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        弱彈性碰撞粉碎

        2010-06-07 10:33:14
        飼料工業(yè) 2010年17期
        關(guān)鍵詞:效應(yīng)

        趙 波

        破壞固體質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力作用而形成新表面的過程,通稱為粉碎。實(shí)施粉碎的作用力主要有:撞擊力、擠壓力、剪切力、碾磨力等。飼料加工中的粉碎機(jī)械通常亦以上述作用力作為主要粉碎施力,即:撞擊粉碎、擠壓粉碎、剪切粉碎、碾磨粉碎等。

        錘片式粉碎機(jī)以高速旋轉(zhuǎn)呈離心展開狀的錘片作為粉碎執(zhí)行工具,顧名思義,撞擊粉碎是其主要粉碎手段。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)及撞擊過程中,錘片同時(shí)也對物料施以擠壓、剪切和碾磨等作用。錘片式粉碎機(jī)的粉碎過程是以撞擊粉碎效應(yīng)為主,同時(shí)包含了擠壓、剪切和碾磨等綜合粉碎效應(yīng)。

        本文認(rèn)為擠壓粉碎、剪切粉碎、碾磨粉碎是撞擊粉碎的特殊形式:

        擠壓粉碎是物料受到了整體撞擊粉碎作用;

        剪切粉碎是物料被剪切部位受到了集中撞擊粉碎作用;

        碾磨粉碎主要是物料的外層部位受到了撞擊粉碎作用,碾磨粉碎同時(shí)又融合了擠壓粉碎、剪切粉碎效應(yīng)。

        破壞的過程即能量傳遞的過程,破壞執(zhí)行體將破壞能量傳遞給了被破壞物體,被破壞物體在被傳遞了破壞能量后導(dǎo)致自身破損,破損程度取決于接收到的有效破壞能量的大小。本文僅借助槍彈創(chuàng)傷學(xué)原理(不涉及生命科學(xué))進(jìn)行說明。

        槍彈對人體的創(chuàng)傷,在創(chuàng)傷原理學(xué)中認(rèn)為是創(chuàng)傷能量傳遞的過程,創(chuàng)傷程度就是槍彈傳遞給人體的動(dòng)能。

        設(shè)槍彈參數(shù)如下:

        1.槍彈質(zhì)量=m1

        2.槍彈擊中人體前速度=v1

        3.槍彈穿出人體后速度=v2

        有:0≤v2<v1

        4.槍彈損失動(dòng)能=E1

        在上述設(shè)定中,人體被擊中后位于原地,沒有被槍彈加速,即槍彈損失的動(dòng)能全部用于對人體的破壞,E1值越大,則對人體的破壞越大。

        參照上述原理,錘片式粉碎機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的錘片攜帶電機(jī)賦予的動(dòng)能,在對被粉碎物料進(jìn)行打擊時(shí),將動(dòng)能傳遞給了物料。由于運(yùn)行中錘片獲得電機(jī)連續(xù)性動(dòng)能補(bǔ)充,所以可大致認(rèn)為錘片在打擊物料前后攜帶的動(dòng)能基本不變,而只是將電功傳遞給了物料。

        物料在受到錘片打擊,獲得了錘片傳遞的能量E2。

        E2主要由以下三個(gè)方面組成:

        1.物料被加速,獲得動(dòng)能E3;

        2.物料及錘片發(fā)熱,獲得熱能E4;

        3.物料被擊碎,物料組織吸收破碎能E5。

        在(b)式中,物料發(fā)熱E4不可避免。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),粉碎效果越好,物料的發(fā)熱程度就越低。要在粉碎過程中向物料組織傳遞更多的破碎能E5,其中方法之一,就是降低物料被打擊后的動(dòng)能E3消耗。

        設(shè)物料顆粒參數(shù)如下:

        1.物料顆粒粉碎前的質(zhì)量=m2

        2.物料顆粒粉碎后的質(zhì)量:m3;m4;m5;......;mn

        3.物料顆粒粉碎后各顆粒速度:v3;v4;v5;......vn

        物料顆粒粉碎前的質(zhì)量和粉碎后的質(zhì)量總和沒有變化,根據(jù)(d)式,要降低 E3,只有降低 v3;v4;v5;......;vn

        根據(jù)物理學(xué)原理,碰撞運(yùn)動(dòng)有以下三種形式:

