锤片式粉碎机

圈饲斛加工2009-N0．7搏CERE和AL&F饲EED料INDIUSTORY商锤片式饲料粉碎机若干关键技术问题的探讨曹丽英1”，王顺喜1，武佩2，吴书伦31．中国农业大学工学院，北京100083；2．内蒙古农业大学机电工程学院，内蒙古呼和浩特010018；3．黑龙江畜牧研究所，黑龙江齐齐哈尔161005)摘要：综合了国内外的粉碎理论和研究成果，针对锤片式饲料粉碎机的筛分效率、使用寿命、噪声和振动等技术难题，从粉碎理论的角度和实际应用的效果对其进行了探讨，为今后进行深入的研究提供了理论上的参考。关键词：饲料；锤片式粉碎机；关键技术；粉碎理论中图分类号：$817．12+2文献标识码：A文章编号：1003—6202(2009)07—0034—03,TheDiscussionaboutMostImportantTechnologiesofFeedHammerMillsABSTRACT：Basedoncomminutiontheoryandstudyresultsathomeandabroad，thetechnicalproblemssuchassievingefficiency，servicelife，noiseandvibrationetc．offeedhammermillswerediscussedinrespectofcomminutiontheoryandpracticalapplicationeffect．Thisprovidedatheoreticalreferenceforfurtherstudy．KEYWORDS：feed；hammermill；importanttechnology；eormninutiontheory粉碎是利用机械力来改变原料的物理性状，破坏物料内部凝聚力，使大块物料变成粒度满足生产要求的细小颗粒的过程。粉碎工序是饲料生产中的重要丁序之一，直接影响着饲料产品后续加下下序和饲料产品质量⋯。锤片式饲料粉碎机是一种冲击式粉碎设备，因其通用性广、粉碎质量好、传动连接方式灵活、空载启动迅速、对饲料的温度敏感性弱、占地面积较小、使用维修方便和生产率高等优点，在国内外饲料加工行业中得到了广泛应用旧j。目前国内外锤片式饲料粉碎机技术正在不断地完善和提高，涌现了一些新科技，出现了一些新动向，特别是其中一些关键技术。本文就此简单对其进行分析和探讨。1粉碎理论和粉碎过程研究在粉碎原理方面，出现r不少理论和假设。著名的粉碎能耗三大理论分别是1867年的P．R．Rittinger(德国)表面积学说，认为固体物料粉碎时，能耗与新产生的表面积成正比；1885年F．Kick(德国)的体积学说，认为将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，能耗与被破碎的料块的体积或质量成正比；1952年F．C．Bond(邦德)的裂缝学说，认为粉碎单位体积物料的粉碎功与裂缝的多少成正比，而裂缝的多少又和物料颗粒的粒径(或边长)的平方根成反比、41。此外还有恩·朗夫的冲击理论等。这几种理论都有其局限性，因为在实际生产中物料的性状并非完全符合这些理论的假设条件，故这些理论使用起来不太方便，难以发挥应有的作用。在粉碎产量和功耗方面，美国的Jacobson(杰克帕森)研究了粉碎机在粉碎谷物类饲料的生产率与输出功率和筛孔直径是成比例的，即：G=JPd，(1)式中，G为生产率，P为输出功率，d为筛孔直径，．，为杰克帕森系数，该系数的具体值可通过实验得到。51。在粉碎粒度分布方面，日本推崇粉碎机理的解析方法，该方法是用粉碎产品的分布状态来研究粉碎机理，应用较多的解析粉碎法是Rosin—Rammler公式旧。1：G=1一exp(一ad“)，(2)式中，d为颗粒的粒径，n为指数，口为系数，G为颗粒累计质量百分数。它是颗粒粒径分布的累计分布形式。只要指数n及系数a确定了，式(2)就可以确定该颗粒的粒径分布。在粉碎过程方面，影响较深的研究是1959年德国(前西德)学者Friedrich利用高速摄影技术对单粒玉米的粉碎过程进行的研究。