【文章內(nèi)容簡介】 碎 的物料達到 要求后 有些 小顆粒物料不能及時從篩孔正常排出， 而此時因為離心力作用會進 行反復沖擊，形成物料的 多余 粉碎， 這種情況無疑會加大能耗。同時，因為物料的反復沖擊使得物料動能不斷增加，導致升溫現(xiàn)象。升溫現(xiàn)象會使物料軟化 ， 部分軟化的物料依附于篩孔上，導致 篩孔 堵塞 ，使粉碎效率下降。 錘片式粉碎機如圖 所示。 5 圖 錘片 式粉碎機 揉切式 粉 碎機 揉切式粉碎包括揉搓機和揉碎機。 揉搓機主要由機架、喂入機構(gòu)、錘片轉(zhuǎn)子、變高度齒、刀片和風機等部件機構(gòu)構(gòu)成。工作時，高速旋轉(zhuǎn)的錘片不斷打擊喂入的秸稈，同時機具凹板上面裝有變高度齒板和定刀，斜齒呈螺旋走向，從而保證了撞擊后產(chǎn)生軸 向運動，秸稈碎段經(jīng)過隔板空缺部分流向機器的拋送室，然后再由風機拋出。在我國，秸稈揉搓機大都采用螺旋排列的錘片進行揉搓，再借助風機拋送，加工的秸稈物料只能達到破碎或細碎的狀態(tài)，生產(chǎn)率較低、耗能高、不適于高濕或韌性大的物料。 揉切式粉碎機如圖 所示。 6 圖 揉切 式粉碎機 爪齒式（齒爪式） 粉碎機 爪齒式（齒爪式）粉碎機 多為固定工作，主要工作方式為物料因自重及負壓被吸入粉碎室， 受離心力和 環(huán)流層影響 ， 由內(nèi)圈自 外圈 做圓周 運動，同時受到動 齒爪 、定齒爪和篩片 三重作用 ，齒盤 的 旋轉(zhuǎn) 會產(chǎn)生一定離心 力 ， 離心力 將粉碎物通過篩孔從出料口 輸送 。 爪齒式（齒爪式）粉碎機 主軸轉(zhuǎn)速 要求 較高， 導致軸承壽命較短 ， 同時因為主軸轉(zhuǎn)速較高 ，對粉碎室保護較差，導致 工作可靠性較低，噪聲較高。 組合式粉碎機 組合式粉碎技術(shù)是集切斷、粉碎、揉搓功能于一體， 通過相互結(jié)合優(yōu)化達到最佳的粉碎目的。 組合式式粉碎機如圖 所示。 圖 組合 式粉碎機 7 粉碎機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著農(nóng)村 經(jīng)濟的發(fā)展 ，粉碎機的 技術(shù)的應用 。 人們對粉碎機的要求也不斷提高， 今后幾年的粉碎機技術(shù)研究應主要集中在以下幾個方面 ［ 3］ ： 因為需求的不同，細分粉碎粒度，開發(fā)專用粉碎機。 錘片的研發(fā)與優(yōu)化。 風機的研發(fā)，通過風機欲粉碎機的進一步合理優(yōu)化、配合，獲得更高的效率。 第二章 確定方案 研究內(nèi)容、研究思路及主要設計指標 主要 研究內(nèi)容 研究秸稈的物理學特性。 設計秸稈 粉碎機 1)考慮材料成分、含水量、喂入量等因素 ,選擇適宜的加工方式。 2)設計喂入機構(gòu) ,錘片的設計計算。 3)選擇錘片，確定恰當?shù)木€速度。 4)粉碎機構(gòu)的設計，確定 錘片的排列。 5)總體布置，考慮使用方便、尺寸大小、經(jīng)濟性、能耗等因素。 6)關(guān)鍵問題：粉碎機的應用定位，確定 其 具體參數(shù)。 研究思路 分析加工對象的物理和加工特性。 設計出粉碎的機構(gòu)和合理布置各部分。 設計的系統(tǒng)做到科學合理，能耗低，結(jié)構(gòu)緊湊。 主要設計指標 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、尺寸緊湊，操作、使用、維修方便。 的適應性較好，適合加工多種類型物料。 生產(chǎn)能力滿足要求。 配套動力合理，功耗小。 噪音低、粉塵少，減少環(huán)境污染。 8 機器工作安全可靠，工作部件 耐磨性好，使用操作、維修調(diào)整方便，價格便宜。 粉碎機 的 類型 選擇 目前為止，在加工飼料類農(nóng)作物時錘片式粉碎機的效果最佳且應用最廣，考慮到科學性、經(jīng)濟性、實用性以及節(jié)能方面選擇錘片式粉碎機最佳 ［ 4］ 。 粉碎室的選擇 環(huán)流層理論 在錘片式粉碎機的粉碎原理中，最經(jīng)常 出現(xiàn) “環(huán)流層”，經(jīng)典理論認為，在粉碎機全速區(qū)的錘片和篩片之間，物料形成數(shù)厘米厚度的層流，粗顆粒因為受到離心力較大，所以在貼近篩片的外層， 小顆粒因為受到離心力較小，故而分布在遠離篩片的內(nèi)層。