        ①完全彈性碰撞

        剛性物質(zhì)碰撞,碰撞物將動(dòng)能完全傳遞給被碰撞物,被碰撞物吸收到的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼膭?dòng)能增值。

        恢復(fù)系數(shù):κ1=1

        ②彈性碰撞

        非剛性物質(zhì)碰撞,碰撞物所傳遞動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楸慌鲎参锏膭?dòng)能增值,另一部分被吸收轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问健?/p>

        恢復(fù)系數(shù):0<κ2<1

        ③完全塑性碰撞

        非剛性物質(zhì)碰撞,碰撞物所傳遞的動(dòng)能完全沒有轉(zhuǎn)變?yōu)楸慌鲎参锏膭?dòng)能增值,而是完全被吸收轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问健?/p>

        恢復(fù)系數(shù):κ3=0

        除非在理論狀態(tài)下,實(shí)際應(yīng)用中第一、三種碰撞形式是不存在的,顯然,粉碎過程中錘片打擊物料的碰撞運(yùn)動(dòng)屬于第二種形式:彈性碰撞。

        錘片打擊物料后,物料發(fā)生破碎,設(shè)被擊碎后的某物料顆粒mn,其擊后速度為vn,根據(jù)動(dòng)量守衡定理,有:

        式中:ma——錘片質(zhì)量,為定值;

        Va——錘片線速度,為定值;

        Vb——物料落入粉碎室的速度;

        相對于錘片的線速度 va、vb可忽略不計(jì),即:vb≈0。簡化公式:

        根據(jù)(f)式,只有降低κ2值,才能降低vn值。

        降低κ2值的有效方法是,在碰撞運(yùn)動(dòng)中減弱彈性碰撞效應(yīng),增強(qiáng)塑性碰撞效應(yīng)。

        因此,弱化錘片打擊物料過程中的彈性碰撞效應(yīng),強(qiáng)化塑性碰撞效應(yīng),有利于錘片動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槲锪辖M織的破碎能,從而提高粉碎機(jī)的粉碎性能。

        借助上述推斷,在實(shí)踐中以某種材料經(jīng)特殊工藝制成一種新型錘片,其κ2值低于目前通用錘片,以促使上述假說效應(yīng)的發(fā)生。應(yīng)用于錘片式粉碎機(jī)的產(chǎn)量調(diào)試,產(chǎn)量獲得了提高(見表1、表2)。

        經(jīng)實(shí)踐初步總結(jié),實(shí)踐中使用的這種新型錘片的總產(chǎn)量優(yōu)勢不及相應(yīng)的普通碳化鎢錘片,但粉碎效率高、單產(chǎn)產(chǎn)量大、電能消耗低。以遼寧某飼料企業(yè)為例,這種錘片在φ0.8×φ0.8孔篩片狀態(tài)下粉碎魚飼料的總產(chǎn)量約為750 t,則:

        表1 遼寧某飼料企業(yè)90 kW錘片式粉碎機(jī)

        表2 山東某飼料企業(yè)75 kW錘片式粉碎機(jī)

        調(diào)試前耗時(shí)750 t÷2.3 t/h=326 h

        調(diào)試后耗時(shí)750 t÷5.0 t/h=150 h

        遼寧該市的工業(yè)電價(jià)為:0.76元/度(平期電價(jià)),則該飼料企業(yè)每粉碎750 t魚飼料所節(jié)約的電費(fèi)約為:

        0.76 元×90 kW×(326 h-150 h)=12038(元)

        由此例可見,這種錘片在該飼料企業(yè)的效率提高超過一倍多,有利于飼料企業(yè)較大地降低成本,且能迅速完成生產(chǎn)任務(wù),單位生產(chǎn)周期內(nèi)獲得更多產(chǎn)出,甚至減少加班時(shí)間和加班付出,其綜合效益是可觀的。

        本文將這種新型粉碎工藝稱為弱彈性碰撞粉碎;將這種新型錘片稱為弱彈性碰撞錘片。

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