他发现在大多数情况下，玉米在粉碎室里受到的是偏心冲击析不是正面冲击。由于偏心冲击作用，不能正面击碎物料，所以耗费了较多的能量。至今Ffiedrich的研究成果仍被部分研究者所引用。事实上，物料粉碎是一个非常复杂的过程，影响粉碎效果的因素很多，例如，多相流里各种颗粒在高速运动状态下的个体行为极难观察或理论模拟；物料实际发牛的详细粉碎机理或粉碎过程中很多环节都不甚清楚，比如物料不同大小、不同形状颗粒之间的相互碰撞、摩擦造成物料的破碎机理以及粉碎规律的研究等。比较精确或定鼍化的非常实用的粉碎理论还比较稀缺，虽然对物料粉碎理论或粉碎过程的很多研究都进行了宏观或统计观察或定性分析研究，但是精确而详细的物料粉碎理论还有很多内容需要进行更深入研究，粉碎理论未来的研究道路还很艰难。收稿日期：2009-03-25；修回日期：2009-'06-05基金项目：国家科技支撑计划项目(课题任务书编号：2006BADl2809)作者简介：曹丽英(1980一)。女．博士研究生，主要从事农业机械测试与控制面的研究。通讯作者：王顺喜(1959一)，男，教授，博士生导师，主要从事饲料加工工程、机电工程和农业机械装备工程的研究。曹丽英等：锤片式饲料粉碎机若干关键技术问题的探讨／2009缶囊7期2筛分机理的研究在筛分机理方面，有代表性的研究是Thyn和Pechlak，他们曾利用同位素示踪技术研究粉碎机内物料的统计运动规律。国内也有学者利用高速摄影技术对粉碎机的T作原理及物料在粉碎室内的运动规律进行了研究¨驯。这些研究都表明影响锤片式饲料粉碎机能耗和效率的一个重要因素是物料环流层，环流层造成了小于筛孔的碎物料不能及时排出，导致分离效率降低、物料过度粉碎、无效功耗增加、粉碎机牛产效率降低和物料的温度升高。关于环流层内大小颗粒物料的运动、分布规律大体上有两种观点：一种观点认为环流层是呈疏松状的气固两相流，环流层内的大小颗粒是随机分布的，没有大小颗粒分层观象，环流层在粉碎室四周分布是不均匀的，形态也是不一致的。另一种观点认为离心力场使大颗粒分布在筛片和齿板的工作表面区域，小颗粒则分布在内侧区域内¨0’“J。为了破坏环流层，人们使用r异型筛(非圆形)或改变粉碎室的形状，如采用水滴形、椭圆形、八角形粉碎室¨“。上述努力虽然使粉碎机生产效率有所提高，但仍没有从根本上解决物料筛分问题。多种不同粒度随机混合分布的物料颗粒在高速运动状态下，物料的筛分过程颇为复杂，粉碎室内高速运动物料质点系中各个微粒质点详细筛分过程轨迹的研究还很缺乏，筛分效率与相关影响参数的精确数学模犁很少见到，粉碎室内许多物料详细筛分过程不太清楚，比如粉碎室内多相流流场形态及其实时变化对物料分离效率的影响规律等。提高筛分效率是一项关键技术，要想取得突破，筛分机理的深入研究非常必要。3锤片、筛片、锤筛间隙的研究锤片是粉碎机最重要也是最易磨损的工作部件。锤片末端线速度、锤片形状和厚度、锤片数日、排列方式等都对粉碎机的生产性能有着密切关系。在粉碎机其他参数小变的情况下，提高锤片末端线速度可以提高锤片的打击强度和单位时问内锤片打击物料的次数，也可以提高粉碎机产量和细化物料的粒度，但锤片末端线速度太高，粉碎机的空载功率就会增大，能耗、振动和噪声也会随之加大。有研究资料表明，对于谷物类物料锤片的线速度一般为80～90m／s，对于纤维物料一般为105—115m／s。根据国内外的研究和对比试验，锤片相对越薄，粉碎效果相对越好，能耗相对降低，但耐磨性相对变差，使用寿命相对变短。常用的锤片厚度是4。6mill⋯。筛片是控制物料粉碎粒度的基本工作部件。筛片的开孔率、工作表面、筛片包角、筛孔的排列方式等都是影响筛分效率和成品粒度的蕈要因素。有些大型锤片式饲料粉碎机采用了振动筛来提高生产能力．也有把粉碎和筛分过程分开进行来提高生产率。锤筛间隙对筛片的通过性能、锤片的粉碎作用、物料的粒度、锤筛的使用寿命都有影响。锤筛间隙越小，物料的粒度就越小，粉碎机的产量就越低。筛片的磨损也越严重。