孫 忠 張 燕 梁 棟

（海南大學(xué)機電工程學(xué)院，海南 ?？?570228）

海南島享有“椰島”的美譽［1］，椰子產(chǎn)量占中國總量的99%以上［2］。椰子是典型的熱帶木本油料作物和食品能源作物，用途十分廣泛，綜合利用經(jīng)濟價值極高，椰肉可食，亦可榨油；椰子水（胚乳）可為飲料等，椰殼可以制成優(yōu)質(zhì)活性炭［3］。然而海南椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展還相對落后，對于椰子的綜合利用率還很低［4］。其中沒有一個良好的椰殼的粉碎辦法是阻礙椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙之一。若想獲得椰衣內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)及椰殼，椰殼的粉碎工作是必不可缺少的程序。但是椰子殼質(zhì)地極其堅硬，冷熱不變形很難實現(xiàn)粉碎。目前普遍采取的傳統(tǒng)的方法是用刀具人工進行粉碎，該方法耗費大量人力物力且效率很低效果不佳。為此本項目研究需設(shè)計一套機械裝置以實現(xiàn)自動有效地將椰殼粉碎的目的。

1 研究目的

椰殼粉碎機的實現(xiàn)可有效解決勞動力不足、降低工人勞動強度、提高工人勞動舒適性和安全性、簡化椰殼粉碎工作程序、降低椰殼粉碎成本、提高勞動生產(chǎn)率、椰殼粉碎后可獲得椰子的其他產(chǎn)物進而提高了椰子的綜合利用率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。

2 國內(nèi)外粉碎機的發(fā)展歷程

粉碎機是將大尺寸的固體原料粉碎至要求尺寸的機械。粉碎機由粗碎、細(xì)碎、風(fēng)力輸送等裝置組成，以高速撞擊的形式達到粉碎的目的。中國粉碎設(shè)備主要應(yīng)用于礦山、建材、飼料、藥材、秸桿等多種行業(yè)之中。市場上粉碎機種類大體分為齒式粉碎機、錘式粉碎機、刀式粉碎機、渦輪式粉碎機、氣流粉碎機、低溫粉碎機、超微粉碎機［5］等。

齒爪式粉碎機常用于飼料、醫(yī)藥、食品等各種行業(yè)中原料的粉碎。機型從最小9FZ160型（1.1kW）到大型的ZY－6型（110kW）均有生產(chǎn)。中國常用稱呼“齒爪式粉碎機”，又叫“萬能粉碎機”，起源于日本，是奈良自由于1924年研制成功的。所以日本的齒爪式粉碎機都以“自由式粉碎機”為名稱。中國消化吸收“齒爪式粉碎機”技術(shù)之后，開始研制出9FZ系列齒爪式粉碎機，大量使用于飼料行業(yè)的中、小規(guī)模高細(xì)度粉碎［6］。

中國錘片式粉碎機于20世紀(jì)50年代開始研制，當(dāng)時動力都是在13kW以下的小型錘片是粉碎機。1980年商業(yè)部無錫糧食科研設(shè)計所研究設(shè)計制造了FSP112×30型錘片是粉碎機（55～75kW），填補了中國40kW以上粉碎機的空白。目前中國粉碎機的動力已達到上百千瓦，性能和水平已達到了較先進的水平［7］。

上海市藥材有限公司中藥機械廠的孫德平［8］設(shè)計研發(fā)了立軸刀式粉碎機，它集粉碎和分級于一體，結(jié)構(gòu)緊湊簡單，彌補了臥式粉碎機無軸向動力進而粉碎不徹底的缺點。

浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司向市場推出一款最新型國家專利產(chǎn)品——WDJ系列的渦輪式粉碎機。該粉碎機是應(yīng)用高速旋轉(zhuǎn)渦輪和裝在篩網(wǎng)上的磨塊結(jié)構(gòu)相互作用，工藝方面上使用迷宮式密封措施，從而使設(shè)備具有產(chǎn)量較高、噪聲小、能耗低、無污染、顆粒度細(xì)、運動平穩(wěn)、緊湊的結(jié)構(gòu)、機械密封性好等特點［9］。

