錘片式粉碎機(jī)性能影響因素分析*

何仁財(cái)，吳兆勝

（江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，南昌 330044）

飼料加工中的粉碎工序影響飼料的品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、動(dòng)物消化吸收率及后續(xù)加工設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而錘片式粉碎機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，通用性強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用于該工序中，是飼料生產(chǎn)過程中能耗較大設(shè)備之一，其使用得好壞直接影響飼料的混合均勻度、加工成本與飼料品質(zhì)。錘片粉碎機(jī)工作過程是被粉碎物料經(jīng)進(jìn)料口，分軸向與徑向紊流混合進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的錘片粉碎腔中，在錘片高速旋轉(zhuǎn)下，粉碎腔中的粒料與錘片、粒料與篩片、粒料之間互相撞擊和摩擦等作用，使得原料逐漸粉碎，物料被粉碎到一定粒度時(shí)就穿過粉碎腔外圍篩孔由排料裝置排出。本研究從粉碎機(jī)機(jī)構(gòu)原理、篩分機(jī)理及輔助風(fēng)網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面研究，分析粉碎機(jī)粉碎腔物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，改善粉碎性能，提高物料出篩能力，避免物料過度粉碎。

1 粉碎機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

錘片式粉碎機(jī)粉碎系統(tǒng)主要由葉輪喂料器、粉碎機(jī)、風(fēng)網(wǎng)機(jī)構(gòu)及輸送機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示，粉碎系統(tǒng)中，最重要且能耗最大的是粉碎機(jī)，而粉碎腔是粉碎機(jī)的心臟，粉碎腔是由旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子、錘片與篩板等組成，如圖2所示，粉碎過程中，粒料從進(jìn)料口進(jìn)入粉碎腔經(jīng)撞擊粉碎與摩擦粉碎后，符合粒度要求的物料穿過篩孔排出，未能通過的物料繼續(xù)在粉碎腔中被打擊、碰撞，直到粒度符合篩孔要求而排出。在設(shè)計(jì)粉碎系統(tǒng)時(shí)，如何防止物料過度粉碎、料溫升高及耗能過大等問題？下面從幾個(gè)方面去分析。

圖1 粉碎系統(tǒng)組成圖

圖2 粉碎機(jī)組成圖

1.1 “環(huán)流層”的破壞

粉碎過程中，物料在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)下，粉碎腔內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生風(fēng)壓，而物料運(yùn)動(dòng)方向與物料出篩孔方向基本垂直，且受旋轉(zhuǎn)離心力作用，物料粉碎過程中分成內(nèi)外層，內(nèi)層粒度小，外層粒度相對(duì)較大，因此造成大顆粒在外層而無法通過篩孔，小顆粒在內(nèi)層運(yùn)動(dòng)無法通過篩孔，當(dāng)粉碎物料不能及時(shí)排料會(huì)產(chǎn)生內(nèi)松外緊的分布狀態(tài)、粉碎不均勻及粉碎效率低等問題，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就需要改變機(jī)構(gòu)來破壞物料與氣流的“環(huán)流層”，使得物料反彈，反復(fù)與錘片接觸碰撞，自主滿足出篩條件而提高物料的過篩量，防止過度粉碎，目前國(guó)內(nèi)常用破壞粉碎腔內(nèi)“物料—?dú)怏w”環(huán)流層的方法是在粉碎機(jī)底部 “開溝槽”、采用異型篩或改變粉碎腔形狀，使粉碎腔內(nèi)物料與氣體形成紊流狀態(tài)，促進(jìn)被粉碎物料從篩孔及時(shí)排出，粉碎機(jī)外形如圖3所示。

圖3 “溝槽”破壞環(huán)流層

1.2 改變機(jī)構(gòu)提高篩孔出篩率

物料被粉碎到一定粒度后需要從粉碎腔外圍的篩孔排出粉碎腔，因此粉碎粒度及出篩率是影響粉碎機(jī)效率的重要參數(shù)，合適的粉碎粒度越是及時(shí)排出則粉碎效率越高。粉碎過程中，由于在粉碎腔中產(chǎn)生“環(huán)流層”，被粉碎物料在粉碎腔中形成“內(nèi)小外大、內(nèi)松外緊”狀態(tài)分布，且在環(huán)流層的影響下，物料運(yùn)動(dòng)方向與篩孔方向垂直，所以在設(shè)計(jì)粉碎機(jī)篩框機(jī)構(gòu)時(shí)，在破壞環(huán)流層的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)增加篩框震動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得篩片震動(dòng)及工作過程中不斷自動(dòng)改變錘篩間隙及使附著在篩片上的大顆粒物料跳動(dòng)，破壞環(huán)流層產(chǎn)生紊流狀態(tài)，進(jìn)而增加了大顆粒物料與錘片碰撞概率，同時(shí)可以提高其它被粉碎的小顆粒物料與篩孔接觸及篩出的機(jī)會(huì)，進(jìn)而提高粉碎機(jī)透篩效率，如圖4所示。這種震動(dòng)篩框粉碎機(jī)可以解決篩孔堵住不出料問題，尤其是物料水分高時(shí)，處理方案是關(guān)閉粉碎機(jī)上面的葉輪喂料器 （阻止進(jìn)料），粉碎機(jī)會(huì)自動(dòng)緩解堵塞篩孔問題。

圖4 震動(dòng)篩框粉碎機(jī)

1.3 輔助風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)研究

輔助風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)功能是“通風(fēng)為主，吸塵為輔”，主要是因?yàn)榉鬯闄C(jī)工作過程中，錘片高速旋轉(zhuǎn)使其內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，而輔助風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)主要功能是減小粉碎腔周圍的壓力，使粉碎腔內(nèi)外壓力平衡物料易篩出篩孔，還有就是物料本身含有一定的水分及在粉碎過程中反復(fù)多次撞擊粉碎會(huì)產(chǎn)生熱量，輔助風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的作用就是在工作過程中對(duì)粉碎腔及其內(nèi)的物料降溫與除濕，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)輔助風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)提高過篩率的作用較大，同時(shí)也可以減少不必要的能耗。

2 研究展望及下一步粉碎機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

粉碎是通過連續(xù)多次分形而達(dá)到的粒度，是“看”不到，“畫”不出，只能靠思維去把握，目前國(guó)內(nèi)外粉碎機(jī)技術(shù)較成熟，但粉碎粒度、效率與每度電產(chǎn)量、噪聲與震動(dòng)及篩分機(jī)理等問題還有待進(jìn)一步研究，課題需進(jìn)一步研究探討方向是：

（1）通過理論、實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐研究分析“環(huán)流層”及篩片篩分機(jī)理，研究相同孔徑下影響透篩因素。

（2）通過改進(jìn)優(yōu)化粉碎腔與篩片形狀結(jié)構(gòu)，研究破壞“環(huán)流層”的機(jī)理及物料運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（3）研究錘片的結(jié)構(gòu)及材料性能。