錘式飼料粉碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、錘式飼料粉碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘要：關(guān)鍵詞：粉碎機(jī)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；粗飼料1、 前言1、 優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的和意義2、 存在的問題3、 優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題及解決思路2、 錘式粉碎機(jī)的機(jī)理和能耗1.1粉碎機(jī)理原料從喂料斗進(jìn)入粉碎室 ,受到高速回轉(zhuǎn)錘片的打擊而破裂。錘片粉碎機(jī)的工作過程主要由兩方面構(gòu)成:一是物料受錘片的沖擊作用;二是錘片和物料、篩片(或齒板) 和物料相互間的摩擦作用。對(duì)于谷物等脆性物料 ,主要受沖擊作用而粉碎; 對(duì)于韌性大的物料主要受摩擦作用而粉碎。但是 ,無論何種物料的粉碎 ,都是沖擊、搓擦和摩擦的綜合結(jié)果。1.2粉碎的能耗粉碎機(jī)械一般屬于重負(fù)荷機(jī)械 ,有的食品廠( 例如面粉廠) ,粉碎機(jī)所需

2、能耗占整個(gè)工藝過程能耗的一大半 ,因此研究粉碎過程的能量消耗對(duì)于節(jié)省動(dòng)力和改進(jìn)機(jī)器都有重要意義。粉碎過程消耗的能量與粉碎比有關(guān)。粉碎比用 i 表示 ,i = D0/ Di ,式中 D0 表示物料粉碎前顆粒平均直徑 ,Di 為物料粉碎后顆粒平均直徑。當(dāng)粉碎比相當(dāng)大時(shí) (i > 10) , 粉碎能耗比較符合雷廷智的“面積假說”,即粉碎所需的能耗與物料表面積的增加成正比。所以粉碎所需的功 A = K1Do2(i - 1)1,式中 D0 反映物料在粉碎前的原始表面積 ,K1 則決定于物料的形狀、質(zhì)地、粉碎方法等綜合性因素。在粉碎機(jī)械中 ,粉碎過程都不是理想的 ,其所需要的能量包括有效功、無效功以

3、及機(jī)械傳動(dòng)損耗。由前述公式看 ,粉碎物料所作功與粉碎比有直接關(guān)系 ,因此在任何粉碎機(jī)中 , 都應(yīng)該避免不必要的過度粉碎 ,而要使粉碎后的物料粒度盡可能均勻一致。在食品生產(chǎn)中 ,往往將不同粒度的物料分別加工 ,每次完成較小的粉碎比 ,中間再加以篩分分級(jí) ,避免粉碎比太大使機(jī)器功率過大 , 同時(shí)減少了不必要的重復(fù)粉碎 ,提高制品質(zhì)量。提高錘片式粉碎機(jī)的生產(chǎn)效能的關(guān)鍵之一 ,是提高篩子的篩落能力 ,以克服其排粉效率低于粉碎效率的缺點(diǎn)。其次 ,在結(jié)構(gòu)上 ,要盡可能破壞物料的環(huán)流層 ,使細(xì)粒能及時(shí)地排出 ,避免重復(fù)而無效地過度粉碎。3、傳動(dòng)方案的優(yōu)化4、 錘式粉碎機(jī)參數(shù)選擇的優(yōu)化5、 零件的優(yōu)化錘片的優(yōu)

4、化錘片材料與形式錘片是錘式粉碎機(jī)最主要的工作部件 ,也是易損件。我國(guó)每年錘片耗用鋼材數(shù)萬噸以上。提高錘片的使用壽命具有重要意義。錘片的形狀、尺寸、排列方法、線速度對(duì)粉碎效率有很大的影響。目前世界上有多種形狀的錘片。各種錘片的使用性能比較見表 1 。表 1 各種錘片使用性能比較錘片類型使用性能矩形錘片通用性好 ,形狀簡(jiǎn)單 ,易制造。焊耐磨合金延長(zhǎng)使用壽命 ,制造成本較高。階梯形錘片工作棱角多 ,粉碎效果好 ,但耐磨性差。尖角錘片適于粉碎纖維質(zhì)物料 ,但耐磨性差。環(huán)形錘片只有一個(gè)銷孔 , 工作中自動(dòng)變換工作角 , 因此磨損均勻 ,使用壽命較長(zhǎng) ,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。對(duì)于谷物粉碎 ,選用矩形錘片 ,但常規(guī)

