粉碎機(jī)的原理，是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的錘片，將物料在粉碎室內(nèi)往復(fù)沖擊，使原料逐步粉碎，從篩網(wǎng)漏出。粉碎部分由粉碎室、活動(dòng)錘片、錘片架及篩網(wǎng)等組成。錘片及錘片架數(shù)量多少與功率的消耗有關(guān)，錘片越多，功率消耗越大，生產(chǎn)效率也就相應(yīng)提高。錘片的厚度，按照錘片密度1:2～1:4設(shè)計(jì)（即錘片的累計(jì)厚度與粉碎室寬度之比）。錘片相互間的凈質(zhì)量差，應(yīng)不超過(guò)其自身總質(zhì)量的7 %，否則將影響轉(zhuǎn)盤的平衡，引起機(jī)器振動(dòng)并加速軸承的磨損。
1、結(jié)構(gòu)方案
據(jù)調(diào)查，我國(guó)西南地區(qū)農(nóng)村，許多可作為粗飼料的作物稈莖、藤類，由于沒(méi)有充分使用粉碎加工機(jī)械，大部分被當(dāng)做柴草燒掉，浪費(fèi)很大。因此高效粗飼料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)、制造則應(yīng)運(yùn)而生。具體的設(shè)想方案是：
(1)在傳統(tǒng)的錘片式基礎(chǔ)上，增加一副刀片，能將藤類物料切斷，粉碎同時(shí)進(jìn)行。
(2)采用軸向喂入方法，改善物料粉碎性能。
(3)采用錘片架直接裝風(fēng)葉排粉，減少抽風(fēng)裝置，減小整機(jī)總質(zhì)量。
(4)配套動(dòng)力采用5.5～7.5 kW電動(dòng)機(jī)，減少用戶裝機(jī)投資。
2、主要結(jié)構(gòu)及參數(shù)
該機(jī)的一些主要結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定，參考了美國(guó)飼料制造商協(xié)會(huì)主編的《飼料制造工藝》里的參數(shù)。
2.1 轉(zhuǎn)子工作直徑
配套動(dòng)力在5.5 kW左右的粗飼料粉碎機(jī)，當(dāng)配用動(dòng)力一定時(shí)，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)盤直徑，可增加篩孔面積，即提高生產(chǎn)率。但轉(zhuǎn)盤直徑過(guò)大，成本增加；過(guò)小的話，則生產(chǎn)率降低，還會(huì)影響機(jī)器的動(dòng)平衡及強(qiáng)度。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料介紹，轉(zhuǎn)盤直徑D= 300～600 mm。因此將轉(zhuǎn)盤直徑定為350 mm。
2.2粉碎室寬度B
按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》的介紹，常用D= 300～650 mm，B= 110～500 mm，且D與B的比值為1.3～2.8。根據(jù)本機(jī)的實(shí)際情況，取B =118 mm，篩片面積S= 35×11.8π=1 297 cm2，每kW應(yīng)配備的篩片面積為104—130 CI11
2，7.5 kW所應(yīng)配備篩片面積為975cm
2，S>S7.5 。
而參考文獻(xiàn)[1]的介紹是“每輸入1Hp要有10～12 inch
2的篩片面積，即每kW需配86.48～104 cm
2的篩片面積。且“生產(chǎn)率與篩面開(kāi)孔面積的百分率成正比”，“這一研究結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致制造廠商增大篩面面積”。
本機(jī)所設(shè)計(jì)的篩面面積已大于以上所述的理論數(shù)據(jù)。這也是該機(jī)高效率的因素之一。
2.3 錘片工作密度和錘片數(shù)量
參考文獻(xiàn)[1]報(bào)導(dǎo)，“把錘片厚度從8mm減少到3 mm，生產(chǎn)率和效率會(huì)提高15%”。
但考慮到錘片過(guò)多，產(chǎn)生的環(huán)形氣流大，使飼料顆粒多集中于環(huán)流上，不僅減少打擊機(jī)會(huì)，而且空載功率增大，致使粉碎能力下降；錘片過(guò)少，打擊機(jī)會(huì)減少，也使生產(chǎn)率降低。該機(jī)錘片密度，根據(jù)實(shí)際情況取0.61。
錘片累計(jì)厚度= 0.61B= 0.61×118=71.98 mm。
錘片厚度定為6 mm，故錘片數(shù)量為12片。
2.4 錘片長(zhǎng)度及形狀
錘片長(zhǎng)度對(duì)性能有影響，使用長(zhǎng)錘片，沖擊粉碎性能強(qiáng)。但本身離心力大，空載功率消耗大，性能提高不明顯。錘片的結(jié)構(gòu)形狀，是錘片式粉碎機(jī)的一個(gè)重要因素。磨損通常發(fā)生在端部。故將該機(jī)的錘片設(shè)計(jì)成兩端為階梯型狀，這樣就提高了經(jīng)濟(jì)性。
2．5錘片與篩片間隙
據(jù)試驗(yàn)證明，在錘片與篩片間，有一圈飼料環(huán)繞著，隨著錘片一同旋轉(zhuǎn)。間隙過(guò)小時(shí)，錘片與篩面間的物層較薄，飼料顆粒在篩面上運(yùn)動(dòng)的速度大，不利于排料，產(chǎn)生溫升，會(huì)影響生產(chǎn)率的提高。間隙過(guò)大時(shí)，由于錘片與篩面間的物層太厚，靠近篩面的物料得不到充分粉碎，因此造成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)阻力的增大，也使生產(chǎn)率降低。但間隙大，外緣的飼料顆粒運(yùn)動(dòng)速度慢，則有利于飼料顆粒從篩孔中通過(guò)，從而提高篩孔通過(guò)性能。故錘片與篩面底部間隙定為16 mm。為了讓物料能從間隙大到小，又從小到大，而得到更好的粉碎，兩頭間隙定為25 mm。
