，主体单元2包括筒套201和螺杆组件202，螺杆组件202可转动地设置于筒套201内，螺杆组件202包括芯轴208、工作螺块，工作螺块套装于芯轴208的外部，工作螺块与芯轴208可拆卸连接，芯轴208能够带动工作螺块转动，螺杆组件202的数量为三组，三组螺杆组件202平行设置，三组螺杆组件202为齿合型同向旋转，相邻的螺杆组件202之间的间距为3mm，筒套201为分体式结构；

出料单元3，出料单元3包括出料螺杆301和出料筒302，出料螺杆301 可转动地设置于出料筒302中；

喂料筒101和出料筒302分别与筒套201相连通，喂料筒101和出料筒 302分别设置于筒套201的两端。

本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机，包括喂料单元1、主体单元2和出料单元3，喂料单元1能够将物料输送至主体单元2的筒套201中，三组螺杆组件 202同时工作，产生剪切力并作用于物料上，同时产生大量的热能，使秸秆纤维素、半纤维素、木质素等到充分地分拆，加工完成的物料利用出料单元3 输出，本发明的喂料单元1中，喂料螺杆102的数量为两根，主体单元2中，螺杆组件202的数量为三组，提高秸秆处理工作效率，同时省略了碱蒸煮的工艺流程，零污染物排放，提高了秸秆利用率，解决了我国秸秆高值转化的难题。在本具体实施方式中，采用联锁联控的控制方式，喂料单元1与主体单元2 联锁，主体单元2启动后才能够启动喂料单元1，主体单元2因故停机喂料单元1即停。本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机，还设置压力监测元件，当过压时，主体单元2和喂料单元1均停止工作，电源出现过流、欠压、缺相等故障时，主体单元2和喂料单元1均停止工作。

其中，喂料单元1还包括安装支架103，安装支架103与喂料筒101的顶部相连，喂料筒101的底部与筒套201相连通，安装支架103上设置有喂料电机104，喂料电机104与其中一根喂料螺杆102传动相连，两根喂料螺杆102 利用齿轮传动相连。设置安装支架103，为喂料螺杆102和喂料电机104提供了稳定支撑，喂料电机104利用齿轮同时带动两根喂料螺杆102转动，增大喂料单元1作用区域，提高物料输送速度和输送效率。

工作螺块包括沿喂料筒101至出料筒302方向依次设置的输送螺块203、剪切螺块204、混炼螺块205、捏合螺块206和反旋螺块207。三组螺杆组件 202同向旋转，提高工作效率。沿喂料筒101至出料筒302的方向，为了在不同的工作阶段实现不同的目的，本发明的工作螺块的螺纹旋向、螺距以及螺纹的厚度均不同，可根据实际需要设定，在本具体实施方式中，相邻螺杆组件 202之间的间隙为3mm，工作螺块的螺纹厚度为12.16-27mm。

在本具体实施方式中，工作螺块的直径为320mm，长径比为10:1，工作螺块与芯轴208之间设置渐开线花键，渐开线花键强度高、承载力强，能够将芯轴208的转矩有效传递给工作螺块，方便拆装，保证装置的正常运行。工作螺块的材质为优质高速工具钢38GrMoAlA(HV950-1050)，高温真空淬火热处理；整体硬度：HRC60-64，工作螺块通过加工中心制作，由曲面成型磨加工；芯轴208采用高韧性、高抗弯、高强度的优质合金钢40CrNiMoA，调质硬度HB300-350。芯轴208的端部与并帽反牙螺纹连接，确保连接紧固。

为了使螺杆组件202按照既定的路线旋转，筒套201的内壁上设置有多条凸形膛线。

具体地，筒套201分为5节，每一节的长度为640mm，筒套201为分体式结构，方便拆装，便于清理维护，在本具体实施方式中，筒套201包括底壳209和上盖210，上盖210可转动地与底壳209相连，翻转上盖210即可“开启”筒套201的内腔，螺杆组件202可转动地设置于底壳209和上盖210围成的腔体内。

更具体地，底壳209连接有支杆212，上盖210连接有连杆211，连杆211 的一端与上盖210相连，连杆211的另一端连接有液压杆，连杆211还与支杆 212铰接，连杆211与支杆212的铰接点位于液压杆与上盖210之间，液压杆能够带动连杆211转动。液压杆伸缩能够带动连杆211绕支杆212转动，从而带动上盖210关闭和开启，便于对筒套201内物料进行清理，以及对零部件进行维护，提高操作便捷性，减轻工作人员劳动负担。

另外，出料螺杆301的一端伸入筒套201内，出料螺杆301位于螺杆组件 202的底部，保证物料被顺利、彻底输出，提高材料利用率。

还需要说明的是，螺杆组件202连接有主电机213，主电机213连接变速箱，主电机213功率为280kW，6级变频调速，变速箱与主电机213采用直连式，变速箱速比为5:3，变速箱的输入轴转速为0-1500rpm，变速箱的输出轴转速为0-300rpm，变速箱齿轮采用优质合金材料，精度按ISO1328-1995圆柱齿轮精度制造，齿轮全部采用渗碳淬火硬齿面。采用专用磨齿软件对齿轮进行齿轮修整，保证齿轮强度，齿向载荷均匀，强度高、噪音低、振动低。变速箱将主电机213的转矩均匀分配到三组螺杆组件202，并传递到芯轴208上，筒套201的两端还设置轴承座，螺杆组件202可转动地与轴承座相连，轴承座能够支撑螺杆组件202，同时保证螺杆组件202顺利转动；出料螺杆301连接有出料电机303，出料电机303的功率为5.5kW，出料电机303与出料螺杆301 传动相连，出料螺杆301的直径为320mm，长径比为4:1，保证出料螺杆301 正常工作。