锤筛问隙变大，紧贴筛片的物料受锤片打击的概率降低，生产效率F降。前苏联的学者认为锤筛间隙应该介于原饲料颗粒平均粒径的I一2倍。德罔(前西德)学者Friedish认为谷物类饲料最佳锤筛fsJ隙应该是8mm。我闰粉碎机系列推荐的锤筛|．日J隙谷物类为4—8m／n，秸秆类为10—14mm，通用性困机型为12舢”1。在保证优良性价比的前提下，提高锤片的耐磨性，延长其使用寿命不仅可以节约生产成本，减少更换锤片次数，减轻工人劳动强度，并且可以提高生产效率和企业的经济效益。研究开发性能高、寿命长的粉碎机锤片也是一项关键技术。现在的问题是材料热处理技术和各种表面强化技术的性价比还没有完全过关。这一领域具有很大研究夺问和研究潜力。锤筛间隙的确定应在一般指导原则下，通过试验获取最佳锤筛间隙范围值。4噪声及振动的研究粉碎机噪声是检验粉碎机性能的一项重要指标。内蒙农大的武佩等人对锤片式粉碎机的噪声进行了研究，认为在空载和额定负载下，粉碎机的噪声源主要是空气动力性噪声，该研究结果为粉碎机降噪设计提供了一定的理论依据【l引。在保证锤片末端线速度不变的前提下，增大转子直径，减小转子转速；提高粉碎机各部件的加工精度和装配精度；增加隔音罩或增强吸音等降噪措施都有利于粉碎机噪音控制。国内学者对粉碎机振动也进行了较多研究，比如于翠萍等分析了粉碎机产生振动的原因，介绍了粉碎机隔振系统的理论、设计和应用¨“。董艇舰等人对锤片式粉碎机转子固有频率及振幅做了分析，建立了锤片式粉碎机转子振动的力学模璎及数学模型，分析了其固有频率及在额定转速下的振幅与其它参数的关系，为锤片式粉碎机减小振动提供了理论依据㈣。随着饲料粉碎机的大型化发展和性能指标的逐步提高，锤片式饲料粉碎机的振动和噪音问题日益突出。控制或降低噪音的难点之一是：粉碎机出厂时振动和噪音可以达标，但经过一段时间的使用后，由于各锤片的不均匀磨损、各部件装配精度不f司程度的下降、多种零部件的磨损或移位等多种凶素的影响，造成了锤片式粉碎机振动加剧和噪音的增大。如何使锤片式粉碎机在使用了一段时间后，还能够一直保持粉碎机振动和噪音不超标，是一个关键技术问题。5国内外典型的锤片式饲料粉碎机由于锤片式粉碎机的技术进步，饲料粉碎作业具有更高的效率、更低的电耗和成本。比如，振筛式锤片粉碎机在工作过程中町不断改变锤筛间隙，破坏粉碎室内环流层，使粉碎机的粉碎效率较传统机型提高20％以上¨“。北美地区使用的锤片式粉碎机，直径达1．9m，筛片面积4．5m2，转速3600r／min，锤片线速度107m／s，功柳kW，大多还配有供风系统用于气力输送ⅢJ。·美国RoskampChampion(CPM)公司的HM系列水滴型卧式锤片粉碎机，筛孔采用交错开孔排列布置方式，采用不同筛孔直径(3．2～4．8mm)的筛片组合使用，效率提高10％～15％，可通过调节锤筛间隙来控制产品粒度¨“。荷兰VanAarsen公司的2D系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置，在运行中即可更换筛板，配有自动电磁清洁系统，适应性得到提高。意大利GBS公司(GOI．FEm／BERGA／SANTATI)的MSVl20／25型立式粉碎机，机体内部涂覆耐磨材料显著降低了粉碎机噪声。瑞士Buhler公司的DFZK一2型系列双立轴锤片式粉碎圈曹丽英等：锤片式饲料粉碎机若干关键技术问题的探讨／20眇年■7期机，自动控制系统中配备有重颗粒剔除、实时监测堵料等功能，先进合理的结构设计和动力配备使得该机的单位产量电耗相对早先机型有所降低。正昌138系列冠军王粉碎机采用组合多腔粉碎室，粉碎效率较普通机型提高lO％一30％。牧羊SWFP66×100型锤片式微粉碎机采用可调节的轴端进风口。有效改善了粉碎机的辅助吸风系统，提高了粉碎效率。采用“山”型二次粉碎室结构，提高了粉碎效果。上述饲料粉碎机某些性能的提高是因为在一些关键技术上有所突破，锤片式饲料粉碎机关键技术的研究很艰巨，一旦有所突破，将对整个行业的科技进步和社会发展产生巨大