生产有机肥用SPJ800型链式破碎机的设计

齐自成，高 亮，李福欣，韩梦龙

（山东省农业机械科学研究院，山东 济南 250100）

生产有机肥用SPJ800型链式破碎机的设计

齐自成，高 亮，李福欣，韩梦龙

（山东省农业机械科学研究院，山东 济南 250100）

农业有机废弃物是非常好的有机质资源，通过发酵工艺可以变废为宝，生产沼气、液体肥料、固体有机肥料等，实现农业废弃物的能源化和肥料化利用。链式破碎机是有机肥生产中常用的破碎设备，也应用于化工、建材、矿山等行业。利用SolidWorks软件辅助设计了一种链式破碎机，具有结构简单、造价低、破碎效果好的优点，同时克服了现有链式破碎机链体耐磨性差、耐腐蚀性差、寿命短的缺点，该机生产成本低、维护费用低，为农业废弃物资源的利用提供了一种破碎设备。

农业废弃物；链式破碎机；有机肥；肥料化利用

引言

冲击式破碎机可分为锤式破碎机和反击式破碎机，根据其安装形式又可分为立式和卧式两种结构形式，立式破碎机为单转子，卧式破碎机为双转子[1-2]。SPJ800型链式破碎机属于立式单转子锤式破碎机，主要应用在有机肥和复混肥的生产过程中。农业有机废弃物经过厌氧发酵或有氧发酵后制作有机肥，发酵腐熟物料成团状，需要破碎和烘干以降低水分，从而生产颗粒或粉末状有机肥料，链式破碎机对发酵物料的破碎效果非常好，这也是SPJ800型链式破碎机的设计初衷。

锤式破碎机是1895年由M.F.Bedmson发明的，是一种以冲击形式破碎物料的设备，适合对中硬和软物料进行中、细破碎[3]。其优点是生产率高、结构简单、维修方便、破碎比大、能耗低、产品粒度均匀、过破碎现象少；缺点是锤头、转子盘、衬板磨损较快，在破碎较硬的物料时磨损更快，当破碎物料含水率超过12%或者含有粘性物料时，会出现堵塞，加剧锤头破损并降低生产率，增加了能耗[4]。国外锤式破碎机发展较早，理论研究也比较完善，其中美国、日本、德国和芬兰的锤式破碎机，已经较好解决了破碎腔内旋风对物料阻碍、破碎腔堵塞、低破碎比和高耗能等问题[5]。我国在1976年颁发了单转子锤式破碎机标准，目前国内产品与国外先进水平相比，在材料选用和设备使用寿命上还有一定差距[6]。

1.结构及工作原理

SPJ800链式破碎机由转子、破碎腔、传动机构和机架组成，其中，转子是破碎机的主要工作部件，如图1所示。

图1 SPJ800链式破碎机结构示意图Fig.1 Schematic diagram of SPJ800 chain crusher

链式破碎机传动机构主要由电动机、联轴器、主轴、带座轴承组成，主轴上端通过联轴器和电动机轴直接连接，主轴下端连接带座轴承；转子由转子盘和破碎环链组成，转子盘焊接在主轴上，破碎环链铰接在转子盘上；破碎腔由外壁和内衬两部分组成，入料口在破碎腔上方，出料口在破碎腔下方；转子和传动机构安装在破碎腔内部，破碎腔固定在机架上。

链式破碎机工作时，物料由入料口进入破碎腔，转子在电机的带动下高速旋转，在高速离心力的作用下，铰接在转子盘上的环链也跟着高速旋转，物料在破碎腔内受到环链的冲击作用而破碎，破碎后的物料以很高的速度向破碎腔内衬板冲击引起二次破碎[7]。垂直方向上，错落布置了三层环链，物料经过多次冲击破碎后，达到细度要求，从下方的出料口排出。整机性能参数见表1。

表1 性能参数Tab.1 performance parameters

2.关键零部件的设计

2.1 转子的设计

转子是链式破碎机的核心部件，环链是易损件，其结构设计和材质选用，对破碎机的使用寿命和维护成本具有重要作用。转子结构如图1所示，主轴垂直方向上布置了3个转子盘，每个转子盘上沿圆周方向均匀布置了4条环链，每条环链除了铰接环共8节，上、下层之间的环链交错布置，夹角45°，环链水平布置结构见图2。

图2 环链水平布置结构示意图Fig.2 Schematic diagram of horizontal arrangement of chain

高速磨损及物料对链体的腐蚀，是造成环链损耗的主要原因。在环链的选材上，链体采用25Mn的低碳渗碳钢制作，并在链体上堆焊一层碳化物层，优先选用碳化物或者碳化铬材料，破碎链链体采用碳钢，保证了破碎链的韧性和强度，堆焊在链体外的碳化物层具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，不易被肥料中的氯离子腐蚀生锈[8-9]，从而延长破碎链使用寿命，减少了维修和更换成本。