本发明的三螺杆秸秆分丝帚化机，三组螺杆组件202同时工作，产生剪切力并作用于物料上，同时产生大量的热能，使秸秆纤维素、半纤维素、木质素等到充分地分拆，加工完成的物料利用出料单元3输出，本发明的喂料单元1 中，喂料螺杆102的数量为两根，主体单元2中，螺杆组件202的数量为三组，提高秸秆处理工作效率，同时省略了碱蒸煮的工艺流程，每吨物料节水75％，节电60％；应用该设备秸秆造纸原料无需碱蒸煮，无任何排放，真正做到了清洁造纸原料工艺，提纤率为80％以上，高于传统工艺的3倍左右，叩解度值达到了45.2°SR，提高了秸秆利用率，解决了我国秸秆高值转化的难题。

进一步地，本发明还提供一种上述的三螺杆秸秆分丝帚化机在纸原料生产上的应用，传统提取纤维的方法是把秸秆粉碎破壁分丝碱蒸汽软化，物料进入磨机内同步加入大量的水，热磨成纤维后，进行脱掉部分碱水，然后进行碱废水净化处理。此时纤维的含水在70％以上，同时损耗在30％左右。要达到干纤维，脱水是非常困难的事，费用也很高。传统制纤维的方法，电能的耗用占整个成本的三分之一。如果再加上干燥成本，电能占50％。另外，也达不到环保的要求，因为耗能大，环保不达标，纤维提取率也比较低。所以国家对传统制纤维支持的力度也不大。本发明打破了传统制作提取纤维的方法，不仅适合于所有禾本植物提取纤维纸原料，也同样适用于木本植物提取纤维纸原料，原料优选为：稻草、小麦秸秆、芦苇、甘蔗渣、茭白稍叶、蒲草、玉米秸秆等。以稻草为例更具体的工艺步骤如下：

首先将稻草秸秆经过离田收储运，在田间收储的过程中必须使用橡胶履带自走式分丝除尘打包机(市售)，所打成的方包或圆包做为使用标准；进入车间后，进行人工拆包，然后进入破壁分丝工段，所述破壁分丝机，在农机市场中可以买到。下一步利用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液对稻草破壁分丝物料进行酸碱度调整阶段，物料经过加入碱水溶液快速搅拌后，PH值达到12左右，物料即可达到最佳的润涨效果。接下来的步骤就是把已经润涨好的物料，在自然条件下搅拌参混接种复合酶菌，复合酶菌种及折算吨稻草秸秆用量为：中性漆酶：300克、酵母菌：200克、乙酸菌：200克、黑曲酶：120克、米曲酶：180 克。(本配方涉及的酶菌制剂市场上均有销售)，把接完菌种润涨好，含水率达 60％左右的物料用缠绕打包机(市售)进行缠绕覆膜厌氧发酵处理，复合酶菌种配比是本领域技术人员针对不同种类的秸秆，在厌氧发酵过程中，酶解断切木质素、纤维素、半纤维素及其它组成分断链的最佳效果而优选的配方及使用方法，同属本发明的保护范围！经过72小时后把拆包后的发酵物料输送喂料单元，进而在主体单元2进行秸秆三素的分拆工段，在提取纤维分拆三素的过程中，无需加水，没有任何有害物质排放。在此期间发酵物料经过三组螺杆组合件同向高速旋转，完成了输送、混炼、剪切、反应、挤压、捏合、膨化的系列过程，所以物料的三素得到了彻底地拆分，从而实现秸秆纤维提取目的；同时物料在主体单元2中随着螺杆组件202高速转动，所形成的剪切摩擦力，产生的大量热能，使秸秆发酵物料分子结构发生了变化，促进了官能团的打开，在大量的自由基作用下，同时起到改性三糖的作用，三糖为，纤维素为6碳糖，半纤维素为：5碳糖、木质素为：9碳糖。所提取的纤维更具有活性和柔韧度。

本技术方案的实施，最大的优势是节能，日产100吨纤维生产线装机容量为850kW，制成每吨纤维的耗电费用为115元/吨，无任何排放，不存在环保不达标的问题。同比传统的制作纤维的用电费用降低了50％，传统制作纤维最难解决的问题是干燥成本，如果脱掉了50％以上的水份，干燥成本非常的高，由此可见，传统工艺提取纸纤维原料的成本极高。

本发明实施的另一个突破是，干燥系统采用的是新型高碳醇清洁能源做为干燥介质，热风干燥，无排放，完全达到国家环保要求，因为利用热风循环干燥，干燥费用每吨纤维为150元，通过这种干燥方法，因为新型高碳醇清洁能源在燃烧时，释放出得高热值高，热源无烟尘排放，所以纤维不变色，无杂质，同时能使部分纤维的细胞壁闭合，吸水能力降低。

通过对本发明的实施，所得出的工艺原理是，利用生物发酵酶解技术与机械力分拆相结合的方法，分拆植物三素。所提取的纤维纸原料强度大、韧性好、叩解度值大、提纤率高等特点，完全达到了独创唯一性和操作可行性，而且加工成本比传统的方法下降约30％。经国家电化学和光谱研究分析中心检测结果认定，所得稻草纤维纸原料完全达到造纸应用标准！品质达到如下指标：

1、亮度(白度)：60％。

2、硬度：16K。

3、耐折度：45次。

4、撕裂指数：5.2mN.m

5、抗张指数：62N.m/g。

6、叩解度值：45.2°SR。

本发明中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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。