上?；C械三廠從1982年起開始研制氣流粉碎機，目前已有圓盤式、靶式、循環(huán)管式3種機型［10］。

伊啟平［11］設(shè)計一款上下兩個磨盤組合的磨盤磨，分析磨盤磨工作原理，用材料學(xué)的知識解析了機器對粉碎物料的作用。其粉碎機為LDG－500型，磨輪直徑D ＝500mm，電機功率15kW，主軸轉(zhuǎn)速為1 200r／min，生產(chǎn)能力150～800kg／h，入料粒度≤15mm，產(chǎn)品粒度10～500目。

張翼飛等［12］研究立軸分級粉碎機即可避免物料過粉碎，而且產(chǎn)品粉碎粒徑也可調(diào)節(jié)。張永林［13］設(shè)計了一新型立式微粉碎機，機型為SFL43。其主要是針對食品物料共同的熱敏性特點。也達到一定的細(xì)度、粒度分布及純度，使其可替代高價氣流式粉碎機。微粉碎機有懸輥磨、球磨機、氣流式粉碎機、膠體磨、沖擊式微粉碎機［14］。

德國Erema公司的雙盤切割系統(tǒng)突破了通常Erema使用單盤底部切割、搗碎裝置在進入擠出設(shè)備前切割、混合和壓縮薄膜的技術(shù)限制。新型的雙盤系統(tǒng)中的一個盤安裝在另一個之上，第一個盤用于對不符合要求的原料進行粗加工。雙盤系統(tǒng)可以接受未經(jīng)過精加工的原料，并且運行得更加順暢。Erema公司說在處理PE薄膜時，可以提升15%的產(chǎn)量。

奧地利的 NGR Next Generation Recycling Maschinen公司的粉碎／擠出設(shè)備配有新的165mm直徑模具，當(dāng)生產(chǎn)全尺寸產(chǎn)品時，即使是非常堅硬的OPP纖維，它的產(chǎn)量也可以達到1 500kg／h。

瑞典的Rapid Granulator AB公司開發(fā)出專為粉碎塑料設(shè)計單軸粉碎機。粉碎機一般用于木料和市政廢物的粉碎。Rapid的新型粉碎機在一個軸的不同深度放置了27個成人字形排列的刀片，而傳統(tǒng)的木頭粉碎機只在同一深度十字交叉放置刀片。這個新機器擁有560，1 100，1 650mm 3種寬度的進料口，更加有效的切割幾何學(xué)使得電機的功率只有22kW。

德國的Weima Maschinenbau公司研制開發(fā)了新型快速換篩四軸ZM粉碎機。以前，篩子是栓死的，需要花很長的時間更換，而新型的ZMK－X快速轉(zhuǎn)換型的篩子固定在一個很容易栓緊的部件上。這樣，可以把篩子輕松的滑進粉碎釜中，在更換時，只要拉出就可以了。ZMK－X型粉碎機有15kW和30kW兩種機型，可以用于粉碎大型部件，如緩沖器等。

3 椰子殼粉碎機的原理及主要結(jié)構(gòu)功能

3.1 粉碎機的原理

基本結(jié)構(gòu)：椰子殼粉碎機結(jié)構(gòu)簡圖見圖1，由進料斗、雙子滾齒、粗篩網(wǎng)、細(xì)篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)子、電機、機架等組成。該機結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、傳動路線短、安裝調(diào)整方便、噪聲小、操作容易、占地面積小等特點。粉碎率也在90%以上。

在生產(chǎn)應(yīng)用中，機械運動時平穩(wěn)、震動較小，活動方便，效率也較高。

工作原理：把椰子殼放入進料斗1，椰殼由自身重力下落至雙子滾齒間8，滾齒轉(zhuǎn)動把椰殼擠壓粉碎，粗殼片在滾齒與粗篩網(wǎng)2相互作用下沿著滾齒旋轉(zhuǎn)方向向上重新進入雙子滾齒間繼續(xù)碾壓，細(xì)殼片通過粗篩網(wǎng)下落至轉(zhuǎn)子3間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動把細(xì)殼片研磨粉碎。粗粉末不能通過細(xì)篩網(wǎng)孔4，從粗粉末出口6落入物料筐中，再把粗粉末倒入進料斗重新研磨。或在粗粉末出口處安裝傳送帶，直接由傳送帶自動輸送到進料斗重新粉碎。細(xì)粉末通過細(xì)篩網(wǎng)孔從細(xì)粉末口5處流出。如圖2所示。

