锤片式粉碎机的设计研究

■何仁财 况杰华 吴兆胜 万筱军 易烈运

（江西省农业机械研究所，江西南昌330044）

饲料加工设备是把物料由进料口开始经过不同工序最后在打包口接收饲料，在这一系列工序中，物料粉碎是其中重要环节之一，物料粉碎是将电能转化为机械能从而克服物料内部凝聚力将大块物料破碎成小块形状，饲料加工设备中粉碎机消耗的功率约占整套设备总功率的30%～60%，由于粉碎过程中物料与锤片、筛片发生剧烈的相互冲击碰撞及搓擦作用并形成环流层，在设计研究产品需要考虑锤片磨损、冲击碰撞及结合力学原理进行分析，本文结合实践与前人工作研究的基础上进行阐述粉碎机的设计过程，对其结构和性能进行试验研究，进一步加深理论基础的学习研究，提高设计水平及粉碎效率。

1 粉碎机工作原理及整体结构

粉碎机是依靠机械力将落入锤片与筛片之间间隙做紊流运动的物料在粉碎室内进行反复的高速碰撞及击碎，使得物料在形状上由大变小，小块物料穿过筛片上的筛孔漏出料及排料[1-2]，通过调研及查阅国内外锤片式粉碎机的文献及研究机理，发现各生产单位制造的粉碎机形状结构大同小异，但其工作原理基本相同，做成的粉碎机实物如图1所示，其主要由电机、底座、进料导向机构、转子锤片组件、机壳机体、传动轴承等组成，其部件组成如图2所示。由于锤片式粉碎机机理涉及到机械动力学、流体力学、摩擦学、噪声、振动及筛分技术等多学科的交叉，国内外许多学者对其进行研究分析，所以对粉碎机机理及形状进入进一步研究非常有意义及具有一定的创新性。

2 转子组件及锤片的研究

2.1 转子组件组成

转子组件与锤片是旋转传动部件之一，也是粉碎机的核心部件，其与筛片构成粉碎室将物料击碎筛分，锤片在工作高速旋转过程中受到磨损，转子组件在工作过程中产生振动，发出噪声等，然而转子组件主要由主轴、锤刀板、主轴隔套、带孔隔套及锤片等组成，其如图3所示，其中锤刀板钻几个小孔是为泄压，使得整个粉碎室压强平衡。

图1 粉碎机实物照片

图2 粉碎机部件组成

图3 转子组件

2.2 锤片的研究

转子组件是通过联轴器与电机联接进行高速旋转，旋转过程中与物料相互碰撞，击碎物料，所以锤片也是磨损工件之一，应具有一定的强度、硬度及耐磨性，因此锤片的结构、材料及布置方式影响粉碎效率，因此锤片一般需要进行热处理，增加锤片的耐磨及强度，除了强度和耐磨性等之外，锤片的排列方式也是影响粉碎机效率的因素，在设计实际应用中常有螺旋线排列、对称排列、交错排列及对称交错排列4种排列方式[4]，本文采用螺旋线排列方式，其如图4所示，主要是因为在进料口安装有进料导向机构，其可调节进料向左向右的方向，从而使得物料在旋转过程中可往复运动，使得物料粉碎充分，又保证锤片两边可用，增加锤片的使用时间。

图4 锤片的排列方式[4]

2.3 动平衡试验

为了减少粉碎机的振动，提高粉碎机质量，转子组件在与电机联轴器安装前应进行动平衡试验，通过加重与去重法修正转动平衡，防止其高速旋转产生惯性力，降低系统振动，减少轴承等部件的损坏，动平衡试验按《ISO1940平衡等级》标准执行，动平衡试验平台装置如图5所示。

图5 动平衡试验机

3 筛片的分析及选择

筛片是粉碎机中易损件之一，其控制粉碎产品的粒度，筛片由压紧窗固定在机体上且成一定的形状并构成封闭的粉碎室，使得粉碎后的物料从筛孔中筛出，从而达到粉碎要求，筛片的筛孔大小是控制粉碎后物料粒度大小，即粉碎粒度决定筛片的孔径，加上筛片经操作门压紧窗（见图6）（弹性压筛机构）紧固后会构成一定包角的粉碎室。

图6 操作门压紧窗

4 整机性能测试结构分析

本文在借鉴前人及查阅文献对SFSP56×40型粉碎机整体进行设计研究，在设计计算的基础上通过查阅资料得出了SFSP56×40型粉碎机主要技术参数如表1所示。为了提高设计水平及粉碎效率，本文在以下几方面进行结构设计阐述。

表1 SFSP56×40型粉碎机主要技术参数

①在粉碎过程中主要是高速旋转的锤片撞击粉碎和物料由于惯性力作用与筛板产生摩擦粉碎[5]，因此在设计锤片排列时采用螺旋线排列，目的是增加碰撞的机会，提高粉碎效率；

②锤片及进料导向机构，锤片的结构很普通，主要是因为在设计时采用进料导向机构可改变物料进口向左右的方向，可重复利用锤片碰撞刀刃两端，增加锤片的工作时间；

③通过改进粉碎腔结构即在粉碎腔底部连接处进行去除改成沟槽平滑过渡以破坏环流层，如图7所示，粉碎腔在操作门压紧窗的作用下及沟槽处平滑过渡形成水滴式结构，使得粉碎后的小物料先排出，避免重复粉碎。

图7 粉碎机破坏环流层的剖视图

5 对锤片式粉碎机性能研究的展望及探讨

锤片式粉碎机主要是通过电能转化成机械能击碎物料，破坏物料的内聚力，把大块物料破碎成小块物料，在粉碎室内被粉碎的小块物料穿过筛孔排出[1-4]，粉碎过程中粉碎腔中的环流层存在流体力学流场的变化、碰撞筛分及在整机工作过程中振动、摩擦力学和噪声等学科的交叉，这些交叉学科的理解研究有助于进一步对粉碎机筛分机理和规律的认识和探讨，从而提高设计创新水平改善粉碎机性能，提高生产效率、能源利用率及改进产品质量。

6 结论

通过借鉴前人的经验设计锤片式粉碎机，在设计的同时查阅相关文献了解粉碎机工作机理及相关学科的交叉。本文从粉碎机的结构进行设计，阐述转子组件的构造和动平衡试验，根据进料导向机构确定锤片的排列方式，筛片的成型条件及破坏环流层，从而使得粉碎机机理可以进一步的研究指明理论路线。