■何仁財 況杰華 吳兆勝 萬筱軍 易烈運

（江西省農業(yè)機械研究所，江西南昌330044）

飼料加工設備是把物料由進料口開始經過不同工序最后在打包口接收飼料，在這一系列工序中，物料粉碎是其中重要環(huán)節(jié)之一，物料粉碎是將電能轉化為機械能從而克服物料內部凝聚力將大塊物料破碎成小塊形狀，飼料加工設備中粉碎機消耗的功率約占整套設備總功率的30%～60%，由于粉碎過程中物料與錘片、篩片發(fā)生劇烈的相互沖擊碰撞及搓擦作用并形成環(huán)流層，在設計研究產品需要考慮錘片磨損、沖擊碰撞及結合力學原理進行分析，本文結合實踐與前人工作研究的基礎上進行闡述粉碎機的設計過程，對其結構和性能進行試驗研究，進一步加深理論基礎的學習研究，提高設計水平及粉碎效率。

1 粉碎機工作原理及整體結構

粉碎機是依靠機械力將落入錘片與篩片之間間隙做紊流運動的物料在粉碎室內進行反復的高速碰撞及擊碎，使得物料在形狀上由大變小，小塊物料穿過篩片上的篩孔漏出料及排料[1-2]，通過調研及查閱國內外錘片式粉碎機的文獻及研究機理，發(fā)現各生產單位制造的粉碎機形狀結構大同小異，但其工作原理基本相同，做成的粉碎機實物如圖1所示，其主要由電機、底座、進料導向機構、轉子錘片組件、機殼機體、傳動軸承等組成，其部件組成如圖2所示。由于錘片式粉碎機機理涉及到機械動力學、流體力學、摩擦學、噪聲、振動及篩分技術等多學科的交叉，國內外許多學者對其進行研究分析，所以對粉碎機機理及形狀進入進一步研究非常有意義及具有一定的創(chuàng)新性。

2 轉子組件及錘片的研究

2.1 轉子組件組成

轉子組件與錘片是旋轉傳動部件之一，也是粉碎機的核心部件，其與篩片構成粉碎室將物料擊碎篩分，錘片在工作高速旋轉過程中受到磨損，轉子組件在工作過程中產生振動，發(fā)出噪聲等，然而轉子組件主要由主軸、錘刀板、主軸隔套、帶孔隔套及錘片等組成，其如圖3所示，其中錘刀板鉆幾個小孔是為泄壓，使得整個粉碎室壓強平衡。

圖1 粉碎機實物照片

圖2 粉碎機部件組成

圖3 轉子組件

2.2 錘片的研究

轉子組件是通過聯軸器與電機聯接進行高速旋轉，旋轉過程中與物料相互碰撞，擊碎物料，所以錘片也是磨損工件之一，應具有一定的強度、硬度及耐磨性，因此錘片的結構、材料及布置方式影響粉碎效率，因此錘片一般需要進行熱處理，增加錘片的耐磨及強度，除了強度和耐磨性等之外，錘片的排列方式也是影響粉碎機效率的因素，在設計實際應用中常有螺旋線排列、對稱排列、交錯排列及對稱交錯排列4種排列方式[4]，本文采用螺旋線排列方式，其如圖4所示，主要是因為在進料口安裝有進料導向機構，其可調節(jié)進料向左向右的方向，從而使得物料在旋轉過程中可往復運動，使得物料粉碎充分，又保證錘片兩邊可用，增加錘片的使用時間。

圖4 錘片的排列方式[4]

2.3 動平衡試驗

為了減少粉碎機的振動，提高粉碎機質量，轉子組件在與電機聯軸器安裝前應進行動平衡試驗，通過加重與去重法修正轉動平衡，防止其高速旋轉產生慣性力，降低系統(tǒng)振動，減少軸承等部件的損壞，動平衡試驗按《ISO1940平衡等級》標準執(zhí)行，動平衡試驗平臺裝置如圖5所示。

圖5 動平衡試驗機

3 篩片的分析及選擇

篩片是粉碎機中易損件之一，其控制粉碎產品的粒度，篩片由壓緊窗固定在機體上且成一定的形狀并構成封閉的粉碎室，使得粉碎后的物料從篩孔中篩出，從而達到粉碎要求，篩片的篩孔大小是控制粉碎后物料粒度大小，即粉碎粒度決定篩片的孔徑，加上篩片經操作門壓緊窗（見圖6）（彈性壓篩機構）緊固后會構成一定包角的粉碎室。

圖6 操作門壓緊窗

4 整機性能測試結構分析

本文在借鑒前人及查閱文獻對SFSP56×40型粉碎機整體進行設計研究，在設計計算的基礎上通過查閱資料得出了SFSP56×40型粉碎機主要技術參數如表1所示。為了提高設計水平及粉碎效率，本文在以下幾方面進行結構設計闡述。

表1 SFSP56×40型粉碎機主要技術參數

①在粉碎過程中主要是高速旋轉的錘片撞擊粉碎和物料由于慣性力作用與篩板產生摩擦粉碎[5]，因此在設計錘片排列時采用螺旋線排列，目的是增加碰撞的機會，提高粉碎效率；

②錘片及進料導向機構，錘片的結構很普通，主要是因為在設計時采用進料導向機構可改變物料進口向左右的方向，可重復利用錘片碰撞刀刃兩端，增加錘片的工作時間；

③通過改進粉碎腔結構即在粉碎腔底部連接處進行去除改成溝槽平滑過渡以破壞環(huán)流層，如圖7所示，粉碎腔在操作門壓緊窗的作用下及溝槽處平滑過渡形成水滴式結構，使得粉碎后的小物料先排出，避免重復粉碎。

圖7 粉碎機破壞環(huán)流層的剖視圖

5 對錘片式粉碎機性能研究的展望及探討

錘片式粉碎機主要是通過電能轉化成機械能擊碎物料，破壞物料的內聚力，把大塊物料破碎成小塊物料，在粉碎室內被粉碎的小塊物料穿過篩孔排出[1-4]，粉碎過程中粉碎腔中的環(huán)流層存在流體力學流場的變化、碰撞篩分及在整機工作過程中振動、摩擦力學和噪聲等學科的交叉，這些交叉學科的理解研究有助于進一步對粉碎機篩分機理和規(guī)律的認識和探討，從而提高設計創(chuàng)新水平改善粉碎機性能，提高生產效率、能源利用率及改進產品質量。

6 結論

通過借鑒前人的經驗設計錘片式粉碎機，在設計的同時查閱相關文獻了解粉碎機工作機理及相關學科的交叉。本文從粉碎機的結構進行設計，闡述轉子組件的構造和動平衡試驗，根據進料導向機構確定錘片的排列方式，篩片的成型條件及破壞環(huán)流層，從而使得粉碎機機理可以進一步的研究指明理論路線。