2.2 传动机构和破碎腔的设计

电动机通过螺栓固定在破碎腔顶部平板上，电机输出轴和主轴通过联轴器直连，主轴下端与固定在机架上的带座轴承（F208）连接。

入料口在破碎腔上方，进料口可以增加一台悬挂式永磁铁，将物料中的废旧金属物质吸出，减轻了因金属材料进入破碎腔对环链造成的损坏。在破碎腔筒体内壁镶上5毫米厚的304不锈钢板，不锈钢板较光滑，物料不易粘壁，便于清理，物料经破碎后可迅速滑落，降低物料粘结破碎腔内壁的机率，减少了破碎机的堵塞频率，提高了生产效率。出料口在破碎腔正下方，可加装筛网装置，满足细度要求可以下料，不满足细度要求的物料再次被送入破碎腔进行破碎，实现连续化生产。

3.三维设计和建模

利用SolidWorks软件创建链式破碎机各零部件三维模型，在装配体中组装成整机模型。利用软件评估工具检测装配体各零部件的间隙和干涉情况，利用SolidWorks Motion模块对装配体进行精确模拟和运动单元的分析，利用SolidWorks Simulation模块对环链、转子盘关键零件进行强度分析[10]，以此来检验整机装配情况，根据得到的数据，改进零部件的设计参数，从而优化提高各零部件设计性能。整机三维模型见图3。

图3 链式破碎机三维模型Fig.3 Three dimensional model of chain crusher

4.结轮

随着国家对农业“三控一减”政策的出台，以及对农业废弃物、畜禽养殖废弃物无害化利用的重视力度不断加大，链式破碎机作为发酵有机肥生产过程中的常用设备，必定具有广阔的发展前景。

国内链式破碎机技术水平与国外先进技术水平相比还有一定差距。应加强结构设计和强度设计研究，采用高水平设计手段，利用仿真分析和生产实验相结合的方法，优化设计参数，提高国产链式破碎机的技术水平。

[1]郎宝贤、郎世平等.《破碎机》[M].北京：冶金工业出版社，2008.11.

[2]破碎粉磨机械编写组.破碎粉磨机械[M].北京:机械工业出版社.

[3]GeralKaufe.Barmac VI-series VSI Crusher[J].Manufacturers，Montyly，2004(4):57-59.

[4]母福生.破碎理论的研究现状及发展要求[J].硫磷设计与粉体工程，2006(4):20-23.

[5]郎宝贤、郎世平.国内外破碎机的差距与发展趋势[J].矿山机械，2004(9):71-74.

[6]李本仁.我国破碎机械走向国际市场的探讨 [J].矿山机械，2004(9):74-75.

[7]张进.山特维克Merlin-VSI立轴冲击式破碎机[J].工程机械，2004(11):21-23.

[8]王书刚、牛素范.破碎机的选型和配置分析[J].科技创新与应用，2012(5):16-20.

[9]高强、张建华.破碎理论及破碎机的研究现状与展望[J].机械设计，2009(10):72-75.

[10]詹迪维.SolidWorks高级应用教程2008中文版[M].北京：机械工业出版社，2009.

Design of SPJ800 Type Chain Crusher for Producing Organic Fertilizer

QI Zicheng，GAO Liang，LI Fuxin，HAN Menglong
（Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences，Jinan Shandong 250100）

Agricultural organic waste is a very good organic matter resources,through the fermentation process can turn waste into treasure,the production of methane,liquid fertilizer,solid organic fertilizer,realizing the energy utilization and fertilizer utilization of agricultural wastes.Chain crusher is commonly used in the production of organic fertilizer crushing equipment,also used in chemical,building materials,mining and other industries.The advantages of simple structure,low cost and good crushing effect are overcome with the shortcomings of poor wear resistance,poor corrosion resistance and short life of the existing chain-type crusher chain.In addition,the chain crusher is designed with the help of SolidWorks.The machine has low production cost and low maintenance cost,and provides a crushing equipment for the utilization of agricultural waste resources.

agriculturalwastes；chain crusher；organic fertilizer；fertilizer utilization

TH122 文献标识码：A 文章编号：2095-7327（2017）-05-0028-03

齐自成（1967-），男，山东济南人，山东省农业机械科学研究院研究员，研究方向：农业机械化、畜牧养殖机械和农业废弃物综合利用技术。

十三五国家重点研发计划(编号：2016YFD0800604)。

编辑：董刚