椰壳粉碎机的研制

2013-09-11孙忠张燕梁栋

食品与机械 2013年3期

孙忠张燕梁栋

（海南大学机电工程学院，海南海口 570228）

海南岛享有“椰岛”的美誉［1］，椰子产量占中国总量的99%以上［2］。椰子是典型的热带木本油料作物和食品能源作物，用途十分广泛，综合利用经济价值极高，椰肉可食，亦可榨油；椰子水（胚乳）可为饮料等，椰壳可以制成优质活性炭［3］。然而海南椰子产业发展还相对落后，对于椰子的综合利用率还很低［4］。其中没有一个良好的椰壳的粉碎办法是阻碍椰子产业发展的障碍之一。若想获得椰衣内的营养物质及椰壳，椰壳的粉碎工作是必不可缺少的程序。但是椰子壳质地极其坚硬，冷热不变形很难实现粉碎。目前普遍采取的传统的方法是用刀具人工进行粉碎，该方法耗费大量人力物力且效率很低效果不佳。为此本项目研究需设计一套机械装置以实现自动有效地将椰壳粉碎的目的。

1 研究目的

椰壳粉碎机的实现可有效解决劳动力不足、降低工人劳动强度、提高工人劳动舒适性和安全性、简化椰壳粉碎工作程序、降低椰壳粉碎成本、提高劳动生产率、椰壳粉碎后可获得椰子的其他产物进而提高了椰子的综合利用率，实现经济效益的最大化。

2 国内外粉碎机的发展历程

粉碎机是将大尺寸的固体原料粉碎至要求尺寸的机械。粉碎机由粗碎、细碎、风力输送等装置组成，以高速撞击的形式达到粉碎的目的。中国粉碎设备主要应用于矿山、建材、饲料、药材、秸杆等多种行业之中。市场上粉碎机种类大体分为齿式粉碎机、锤式粉碎机、刀式粉碎机、涡轮式粉碎机、气流粉碎机、低温粉碎机、超微粉碎机［5］等。

齿爪式粉碎机常用于饲料、医药、食品等各种行业中原料的粉碎。机型从最小9FZ160型（1.1kW）到大型的ZY－6型（110kW）均有生产。中国常用称呼“齿爪式粉碎机”，又叫“万能粉碎机”，起源于日本，是奈良自由于1924年研制成功的。所以日本的齿爪式粉碎机都以“自由式粉碎机”为名称。中国消化吸收“齿爪式粉碎机”技术之后，开始研制出9FZ系列齿爪式粉碎机，大量使用于饲料行业的中、小规模高细度粉碎［6］。

中国锤片式粉碎机于20世纪50年代开始研制，当时动力都是在13kW以下的小型锤片是粉碎机。1980年商业部无锡粮食科研设计所研究设计制造了FSP112×30型锤片是粉碎机（55～75kW），填补了中国40kW以上粉碎机的空白。目前中国粉碎机的动力已达到上百千瓦，性能和水平已达到了较先进的水平［7］。

上海市药材有限公司中药机械厂的孙德平［8］设计研发了立轴刀式粉碎机，它集粉碎和分级于一体，结构紧凑简单，弥补了卧式粉碎机无轴向动力进而粉碎不彻底的缺点。

浙江丰利粉碎设备有限公司向市场推出一款最新型国家专利产品——WDJ系列的涡轮式粉碎机。该粉碎机是应用高速旋转涡轮和装在筛网上的磨块结构相互作用，工艺方面上使用迷宫式密封措施，从而使设备具有产量较高、噪声小、能耗低、无污染、颗粒度细、运动平稳、紧凑的结构、机械密封性好等特点［9］。

上海化工机械三厂从1982年起开始研制气流粉碎机，目前已有圆盘式、靶式、循环管式3种机型［10］。

伊启平［11］设计一款上下两个磨盘组合的磨盘磨，分析磨盘磨工作原理，用材料学的知识解析了机器对粉碎物料的作用。其粉碎机为LDG－500型，磨轮直径D ＝500mm，电机功率15kW，主轴转速为1 200r／min，生产能力150～800kg／h，入料粒度≤15mm，产品粒度10～500目。

张翼飞等［12］研究立轴分级粉碎机即可避免物料过粉碎，而且产品粉碎粒径也可调节。张永林［13］设计了一新型立式微粉碎机，机型为SFL43。其主要是针对食品物料共同的热敏性特点。也达到一定的细度、粒度分布及纯度，使其可替代高价气流式粉碎机。微粉碎机有悬辊磨、球磨机、气流式粉碎机、胶体磨、冲击式微粉碎机［14］。

德国Erema公司的双盘切割系统突破了通常Erema使用单盘底部切割、捣碎装置在进入挤出设备前切割、混合和压缩薄膜的技术限制。新型的双盘系统中的一个盘安装在另一个之上，第一个盘用于对不符合要求的原料进行粗加工。双盘系统可以接受未经过精加工的原料，并且运行得更加顺畅。Erema公司说在处理PE薄膜时，可以提升15%的产量。

奥地利的 NGR Next Generation Recycling Maschinen公司的粉碎／挤出设备配有新的165mm直径模具，当生产全尺寸产品时，即使是非常坚硬的OPP纤维，它的产量也可以达到1 500kg／h。