5、錘片材料存在一定缺陷 ,在錘片優(yōu)化設(shè)計(jì)中 ,為克服低碳鋼、中碳鋼和特種鑄鐵的缺點(diǎn) ,考慮在錘片工作棱角堆焊碳化鎢合金 , 對(duì)錘片進(jìn)行表面硬化處理 , 堆層厚 13mm ,見圖 1 的局部放大圖。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果 , 堆焊碳化鎢合金錘片與 65Mn 整體淬火錘片相比較 ,雖然前者的成本比后者高 2 倍多 ,但其使用壽命提高了 78倍。當(dāng)粉碎玉米試驗(yàn)時(shí) ,比通用錘片的使用壽命高6.9 倍 ,耗用鋼材僅為普通錘片的 1/ 7 ,而成本僅高出 1.75 倍 ,加工每噸物料的錘片費(fèi)為普通錘片的 1/ 3 。2. 1. 2 錘片線速度錘片線速度是指轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)錘片末端的線速度 ,其對(duì)粉碎性能影響很大。在錘片線速度

6、優(yōu)化設(shè)計(jì)中 ,應(yīng)考慮不同物料要求的最佳線速度不同 ,應(yīng)從粉碎機(jī)的生產(chǎn)率、電能消耗、產(chǎn)品細(xì)度、振動(dòng)噪聲多方面選擇錘片線速度。據(jù)試驗(yàn) ,當(dāng)使用2.5mm 孔徑篩片時(shí) ,最佳錘片速度為: 高粱 48m/ s ,玉米52m/ s , 小麥 65m/ s , 黑麥 75m/ s , 大麥 88m/ s , 燕麥105m/ s 。因?yàn)楣任锓鬯橹形锪戏N類很多 ,所以粉碎機(jī)應(yīng)配備無級(jí)調(diào)速電機(jī) ,并采用控制箱集中式控制 ,以便于針對(duì)不同物料采取相應(yīng)的線速度。2. 1. 3 錘片與轉(zhuǎn)子的聯(lián)接形式錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá) 3000r/ min 以上 ,錘頭端部受連續(xù)的沖擊力 ,特別是當(dāng)處理的物料塊形大而堅(jiān)硬時(shí) , 受力

7、情況尤其嚴(yán)重。筆者認(rèn)為 ,在食品生產(chǎn)中 ,因?yàn)槲锪项w粒質(zhì)量遠(yuǎn)小于錘片質(zhì)量 ,尤其是谷物 ,多為不太堅(jiān)硬的物料 ,所以不用擔(dān)心錘頭的沖擊載荷對(duì)銷軸和轉(zhuǎn)盤的影響 ,完全可以將錘片設(shè)計(jì)成固定式的。這樣 ,簡(jiǎn)化了磨頭的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系。無論采用哪種聯(lián)接形式 ,都要保證高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子處于較好的平衡狀態(tài) ,因此在制造錘片時(shí)要滿足嚴(yán)格的精度等級(jí) ,同時(shí)在安裝時(shí)也必須注意 ,使轉(zhuǎn)子軸線對(duì)稱方向的錘片質(zhì)量也處于對(duì)稱狀態(tài)。1、 篩網(wǎng)的優(yōu)化篩面是錘式粉碎機(jī)的排料裝置 ,也是主要易損部件之一 ,其形狀和尺寸對(duì)粉碎效能有重大影響。一般設(shè)在轉(zhuǎn)子下半周的位置(底篩) ,為提高排料能力 ,可使篩面占整個(gè)機(jī)膛內(nèi)周面積的 3/ 4