這種“環(huán)流層”的提法在理論上得到很多人的認同，但也有人對此提出了疑問，周向農(nóng)等（ 1997）認為在“環(huán)流層”內(nèi)并不存在明顯的大顆粒在外 、 小顆粒在內(nèi)的分層現(xiàn)象，而是大小顆粒自由運動，部分超微粉顆粒吸附在轉(zhuǎn)子心部。 其 研究也表明，“環(huán)流層”內(nèi)的物料密度分布是內(nèi)松外緊，內(nèi)層的細粉較難穿越外層過篩，只有通過增大篩板面積的方法才可以提高出篩率 ［ 5］ 。 早期圓形粉碎室 在 粉碎過程中，物料在錘片的打擊作用下， 會往篩板處擴散分布，但是物料在以一定角度入射到篩板后，有反彈和摩擦兩種可能，大顆粒被反彈則會進入環(huán)流層內(nèi)層，而大顆粒同時也可能在篩孔的摩擦作用下進行表面粉碎成為細粉。假設嚴格的“環(huán)流層”存在，那么內(nèi)部的細粉就很難過篩，只有大顆粒與篩孔摩擦產(chǎn)生的細粉才能過篩。一般粉碎機都會有輔助吸風，在風力作用下，物料在篩板表面呈現(xiàn)的應是一種“流化狀態(tài)”。某種程度而言，物料在篩面形成的“環(huán)流”是有益的，因為它能形成比錘片打擊更高效的摩擦粉碎，這些卻是值得好好利用的一個方面。 粉碎室的一般形 狀采用圓形，而物料進入粉碎機的圓形粉碎室，受到錘片高速旋轉(zhuǎn)的作用后形成物料層，并作與錘片運動方向相同的圓周運動，環(huán)流層運動的速度為錘片速度的 70%左右，圓形粉碎室內(nèi)的環(huán)流層由于離心力的作用，使大顆粒在外而小顆粒在內(nèi)，既不利于排粉，又減少了粉碎受打擊的機會，是使大部分粉料不是立即受到正面打擊而破裂，而 受到偏心沖擊，而受偏心沖擊的物料，在沖擊點與物料重心之間產(chǎn)生一 旋轉(zhuǎn)力矩，該力矩只能使物料產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動而不易破裂，造成能量很大浪費。 故 物料在圓形粉碎室所受偏心沖擊現(xiàn)象和物料環(huán)流 — 氣流層的存在，是粉碎機性能低、效率差 的根本原因。因此改變9 粉碎 室的形狀是提高粉碎效率的重要途徑之一。早期 圓形粉碎室形成物料環(huán)流 — 氣流層如圖 。 圖 圓形粉碎室及形成物料環(huán)流 — 氣流層 水滴型粉碎室 美國 Jacobson公司創(chuàng)新地將軸向進料粉碎機的粉碎室形狀由圓形改為整水滴形，當物料環(huán)流到達水滴型篩板上部時，由于離心力的作用，飛向水滴的上部側(cè)面，此時物料的流向剛好和篩面垂直，因而提高了物料的過篩能力。所謂“水滴式粉碎機”是在國內(nèi) 85計劃定型的 SFSP錘片式粉碎機基礎上，將上部兩側(cè)面原本安裝沖擊齒板的位置改裝成 篩片，這樣當物料進入粉碎機時，就被錘片打擊造成部分粉料直接過篩，略具“水滴式粉碎室”的原理，但和軸向進料型水滴形粉碎室相比，有著本質(zhì)的差別：軸向進料型的水滴篩上部側(cè)面受到的是粉碎機環(huán)流的沖擊，環(huán)流內(nèi)物料以細粉料為主；徑向進料型的水滴篩上部側(cè)面受到的則主要是初次落入的大顆粒物料沖擊。如果是采用小孔薄篩板的粉碎，大顆粒的沖擊會導致篩片的迅速破損，而堅實的齒板則比篩片的抗沖擊力強得多。所以只有在大孔徑厚篩板粗粉碎的情況下，齒板改為篩片才具有一定的作用。“水滴式粉碎機”將傳統(tǒng)錘片粉碎機的齒板改為篩板，在促進粗粉的過 篩上有一定效果，但是也造成了粉碎制品的粒度分布變寬，均勻度變差，粉料中的大型粗顆粒變多的問題。國內(nèi)的徑向進料式“水滴形粉碎室”將齒板改為篩片則是一把雙刃劍，促進過篩的同時造成了粉碎制品粒度均勻性變差，總體而言，只能稱為“改變”而不能稱為“改進”。 所謂水滴行粉碎室，顧名思義，即粉碎室的形狀像水滴、篩片在粉碎室內(nèi)也呈水滴狀如圖 。 篩片 物料環(huán)流 — 氣流層 轉(zhuǎn)盤 錘片 10 圖 水滴型粉碎室形狀 新型梯形粉碎室 劉文廣、劉偉峰通過對粉碎室形狀的分析與研究，設計出一種 新的 粉碎室，如圖 所示。即將圓形篩片彎曲成 梯形的粉碎室， 但是考慮綜合性因素，暫時不適于大規(guī)模普及［ 6］ 。 圖 新型梯形粉碎室 粉碎室的確定 綜合 性考慮，選擇水滴型粉碎室性價比最高、適用性最廣，故而選用水滴型粉碎室。 錘片 線 速度 在實際加工 過程中，不同的粉碎粒度以及物料原料對撞擊力度的要求不同，對錘片線速度的要求也不同，選用合適的錘片 線速度對于發(fā)揮粉碎機性能有著重要的影響。表 2 所示為不同物料最佳粉碎線速度 ［ 7］ 。 