在椰殼粉碎的過程中，椰殼經(jīng)過滾齒擠壓后，能通過粗篩網(wǎng)的殼片最大線度不大于10mm，再通過轉(zhuǎn)子二次研磨，最細(xì)能達到300目，60目以上的粉末才能透過細(xì)篩網(wǎng)。

圖1 椰子殼粉碎機簡圖Figure 1 Coconut shell pulverizer’s diagram

圖2 椰子殼粉碎機工作流程圖Figure 2 Coconut shell pulverizer’s work flow chart

3.2 主要結(jié)構(gòu)

雙子滾齒：如圖3所示，表面齒形與普通的滾齒有所不同，該表面的齒為錐體，就像是釘子一樣。這種錐形齒碾壓椰殼時減輕設(shè)備的運轉(zhuǎn)負(fù)荷，使設(shè)備不易被卡死，粉碎效率提高，粉碎質(zhì)量更好，而且產(chǎn)生的噪聲較小。該滾齒的直徑為850mm，用37kW的電機帶動，轉(zhuǎn)速為1 800r／min。

轉(zhuǎn)子：表面光滑且經(jīng)過熱處理比較耐磨。當(dāng)椰殼片掉入雙轉(zhuǎn)子間，兩個圓柱相互轉(zhuǎn)動擠壓使椰殼研磨粉碎。如圖4所示。該轉(zhuǎn)子直徑為500mm，使用22kW的電機帶動，轉(zhuǎn)速為3 000r／min。

圖3 椰子殼粉碎機雙子滾齒Figure 3 Twin roll teeth of coconut shell pulverizer

圖4 椰子殼粉碎機雙子轉(zhuǎn)子Figure 4 Twin rotor of Coconut shell pulverizer

4 結(jié)論

本項目基于海南椰子殼破碎的需求，提出了一種新型破碎機的設(shè)計，其中著重介紹了椰子殼的破碎原理、主要結(jié)構(gòu)和破碎流程的設(shè)計。從椰子殼投料到破碎，整個過程可實現(xiàn)自動化控制，大大減少了勞動力，極大地降低生產(chǎn)成本，使椰子加工的產(chǎn)業(yè)化、自動化程度加大，為活性炭產(chǎn)業(yè)提供了良好的原材料，帶動椰子產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)，進而促進整個椰子的種植生產(chǎn)和椰子食品的擴展。

1 秦呈迎，程文靜，牛聰，等.國際旅游島建設(shè)環(huán)境下海南椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議［J］.熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，30（10）：70～73.

2 孫程旭，陳華，劉立云，等.椰子副產(chǎn)物的應(yīng)用與發(fā)展［J］.中國熱帶農(nóng)業(yè)，2011（38）：45～47.

3 潘永剛.椰子的綜合利用與加工技術(shù)［J］.食品與機械，1997（6）：21～22.

4 鄭淑娟.中國椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析［J］.熱帶農(nóng)業(yè)工程，2009，33（6）：32～34.

5 李亞莎，瞿曉華.超微粉碎設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r［J］.礦山機械，2004（10）：21～25.

6 戴林坤，曹念正.齒爪式粉碎機及在水產(chǎn)飼料行業(yè)中的應(yīng)用［J］.飼料工業(yè)，2010，31（17）：1～6.

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8 孫德平.藥用粉碎機械—立軸刀式粉碎機的工作原理及設(shè)計［J］.機電信息，2003（24）：53～55.

9 WDJ渦輪式粉碎機投放市場［J］.化工科技市場，2004（6）：1.

10 高春暉.氣流粉碎機原理、特點及工業(yè)應(yīng)用［J］.化工礦山技術(shù)，1993（5）：38～41.

11 孫成林，連欽明，王清發(fā).中國超細(xì)粉碎機械研發(fā)現(xiàn)狀［J］.中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2007（3）：46～49.

12 張翼飛，吳鐵銘.立軸分級式粉碎機分級臨界粒徑的研究［J］.食品與機械，1999（5）：40～41.

13 張永林.新型立式微粉碎機的設(shè)計［J］.食品與機械，1999（3）：39～40.

14 龐聲海.低溫升超微粉碎機及其研究［J］.食品與機械，1996（2）：9～11.