8、 以上(環(huán)篩) ,或安裝于轉(zhuǎn)子的側(cè)面 , 呈平圓形 ( 側(cè)篩) 。側(cè)篩使用壽命長(zhǎng) ,適于加工堅(jiān)硬的物料 ,但換篩不方便。在粉碎加工中 ,考慮到多物料多粒度的要求 ,應(yīng)采用底篩或環(huán)篩。錘式粉碎機(jī)所用的篩片為 11. 5mm 厚的優(yōu)質(zhì)鋼板沖孔制成。篩孔的形狀通常是圓孔或長(zhǎng)孔。篩孔孔徑根據(jù)粒度要求設(shè)計(jì)。一臺(tái)粉碎機(jī)應(yīng)配備幾個(gè)不同孔徑的篩板 ,以便根據(jù)粉碎粒度要求更換。2、 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)3、 喂料裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)目前 ,處理谷物的錘片式粉碎機(jī)的喂料方式多為切向喂入式 ,如圖 1 (a) 所示。在上機(jī)體上安有齒板 ,篩片包角一般為 180°,由于篩片包角較小 ,影響物料的排出 , 故多用

9、于小型加工廠?？紤]到生產(chǎn)量的要求 ,并且由于谷物多為粒狀物料 ,筆者考慮將喂料方式設(shè)計(jì)為徑向頂部喂入 ,如圖1 (b) 所示。這樣設(shè)計(jì)的好處是 沒有反料和架空現(xiàn)象; 整個(gè)機(jī)體左右對(duì)稱 ,轉(zhuǎn)子可以正反轉(zhuǎn)工作。當(dāng)錘片一側(cè)磨損后 ,可改變進(jìn)料口的進(jìn)料導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以改變物料喂料方向 ,同時(shí)改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向 ,不需停車來調(diào)換錘片; 環(huán)形篩面包角大于 300°,有利于出料; 進(jìn)出料口可與外界隔絕 ,進(jìn)料口與自動(dòng)控制給料器連通 ,出料口與輸送機(jī)連通 ,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。這種喂料方式適合于粒狀物料的粉碎 ,能滿足谷物的粉碎要求。4、 閘板的優(yōu)化設(shè)計(jì)5、 粉碎室的優(yōu)化6、 標(biāo)準(zhǔn)件的優(yōu)化1、 軸2、 軸承

10、3、 軸承端蓋4、 軸系零件的定位5、 機(jī)架6、 箱體的優(yōu)化7、 注意事項(xiàng)、維護(hù)和保養(yǎng)錘片式粉碎機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片擊碎物料的一種機(jī)械。如果使用、維護(hù)不當(dāng)，不僅會(huì)嚴(yán)重影響粉碎質(zhì)量，而且會(huì)縮短粉碎機(jī)的使用壽命。7.1 粉碎物要干燥一般要求粉碎時(shí)粗飼料一定要干燥，否則會(huì)堵住篩孔，物料不易被粉碎生產(chǎn)率和度電產(chǎn)量都要降低。7.2 錘篩間隙不能過大或過小錘篩的間隙是指在錘片的端部與其篩片之間的間隙，此間隙實(shí)對(duì)粉碎機(jī)其工作的性能有非常大的影響。當(dāng)錘篩的間隙較大時(shí)，在飼料當(dāng)中比較靠近其篩面的那部分顆粒將不易與其篩片進(jìn)行接觸，因此受到的打擊機(jī)會(huì)也比較少，同時(shí)當(dāng)篩片對(duì)這些顆粒的摩擦也將會(huì)因?yàn)樗俣冉档蛷亩鴾p弱，

