锤片式粉碎机性能影响因素分析*

何仁财，吴兆胜

（江西省农业机械研究所，南昌 330044）

饲料加工中的粉碎工序影响饲料的品质及营养价值、动物消化吸收率及后续加工设备与产品质量、生产率与经济价值，而锤片式粉碎机由于结构简单，工作可靠，通用性强而被广泛应用于该工序中，是饲料生产过程中能耗较大设备之一，其使用得好坏直接影响饲料的混合均匀度、加工成本与饲料品质。锤片粉碎机工作过程是被粉碎物料经进料口，分轴向与径向紊流混合进入高速旋转的锤片粉碎腔中，在锤片高速旋转下，粉碎腔中的粒料与锤片、粒料与筛片、粒料之间互相撞击和摩擦等作用，使得原料逐渐粉碎，物料被粉碎到一定粒度时就穿过粉碎腔外围筛孔由排料装置排出。本研究从粉碎机机构原理、筛分机理及辅助风网优化设计等方面研究，分析粉碎机粉碎腔物料的运动规律，改善粉碎性能，提高物料出筛能力，避免物料过度粉碎。

1 粉碎机机构设计分析

锤片式粉碎机粉碎系统主要由叶轮喂料器、粉碎机、风网机构及输送机构组成，如图1所示，粉碎系统中，最重要且能耗最大的是粉碎机，而粉碎腔是粉碎机的心脏，粉碎腔是由旋转转子、锤片与筛板等组成，如图2所示，粉碎过程中，粒料从进料口进入粉碎腔经撞击粉碎与摩擦粉碎后，符合粒度要求的物料穿过筛孔排出，未能通过的物料继续在粉碎腔中被打击、碰撞，直到粒度符合筛孔要求而排出。在设计粉碎系统时，如何防止物料过度粉碎、料温升高及耗能过大等问题？下面从几个方面去分析。

图1 粉碎系统组成图

图2 粉碎机组成图

1.1 “环流层”的破坏

粉碎过程中，物料在高速旋转的转子带动下，粉碎腔内部会产生风压，而物料运动方向与物料出筛孔方向基本垂直，且受旋转离心力作用，物料粉碎过程中分成内外层，内层粒度小，外层粒度相对较大，因此造成大颗粒在外层而无法通过筛孔，小颗粒在内层运动无法通过筛孔，当粉碎物料不能及时排料会产生内松外紧的分布状态、粉碎不均匀及粉碎效率低等问题，因此在设计时就需要改变机构来破坏物料与气流的“环流层”，使得物料反弹，反复与锤片接触碰撞，自主满足出筛条件而提高物料的过筛量，防止过度粉碎，目前国内常用破坏粉碎腔内“物料—气体”环流层的方法是在粉碎机底部 “开沟槽”、采用异型筛或改变粉碎腔形状，使粉碎腔内物料与气体形成紊流状态，促进被粉碎物料从筛孔及时排出，粉碎机外形如图3所示。

图3 “沟槽”破坏环流层

1.2 改变机构提高筛孔出筛率

物料被粉碎到一定粒度后需要从粉碎腔外围的筛孔排出粉碎腔，因此粉碎粒度及出筛率是影响粉碎机效率的重要参数，合适的粉碎粒度越是及时排出则粉碎效率越高。粉碎过程中，由于在粉碎腔中产生“环流层”，被粉碎物料在粉碎腔中形成“内小外大、内松外紧”状态分布，且在环流层的影响下，物料运动方向与筛孔方向垂直，所以在设计粉碎机筛框机构时，在破坏环流层的基础上，通过设计增加筛框震动机构，使得筛片震动及工作过程中不断自动改变锤筛间隙及使附着在筛片上的大颗粒物料跳动，破坏环流层产生紊流状态，进而增加了大颗粒物料与锤片碰撞概率，同时可以提高其它被粉碎的小颗粒物料与筛孔接触及筛出的机会，进而提高粉碎机透筛效率，如图4所示。这种震动筛框粉碎机可以解决筛孔堵住不出料问题，尤其是物料水分高时，处理方案是关闭粉碎机上面的叶轮喂料器 （阻止进料），粉碎机会自动缓解堵塞筛孔问题。

图4 震动筛框粉碎机

1.3 辅助风网系统研究

辅助风网系统功能是“通风为主，吸尘为辅”，主要是因为粉碎机工作过程中，锤片高速旋转使其内部产生负压，而辅助风网系统主要功能是减小粉碎腔周围的压力，使粉碎腔内外压力平衡物料易筛出筛孔，还有就是物料本身含有一定的水分及在粉碎过程中反复多次撞击粉碎会产生热量，辅助风网系统的作用就是在工作过程中对粉碎腔及其内的物料降温与除湿，因此优化设计辅助风网系统对提高过筛率的作用较大，同时也可以减少不必要的能耗。

2 研究展望及下一步粉碎机关键技术研究

粉碎是通过连续多次分形而达到的粒度，是“看”不到，“画”不出，只能靠思维去把握，目前国内外粉碎机技术较成熟，但粉碎粒度、效率与每度电产量、噪声与震动及筛分机理等问题还有待进一步研究，课题需进一步研究探讨方向是：

（1）通过理论、实验与生产应用实践研究分析“环流层”及筛片筛分机理，研究相同孔径下影响透筛因素。

（2）通过改进优化粉碎腔与筛片形状结构，研究破坏“环流层”的机理及物料运动规律。

（3）研究锤片的结构及材料性能。