11 表 2 最佳 錘片末端 線速度（ m/s） 物料 高粱 玉米 小麥 黑麥 大麥 燕麥 麩糠 燕麥殼 線速度 48 52 65 75 88 105 110 115 考慮到本文設計的粉碎機為中、小型號 ， 其特點要求為結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、工作操作簡單、便于移動等 ， 且能夠用于粉碎主要農(nóng)作物外 ， 同時兼顧粉碎大部分農(nóng)作物秸稈等飼料 ， 對飼料精度要求并不高 ， 故而粉碎程度為粗粉碎 （ 部分要求較高粉碎機可按要求設計為細粉碎 ）， 主要目的為得到粗飼料 ， 其切 碎長度為 30～ 50mm。具《農(nóng) 業(yè)機械設計手冊》（以后簡稱《農(nóng)業(yè)手冊》）可知，粉碎精飼料錘片 線速度一般為 50～ 70m/s，粉碎粗飼料錘片末端線速度一般為 70～ 100m/s，本文設計為中、小型粉碎機，主要粉碎程度為粗粉碎得到粗飼料，通過平均速度可選擇錘片末端線速度為 80m/s 轉(zhuǎn)子速度確定 轉(zhuǎn)子速度的計算 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 可根據(jù)錘片速度根據(jù)公式： Dvn ?60? 式中 v—— 錘片末端線速度 D—— 轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑 目前，國內(nèi)各種秸稈粉碎機，實際轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn) 直徑有效范圍為 ～ ，為使本文設計緊湊合理，選擇轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑為 。 m i n/ 806060 ?? ??? ?? Dvn 轉(zhuǎn)子速度的 校核 以王新明提供的部分 9FZ 及 9FQ 型號粉碎機數(shù)據(jù)（見表 3），可大致校核所選轉(zhuǎn)子速度是否合理 ［ 8］ 。 表 3 不同 型號粉碎機的合理轉(zhuǎn)速 粉碎機 型號 9FZ25 9FZ27 9FZ29 9FZ31 9FZ33 9FQ20 9FQ30 9FQ40 合理轉(zhuǎn)速（ r/min） 5400 5200 5000 4800 4500 4800 4500 4000 空載功率最大值（ kw） 配套動力范圍（ kw） ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 轉(zhuǎn)速過高可通過公式判定： %30nn ?? 額定 本文設計為中、小型粉碎機，驗算校核并未超出合理轉(zhuǎn)速范圍。故本文設計運行轉(zhuǎn)速12 合理。 理論生產(chǎn)率 按下述的經(jīng)驗公式計算： 2BrnKDQ ? 式中 D—— 轉(zhuǎn)子直徑 B—— 轉(zhuǎn)子長度 r—— 物料容重，不同農(nóng)作物其秸稈容重不同，取麥秸稈與玉米秸稈平均值，秸桿3/ mtr ? n—— 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速， min/r2830??n K—— 粉碎機結(jié)構(gòu)系數(shù)，一般取 ??K 將各參數(shù)數(shù)值帶入公式有： hTB r nKDQ / 22 ???????? 配套功率計算 依下式計算 QKN 39。? 式中 Q—— 粉碎機理論生產(chǎn)率（ T/h） K’—— 配套動力系數(shù)，一般取 3~10 理論生產(chǎn)率為 ，所以有 339。 ??? QNK 配套功率 QCN 1? 式中 C1—— 系數(shù) ， ）106(1 ～C ? ，取 81?C Q—— 生產(chǎn)率， hTQ /? 所以 ???? QCN 13 取 kwN 4? 粉碎室寬度的選擇 粉碎室的寬度決定了粉碎物料的多少以及粉碎的效率，因此粉碎室的寬度同樣是粉碎機的一個重要的參數(shù)。一般來說，粉碎室寬度越窄，效率越高。所有的軸向進料粉碎機，如自吸式粉碎機和齒爪式粉碎機，都是窄體式設計，但機型一般都偏小。為了擴大機型，就必須增加粉碎室寬度。對于大型寬體式粉碎機來說，物料在進入粉碎機后的粉碎過程中，并不會均勻地分布于粉碎室全寬度，而是會發(fā)生偏移，一般來說，轉(zhuǎn)子兩端 靠近軸承處物料較多，中間物料較少，這樣會造成粉碎機的錘片、篩片磨損不均勻。如果將較寬的粉碎室用隔板進行有機分割，使得物料流限定于各個窄體粉碎室內(nèi)，這