11、所以其度電的產(chǎn)量將會(huì)下降，獲得的產(chǎn)品將會(huì)變粗。當(dāng)間隙較大，到達(dá)一定的程度時(shí)，其篩面上大部分飼料顆粒的運(yùn)動(dòng)也將會(huì)變慢，從而會(huì)導(dǎo)致篩孔的堵塞，最終使生產(chǎn)的效率下降更快。若錘篩的間隙太小，則會(huì)使外圈的飼料受的打擊機(jī)會(huì)增多，在其篩面上大部分的飼料運(yùn)動(dòng)將會(huì)提高，會(huì)使得其不易通過篩孔，而且會(huì)增大粉碎的摩擦作用，飼料因此會(huì)粉碎得非常細(xì)，粉將更加不易排出，從而浪費(fèi)電機(jī)動(dòng)力，也將導(dǎo)致度電的產(chǎn)量下降，而且成品也顯過細(xì)。7.3 選用較大篩孔直徑的篩片篩孔直徑對(duì)粉碎機(jī)度電產(chǎn)量的影響非常顯著，同時(shí)也直接影響被粉碎粗飼料的細(xì)碎率(粗飼料顆粒的平均直徑)。粗飼料細(xì)碎度M=(0.250.33)d。篩孔直徑越大，度電產(chǎn)量越高，

12、但粉碎的物料越粗。因此，在滿足粉碎要求的前提下，應(yīng)盡量選用較大孔直徑的篩片。7.4 注意機(jī)器是否平衡粉碎機(jī)是在工作時(shí)是高速旋轉(zhuǎn)的，在產(chǎn)品試驗(yàn)階段都需要進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)平衡實(shí)驗(yàn)來檢查。在經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)使用以后，其錘片的棱角磨損到只有錘片的寬度12的時(shí)候，則進(jìn)行換邊或者是調(diào)頭繼續(xù)在原來位置進(jìn)行。在需更跟換新的錘片時(shí)，則要在一次稱配組，并且保證每一組的質(zhì)量差不不會(huì)超過5g，避免產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲從而影響到整個(gè)粉碎機(jī)的平衡。7.5 試機(jī)粉碎機(jī)安裝后，在投產(chǎn)之前，必須對(duì)機(jī)器進(jìn)行全面的檢查，檢查內(nèi)容如下：1) 安全裝置是否配套，完善、可靠。2) 各個(gè)連接部分的可靠，機(jī)器安裝在基礎(chǔ)或機(jī)架上是否牢固。各緊固螺栓是否有

13、松動(dòng)或脫落現(xiàn)象。3) 打開機(jī)蓋撿查粉碎室內(nèi)有無雜物，轉(zhuǎn)子上各零部件是否完好，開口銷是否脫落或損壞。若沒有什么問題，可放下機(jī)蓋，旋緊六角把手，使機(jī)蓋壓緊在機(jī)座上，再用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸皮帶輪，轉(zhuǎn)子應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，不得有異常的碰擊聲。4) 檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)。如果各方面都符臺(tái)要求，就可以開機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)1h，應(yīng)檢查軸承溫升和各部位零件是否異常，軸承的溫升不得超過35攝氏度。一般都能使用普通的溫度計(jì)放入黃油杯里面來通過檢查（溫度計(jì)所測(cè)得的溫度去除室溫便就是溫升值），各個(gè)部位都能符合其要求，便能投入生產(chǎn)。新的機(jī)器在首次使用的時(shí)候，都應(yīng)該先加工干草或者是谷殼等粗纖維作物，可以用來清理機(jī)器內(nèi)部的油污，鐵銹等。7.6 操作1) 加工必須使用干燥的物料（對(duì)于粗飼料含水量15%），不然容易堵賽篩孔，影響到了生產(chǎn)的效率。在物料加工前，都必須先把物料中石子或者其他的硬物清除掉，避免損害到機(jī)器。2) 機(jī)器開動(dòng)后，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，方可喂料。喂料時(shí)，應(yīng)由少到多，逐步增加到額定負(fù)荷。同時(shí)，喂料必須均勻連續(xù)，不要時(shí)多時(shí)少，并應(yīng)經(jīng)常注意機(jī)器的負(fù)荷情況，若發(fā)現(xiàn)超負(fù)荷轉(zhuǎn)速下降，應(yīng)停止喂料，等轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，再繼續(xù)喂料。3)