2.6錘片工作線速度ｖ
ｖ是設(shè)計(jì)粉碎機(jī)最重要的參數(shù)。在轉(zhuǎn)速不變的情況下，圓周速度（指錘片末端速度）是轉(zhuǎn)子直徑的函數(shù)。圓周速度的大小，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)粉碎機(jī)行業(yè)均有不同的看法。
美國(guó)哈伯德制粉機(jī)械公司的西爾弗認(rèn)為“14 000～15000ft，min(即71.2—76.3 m/s)的圓周速度，已超過(guò)臨界點(diǎn)或經(jīng)濟(jì)點(diǎn)了”。
堪薩斯州立大學(xué)的布龍博士認(rèn)為“錘片末端速度需要12000～15 000 ft/min(即60.96～76.3 m/s)”。
而美國(guó)飼料制造商協(xié)會(huì)的弗里德里奇則報(bào)導(dǎo)了
“對(duì)于飼料原料的粉碎速度為12600～19800ft /nun（即64～100 m/s）”。
目前國(guó)內(nèi)試驗(yàn)認(rèn)為，70. 90 m/s為宜。適當(dāng)提高線速度，使沖擊粉碎能力增強(qiáng)，生產(chǎn)率高；但速度過(guò)高，則空載功率消耗擴(kuò)大，機(jī)器振動(dòng)加劇，粉碎能力反而下降。
考慮到軸承的壽命、機(jī)件的強(qiáng)度以及轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡問(wèn)題，綜合上述各種因素，選用y= 75 m/s則主軸速度為n= 60×1 000×75／（350×π）=4093 r/min。
2.7篩片包角
篩孔的總面積與粉碎室總面積的比值，對(duì)生產(chǎn)率和功率消耗有很大的影響。因?yàn)楹Y孔面積愈大，粉碎物愈能及時(shí)排除，生產(chǎn)率愈高。因此，篩片包角愈大愈好。因該機(jī)采用軸向進(jìn)料形式，故包角設(shè)計(jì)為360°。
2.8錘片排列形式
錘片式粉碎機(jī)錘片排列形式有3種：螺旋線排列、對(duì)稱排列、交錯(cuò)排列。
螺旋線排列的特點(diǎn)是，對(duì)飼料重復(fù)打擊次數(shù)少，生產(chǎn)效率較高，但飼料會(huì)較粗。考慮到該機(jī)屬于高效粗飼料粉碎機(jī)，因此根據(jù)該機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能及用途，選擇了螺旋線排列形式。
3、主要設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1傳動(dòng)計(jì)算
已知條件為：配備動(dòng)力J、r= 5.5—7.5 kW，主軸轉(zhuǎn)速n
1=4 100 r/nun，電機(jī)轉(zhuǎn)速n
2=2900 r/min。計(jì)算結(jié)果如表1所列。
3.2主軸強(qiáng)度校核
3.2.1主軸所受之扭矩電動(dòng)機(jī)軸扭矩
Mn1= 955 000N／n1= 955000×7.5／2900=2469.8 N·cm
三角膠帶傳動(dòng)效率n= 0.94，傳動(dòng)比i=0.71
主軸上所受的扭矩
Mn2= Mn1n i=1648.3N·cm
3.2.2主軸上所受的各種力
(1)三角膠帶傳動(dòng)作用于軸上的壓力Pl，為計(jì)算方便，按受力最大情況，即全部為垂直作用力計(jì)算。
P1=Q=898.84 N。
(2)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后對(duì)軸的作用力P1。
其一為由錘片組及動(dòng)力片允許凈質(zhì)量差5g所引起的離心力
P
錘=G
允差(πn／30)
2R
e=119.82 N。
其二為由轉(zhuǎn)子中心允許偏移量（p= 0.06 mm）引起的不平衡力
P轉(zhuǎn)= Gp(πn／30)
2= 112.82 N.
式中，Gp為轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量10.2 kg。
4、結(jié)束語(yǔ)
該機(jī)型參考了美國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)外以及國(guó)內(nèi)的資料，對(duì)轉(zhuǎn)子工作直徑、錘篩間隙、錘片工作線速度等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，做了重大改進(jìn)。特別是采用了螺旋線形式的錘片排列方案，該機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)位于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。如秸蔓類臺(tái)時(shí)產(chǎn)量(kg／h)為240，（國(guó)標(biāo)為150）；噸料電耗(kW-h／t)為20，（國(guó)標(biāo)為≤40）。達(dá)到國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一等品，填補(bǔ)了我國(guó)粉碎機(jī)行業(yè)的一項(xiàng)空白。
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粉碎機(jī)、破碎機(jī)、木屑切片機(jī)等
