楊鋒

（新疆天業(yè)節(jié)水灌溉股份有限公司，新疆石河子， 832000）

1.前言

塑料PVC管材在生產(chǎn)過程中，會(huì)在許多環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢料，如在機(jī)組運(yùn)行之初，制品在引導(dǎo)過程中，未成型的物料就變成了廢料，在生產(chǎn)過程中，由于設(shè)備故障或工藝參數(shù)控制誤差而導(dǎo)致產(chǎn)品的幾何尺寸、物理指標(biāo)未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求等，都會(huì)產(chǎn)生大量的廢料，因這些廢料均具有可重復(fù)利用的價(jià)值，一般生產(chǎn)處理方法是將廢料破碎成體積較小的顆粒，而后利用磨粉機(jī)進(jìn)行磨削，使之變成與PVC樹脂相同粒徑的粉狀，再按一定比例與PVC樹脂及其它輔料混合后，用來生產(chǎn)新的PVC制品，這樣可大大降低PVC制品的成本，并使廢料得到合理地利用。

2.磨粉機(jī)的適用范圍

磨粉機(jī)是用來處理硬質(zhì)PVC制品廢料的專用設(shè)備，其主要的工作部件是一對(duì)磨盤，磨粉的方法依據(jù)磨盤的形狀不同而有許多種類，較常見的是鋸齒型的錐面磨盤，這種磨盤是利用其工作面上一定形狀的剪切齒，將PVC廢料顆粒磨削成粉料，由于硬質(zhì)PVC制品廢料硬度較高，在磨削過程中，磨盤剪切齒和工作面極易產(chǎn)生磨損，使之生產(chǎn)效率下降，甚至不能正常工作，因此，磨盤需要定期更換和維修。

3.磨盤的工作原理

磨粉機(jī)磨盤是由兩片結(jié)構(gòu)相同的磨盤組成，其中的一片磨盤固定在機(jī)座上，稱為定刀盤，另一片安裝在傳動(dòng)軸上，為動(dòng)刀盤，如圖所示。PVC顆粒由定刀盤的中心孔連續(xù)進(jìn)入兩磨盤間的容腔內(nèi)，動(dòng)刀盤在磨粉機(jī)電機(jī)的帶動(dòng)下，經(jīng)調(diào)速系統(tǒng)的增速，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到9600rpm的高速，在工作容腔內(nèi)的顆粒物料，與磨盤不斷產(chǎn)生摩擦、剪切，逐漸變成粉狀，并向磨盤圓周外移動(dòng)，最終進(jìn)入料倉，同時(shí)，顆粒料之間也在不斷地發(fā)生摩擦、碰撞，一部分變成粉料，另一部分顆粒尺寸在不斷減小，為進(jìn)一步變成粉料提供了條件。

圖1 磨粉機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

4.磨盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從磨粉機(jī)的整個(gè)工作過程來看，對(duì)于磨盤在設(shè)計(jì)時(shí)有兩點(diǎn)性能要求：①磨盤的剪切效率反映了磨粉機(jī)的工作效率，與磨盤的材料、剪切齒的形狀、剪切齒在磨盤圓周上的分布以及磨盤的轉(zhuǎn)速有直接的聯(lián)系。②物料經(jīng)剪切，變成粉料后，必須及時(shí)排出磨盤內(nèi)的工作容腔，磨盤對(duì)顆粒料進(jìn)行剪切的同時(shí)，伴隨著大量熱量的產(chǎn)生，如物料在容腔內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)，則其溫度會(huì)升高許多，當(dāng)超過物料的分解溫度時(shí)，物料即產(chǎn)生分解，也就失去了使用的價(jià)值，因此，磨盤的設(shè)計(jì)主要圍繞以上兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。

（1）磨盤剪切齒的設(shè)計(jì)

磨盤的斷面形狀如圖所示，顆粒料在兩磨盤齒尖的剪切作用下，體積不斷地變小，逐漸變成粉狀物料。

磨盤剪切齒在圓周的分布直接影響到磨粉的質(zhì)量和效率，由于經(jīng)剪切后的PVC物料成粉狀，僅僅依靠高速磨盤的帶動(dòng)，是無法排出磨盤外的，當(dāng)剪切齒設(shè)計(jì)成如圖所示的分布狀態(tài)，可使粉狀物料迅速排出磨盤。

圖2 磨盤的Ug造型

圖3 磨盤局部剪切齒形

磨盤內(nèi)物料的受力分析如圖所示，在剪切齒形的任一點(diǎn)，物料顆粒受到磨盤的切削力為F，將F分解為沿齒形方向的力F1和垂直于齒形方向的力F2，則F1=cosβ，F(xiàn)1即為物料向外位移的力，當(dāng)F1大于物料與磨盤的摩擦力時(shí)，物料即可向外移動(dòng)，物料與磨盤的摩擦力與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，其所受的摩

