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粉碎机锤片的研究


锤片式粉碎机,由于其结构简单,被广泛采用。它是饲料厂电耗较高的机械,一般占粉料生产总能量的2/3,占颗粒料生产总能量的1/3多。因而如何使它增效节能,是饲料机械中的重要研究课题。不少人为此付出了大量的心血,推导了不少公式,做了不少实验。锤片是粉碎机中的核心工作部件,饲料粉碎全靠它。它对粉碎机效率影响最大,因而人们对锤片也做过专题研究。

一、粉碎机锤片研究的现状

  饲料在粉碎机中的粉碎过程究竟是怎样的?西德科学影片研究所为此拍摄了一部影片。他们是采取每秒7500幅/s画面的拍摄速度,0.00001s的曝光时间拍摄的。从影片的单幅画面上,可以清楚地看出一粒玉米在粉碎室内被粉碎的全过程。从这部影片得出的结论是:玉米受到正面冲击时只需要很少的能量即能碎裂;但是受到偏心冲击时,需要大得多的能量才能碎裂。而玉米粒在粉碎室内绝大多数都是属于偏心冲击,那就必然要浪费很多能量。这就是粉碎机对能量利用不高的原因。这就是说,要提高粉碎机效率,必须提高正面冲击率,唯一的办法就是增加锤片的厚度。
  德国Friedish根据Rumpf关于粉碎理论的基础研究,以及Herfz及Kranz两人的论证,推导出影响物料碎裂极限应力的一些因素有关的公式(公式很复杂,这时从略)。根据这个公式,在粉碎过程中冲击点的综合曲率半径r愈小,则饲料愈容易破碎。r值是由饲料颗粒的曲率半径r1和锤片的曲率半径r2所组成,其关系为:
锤片的曲率半径r1可以认为是锤片厚度的一半。当饲料种类已选定后,则颗粒的曲率半径r1为一常值。为了提高粉碎效率就必须使r值减小,唯一的办法就是使r2也小,即采用较薄的锤片。Richard在粉碎玉米的试验中分别采用厚度为1/16,1/8和1/4寸的锤片,在其它条件相同的情况下,得出的结论是:厚度1/16寸的锤片比1/8寸的锤片能提高效率23%;比1/4寸的锤片能提高效率48%。
  中国农业机械化科学研究院刘蔓茹等也做过这种实验,他(她)们用1.6,3,5,6.25mm厚度的锤片做粉碎玉米试验,结果是:1.6mm锤片比6.25mm 的效率提高45%;比5mm的效率提高25%。
  上述两组实验都证明锤片薄,效率高。因而Friedish的理论被公认为传统理论而延续至今。但是这个理论和影片结论是对立的。
  人们在形状和材料上也作了不少文章,但都解决不了上述互相对立的结论。从此,人们对锤片的研究就进展不大了。现在最普遍采用的仍是矩形锤片。中华人民共和国专业标准和行业标准《锤片式粉碎机锤片》规定锤片型式为矩形。岳阳正大和武汉华美都是用的美国粉碎机,其锤片也是矩形,株州湘大从瑞士进口的锤片还是矩形。
  那么在锤片上还有没有文章可做呢?
  实践是检验真理的唯一标准。为了一个目的做实验,方法不同,结论相反,这只能说明那两种方法都有片面性。要解决矛盾,首先要从分析矛盾入手。西德影片所看到的是粉碎室内玉米的破碎情况,从室内来说,结论是正确的。Friedish的理论和Richard、刘蔓茹的实验都是以玉米碎粒脱离粉碎室的数量计算的,结论也是正确的。如果能找到一种设计方案,既能提高正面冲击率,又能使已达到粒度要求的颗粒尽快从筛孔出来,那就会使上述两个对立的结论统一起来,从而使粉碎机性能得到很大提高。我设计的T型粉碎机锤片就是由这种设想设计的,它能使两个对立的结论统一起来。

二、T型粉碎机锤片的特点

  1.把锤片端部面积加大,提高正面冲击率。
  物料进入粉碎室后,由于离心作用,饲料在筛片、齿板附近作环形运动,因而锤片冲击部位在锤片端部。如果将整个锤片加厚,正面冲击率可以提高,但非工作部分推动空气运动的面积也加大了,使空气环流速度加快,从而减少了锤片对玉米的相对冲击速度,降低了玉米的破碎效率。如果只加大工作部分的面积,减小非工作部分的面积,就既提高了正面冲击率,又减少了空气环流速度,从而增加了锤片对玉米的相对冲击速度,提高了玉米的破碎效率。
  2.给加大部分一个斜面,减少粉料对筛孔的入射角。标准锤片端部是平直的,玉米受到锤片正面冲击后的碎粒,几乎与锤片冲击面成垂直的角度返回。玉米碎粒的这种运动路线存在两个问题:(1)碎粒不能很快逃离锤片打击范围。由于碎粒速度比锤片速度慢得多,它会被很快追上来的锤片再打击;(2)碎粒对筛孔的入射角很大,比筛孔直径小得多的碎粒也不一定能通过筛孔出去,在它碰到筛片孔边后跳回受锤片再次冲击。这两种状况都会造成不必要的特细粉末,降低生产效率,浪费能量。如果给冲击部位一个斜角α,使玉米与锤片冲击面斜碰,这样,受锤片冲击的玉米碎粒就向筛片方向反射,大大减小了玉米碎粒对筛孔的入射角。这样就加快了粉料的排出速度,减少了重复冲击。因而提高了效率,降低了能耗,而且提高了粉料颗粒的均匀度。


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