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，會在許多環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢料，如在機組運行之初，制品在引導過程中，未成型的物料就變成了廢料，在生產(chǎn)過程中，由于設備故障或工藝參數(shù)控制誤差而導致產(chǎn)品的幾何尺寸、物理指標未能達到標準質量要求等，都會產(chǎn)生大量的廢料，因這些廢料均具有可重復利用的價值，一般生產(chǎn)處理方法是將廢料破碎成體積較小的顆粒，而后利用磨粉機進行磨削，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.磨粉機的適用范圍

磨粉機是用來處理硬質PVC制品廢料的專用設備，其主要的工作部件是一對磨盤，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

磨粉機磨盤是由兩片結構相同的磨盤組成，其中的一片磨盤固定在機座上，稱為定刀盤，另一片安裝在傳動軸上，為動刀盤，如圖所示。PVC顆粒由定刀盤的中心孔連續(xù)進入兩磨盤間的容腔內，動刀盤在磨粉機電機的帶動下，經(jīng)調速系統(tǒng)的增速，使其轉速達到9600rpm的高速，在工作容腔內的顆粒物料，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，最終進入料倉，同時，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，為進一步變成粉料提供了條件。

圖1 磨粉機結構示意圖

4.磨盤的結構設計

從磨粉機的整個工作過程來看，對于磨盤在設計時有兩點性能要求：①磨盤的剪切效率反映了磨粉機的工作效率，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速有直接的聯(lián)系。②物料經(jīng)剪切，變成粉料后，必須及時排出磨盤內的工作容腔，磨盤對顆粒料進行剪切的同時，伴隨著大量熱量的產(chǎn)生，如物料在容腔內停留時間過長，則其溫度會升高許多，當超過物料的分解溫度時，物料即產(chǎn)生分解，也就失去了使用的價值，因此，磨盤的設計主要圍繞以上兩個環(huán)節(jié)進行。

（1）磨盤剪切齒的設計

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，是無法排出磨盤外的，當剪切齒設計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

磨盤內物料的受力分析如圖所示，在剪切齒形的任一點，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F1大于物料與磨盤的摩擦力時，物料即可向外移動，物料與磨盤的摩擦力與顆粒的大小有關，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。

另外，當β越大時，F(xiàn)1越小，不難看出，在同一齒形上，距離圓心越遠，所受的F1越大，即物料越容易移動，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，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，在移動的過程中，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，大顆粒物料不能排出，因此，可保證最終磨削的物料粒徑達到使用要求。

圖4 磨盤受力分析

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

另外，當齒形線與圓周中心線的距離a越大，相應地在同一圓周上，β角越小，則其所受的F1越大，其所可推動的顆粒體積越大，即物料越粗，這樣不利于磨粉機的最終質量，因此，合適的間距a會對最終的粉料粒度產(chǎn)生直接影響。

（2）磨盤楔形角

兩磨盤之間留有一定的空間，以便儲備一定的大顆粒物料，使磨削能連續(xù)進行，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，兩磨盤間設計成楔形結構較為合理，其楔形角的大小，取決于楔形容腔內物料的體積與磨盤齒間的粉狀物料的體積大致相同，才能保持整個磨削過程的連續(xù)進行，使粉料及時排出磨盤。

經(jīng)反復試驗，當楔形角為8°時，齒形結構如圖所示，粉料才能順利排出。

（3）齒形的分布及形狀

在一定的空間內，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，即在相同時間內，對物料的剪切次數(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，應結合齒形的截面尺寸大小。

經(jīng)試驗，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，離圓心越遠處，由于其線速度比靠近圓心處為大，其剪切力越大，相應地，齒形的磨損越嚴重，為保證齒形的磨損相對均衡，越向外，其齒形的齒高越大。

5.磨盤的材料選擇

磨盤是在高速旋轉運動下，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，使延長磨盤工作壽命的有效途徑。經(jīng)對許多材料的對比試驗，選擇材質9SiCr，該材料在高溫淬火時變形很小，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，其使用壽命達到最長。

6.總結

通過對磨粉機磨盤的工作機理的分析，為磨盤的設計提供了可靠的依據(jù)，并據(jù)此對該部件進行維修再加工，我公司在多年的生產(chǎn)過程中，通過對磨盤的維修再加工，節(jié)約了相當可觀的資金，同時滿足了設備連續(xù)運轉的及時性。

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