擦力越大，反之亦然，因此，在相同的F1作用下，小顆粒物料容易移動(dòng)。

另外，當(dāng)β越大時(shí)，F(xiàn)1越小，不難看出，在同一齒形上，距離圓心越遠(yuǎn)，所受的F1越大，即物料越容易移動(dòng)，而接近磨盤邊沿處，所受的F1越小，這樣，有利于物料的迅速排出，同時(shí)，在距離圓心較近處，物料的顆粒較大，由于所受的F1較大，大顆粒物料易向外移動(dòng)，在移動(dòng)的過程中，逐漸變成小顆粒物料，越接近磨盤邊緣，由于所受的F1越小，只能使小顆粒物料移動(dòng)，大顆粒物料不能排出，因此，可保證最終磨削的物料粒徑達(dá)到使用要求。

圖4 磨盤受力分析

當(dāng)β為90°時(shí)，F(xiàn)1=0，物料不會(huì)移動(dòng)，也就是說，當(dāng)齒形線通過圓心時(shí)，所磨削的物料是不可能排出磨盤的。

另外，當(dāng)齒形線與圓周中心線的距離a越大，相應(yīng)地在同一圓周上，β角越小，則其所受的F1越大，其所可推動(dòng)的顆粒體積越大，即物料越粗，這樣不利于磨粉機(jī)的最終質(zhì)量，因此，合適的間距a會(huì)對(duì)最終的粉料粒度產(chǎn)生直接影響。

（2）磨盤楔形角

兩磨盤之間留有一定的空間，以便儲(chǔ)備一定的大顆粒物料，使磨削能連續(xù)進(jìn)行，為保證磨削物料的粒度不能太大，因此，在磨盤的邊緣處保持足夠小的間隙，（不致使兩磨盤產(chǎn)生摩擦、碰撞），基于以上考慮，兩磨盤間設(shè)計(jì)成楔形結(jié)構(gòu)較為合理，其楔形角的大小，取決于楔形容腔內(nèi)物料的體積與磨盤齒間的粉狀物料的體積大致相同，才能保持整個(gè)磨削過程的連續(xù)進(jìn)行，使粉料及時(shí)排出磨盤。

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，當(dāng)楔形角為8°時(shí)，齒形結(jié)構(gòu)如圖所示，粉料才能順利排出。

（3）齒形的分布及形狀

在一定的空間內(nèi)，磨盤直徑初步確定后，在磨盤的圓周工作面上，齒形的分布越密集，其工作效率越高，即在相同時(shí)間內(nèi)，對(duì)物料的剪切次數(shù)越多，但是齒形過密，必然影響到齒形的截面尺寸，齒形越密，齒形的截面積越小，使粉料的排出越困難，因此，齒形的數(shù)量分布，應(yīng)結(jié)合齒形的截面尺寸大小。

經(jīng)試驗(yàn)，磨盤圓周工作面上，均布360齒，齒形按60°的楔角，其工作效率越大。

在磨盤工作面上，齒形的深度有淺變深，其齒底于安裝面有一夾角，在圓周上，離圓心越遠(yuǎn)處，由于其線速度比靠近圓心處為大，其剪切力越大，相應(yīng)地，齒形的磨損越嚴(yán)重，為保證齒形的磨損相對(duì)均衡，越向外，其齒形的齒高越大。

5.磨盤的材料選擇

磨盤是在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，剪切PVC顆粒料，其磨損是不可避免的，因此，選擇合適的磨盤材料，和合理的熱處理工藝，使延長(zhǎng)磨盤工作壽命的有效途徑。經(jīng)對(duì)許多材料的對(duì)比試驗(yàn)，選擇材質(zhì)9SiCr，該材料在高溫淬火時(shí)變形很小，經(jīng)鍛打、正火、高溫淬火、回火處理，使工件最終硬度控制在HRC58～60，其使用壽命達(dá)到最長(zhǎng)。

6.總結(jié)

通過對(duì)磨粉機(jī)磨盤的工作機(jī)理的分析，為磨盤的設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)，并據(jù)此對(duì)該部件進(jìn)行維修再加工，我公司在多年的生產(chǎn)過程中，通過對(duì)磨盤的維修再加工，節(jié)約了相當(dāng)可觀的資金，同時(shí)滿足了設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的及時(shí)性。

[1]姜新明，陳建章.粉碎機(jī)耐磨錘片的試驗(yàn)研究［J］糧食與飼料工業(yè)，1995（5）24～26.

[2]楊宏偉，PVC管材磨粉機(jī)中的磨盤制作工藝探索，農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，第32卷第5期2006（10）57～59.

[3]李正仁，李銳.塑料粉末粉碎機(jī)的研制［J］塑料加工應(yīng)用，1999（1）25～26.