瑞典的Rapid Granulator AB公司开发出专为粉碎塑料设计单轴粉碎机。粉碎机一般用于木料和市政废物的粉碎。Rapid的新型粉碎机在一个轴的不同深度放置了27个成人字形排列的刀片，而传统的木头粉碎机只在同一深度十字交叉放置刀片。这个新机器拥有560，1 100，1 650mm 3种宽度的进料口，更加有效的切割几何学使得电机的功率只有22kW。

德国的Weima Maschinenbau公司研制开发了新型快速换筛四轴ZM粉碎机。以前，筛子是栓死的，需要花很长的时间更换，而新型的ZMK－X快速转换型的筛子固定在一个很容易栓紧的部件上。这样，可以把筛子轻松的滑进粉碎釜中，在更换时，只要拉出就可以了。ZMK－X型粉碎机有15kW和30kW两种机型，可以用于粉碎大型部件，如缓冲器等。

3 椰子壳粉碎机的原理及主要结构功能

3.1 粉碎机的原理

基本结构：椰子壳粉碎机结构简图见图1，由进料斗、双子滚齿、粗筛网、细筛网、转子、电机、机架等组成。该机结构简单、重量轻、成本低、传动路线短、安装调整方便、噪声小、操作容易、占地面积小等特点。粉碎率也在90%以上。

在生产应用中，机械运动时平稳、震动较小，活动方便，效率也较高。

工作原理：把椰子壳放入进料斗1，椰壳由自身重力下落至双子滚齿间8，滚齿转动把椰壳挤压粉碎，粗壳片在滚齿与粗筛网2相互作用下沿着滚齿旋转方向向上重新进入双子滚齿间继续碾压，细壳片通过粗筛网下落至转子3间，转子转动把细壳片研磨粉碎。粗粉末不能通过细筛网孔4，从粗粉末出口6落入物料筐中，再把粗粉末倒入进料斗重新研磨。或在粗粉末出口处安装传送带，直接由传送带自动输送到进料斗重新粉碎。细粉末通过细筛网孔从细粉末口5处流出。如图2所示。

在椰壳粉碎的过程中，椰壳经过滚齿挤压后，能通过粗筛网的壳片最大线度不大于10mm，再通过转子二次研磨，最细能达到300目，60目以上的粉末才能透过细筛网。

图1 椰子壳粉碎机简图Figure 1 Coconut shell pulverizer’s diagram

图2 椰子壳粉碎机工作流程图Figure 2 Coconut shell pulverizer’s work flow chart

3.2 主要结构

双子滚齿：如图3所示，表面齿形与普通的滚齿有所不同，该表面的齿为锥体，就像是钉子一样。这种锥形齿碾压椰壳时减轻设备的运转负荷，使设备不易被卡死，粉碎效率提高，粉碎质量更好，而且产生的噪声较小。该滚齿的直径为850mm，用37kW的电机带动，转速为1 800r／min。

转子：表面光滑且经过热处理比较耐磨。当椰壳片掉入双转子间，两个圆柱相互转动挤压使椰壳研磨粉碎。如图4所示。该转子直径为500mm，使用22kW的电机带动，转速为3 000r／min。

图3 椰子壳粉碎机双子滚齿Figure 3 Twin roll teeth of coconut shell pulverizer

图4 椰子壳粉碎机双子转子Figure 4 Twin rotor of Coconut shell pulverizer

4 结论

本项目基于海南椰子壳破碎的需求，提出了一种新型破碎机的设计，其中着重介绍了椰子壳的破碎原理、主要结构和破碎流程的设计。从椰子壳投料到破碎，整个过程可实现自动化控制，大大减少了劳动力，极大地降低生产成本，使椰子加工的产业化、自动化程度加大，为活性炭产业提供了良好的原材料，带动椰子产业的规模化生产，进而促进整个椰子的种植生产和椰子食品的扩展。

1 秦呈迎，程文静，牛聪，等.国际旅游岛建设环境下海南椰子产业发展的建议［J］.热带农业科学，2010，30（10）：70～73.

2 孙程旭，陈华，刘立云，等.椰子副产物的应用与发展［J］.中国热带农业，2011（38）：45～47.

3 潘永刚.椰子的综合利用与加工技术［J］.食品与机械，1997（6）：21～22.

4 郑淑娟.中国椰子产业发展分析［J］.热带农业工程，2009，33（6）：32～34.

5 李亚莎，瞿晓华.超微粉碎设备的发展状况［J］.矿山机械，2004（10）：21～25.

6 戴林坤，曹念正.齿爪式粉碎机及在水产饲料行业中的应用［J］.饲料工业，2010，31（17）：1～6.

7 梁春鸿.锤片式粉碎机的演变与发展［J］.科技视野，2003（14）：22～23.

8 孙德平.药用粉碎机械—立轴刀式粉碎机的工作原理及设计［J］.机电信息，2003（24）：53～55.

9 WDJ涡轮式粉碎机投放市场［J］.化工科技市场，2004（6）：1.

10 高春晖.气流粉碎机原理、特点及工业应用［J］.化工矿山技术，1993（5）：38～41.

11 孙成林，连钦明，王清发.中国超细粉碎机械研发现状［J］.中国非金属矿工业导刊，2007（3）：46～49.

12 张翼飞，吴铁铭.立轴分级式粉碎机分级临界粒径的研究［J］.食品与机械，1999（5）：40～41.