锤式饲料粉碎机的优化设计详解.docx

锤式饲料粉碎机的优化设计 摘要： 关键词：粉碎机；结构优化；粗饲料 前言 优化设计的目的和意义 存在的问题 优化设计的关键问题及解决思路 锤式粉碎机的机理和能耗 1.1粉碎机理 原料从喂料斗进入粉碎室 ,受到高速回转锤片的打击而破裂。锤片粉碎机的工作过程主要由两方面构成:一是物料受锤片的冲击作用;二是锤片和物料、筛片(或齿板) 和物料相互间的摩擦作用。对于谷物 等脆性物料 ,主要受冲击作用而粉碎; 对于韧性大的物料主要受摩擦作用而粉碎。但是 ,无论何种物料的粉碎 ,都是冲击、搓擦和摩擦的综合结果。 1.2粉碎的能耗 粉碎机械一般属于重负荷机械 ,有的食品厂( 例如面粉厂) ,粉碎机所需能耗占整个工艺过程能耗的一大半 ,因此研究粉碎过程的能量消耗对于节省动力和改进机器都有重要意义。粉碎过程消耗的能量与 粉碎比有关。粉碎比用 i 表示 ,i = D0/ Di ,式中 D0 表示物料粉碎前???粒平均直径 ,Di 为物料粉碎后颗粒平均直径。当粉碎比相当大时 (i 10) , 粉碎能耗比较符合雷廷智的“面积假说”,即粉碎所需的能耗与物料表面积的增加成正比。所以粉碎所需的功 A = K1Do2(i - 1)〔1〕,式中 D0 反映物料在粉碎前的原始表面积 ,K1 则决定于物料的形状、质地、粉碎方法等综合性因素。 在粉碎机械中 ,粉碎过程都不是理想的 ,其所需要的能量包括有效功、无效功以及机械传动损耗。由前述公式看 ,粉碎物料所作功与粉碎比有直接关系 ,因此在任何粉碎机中 , 都应该避免不必要的过度粉碎 ,而要使粉碎后的物料粒度尽可能均匀一致。在食品生产中 ,往往将不同粒度的物料分别加工 ,每次完成较小的粉碎比 ,中间再加以筛分分级 ,避免粉碎比太大使机器功率过大 , 同时减少了不必要的重复粉碎 ,提高制品质量。提高锤片式粉碎机的生产效能的关键之一 ,是提高筛子的筛落能力 ,以克服其排粉效率低于粉碎效率的缺点。其次 ,在结构上 ,要尽可能破坏物料的环流层 ,使细粒能及时地排出 ,避免重复而无效地过度粉碎。 3、传动方案的优化 锤式粉碎机参数选择的优化 零件的优化 锤片的优化 锤片材料与形式　锤片是锤式粉碎机最主要的工作部件 ,也是易损件。我国每年锤片耗用钢材数万吨以上。提高锤片的使用寿命具有重要意义。锤片的形状、尺寸、排列方法、线速度对粉碎效率有很大的影响。目前世界上有多种形状的锤片。各种锤片的使用性能比较见表 1 。 表 1 　各种锤片使用性能比较锤片类型使用性能矩形锤片通用性好 ,形状简单 ,易制造。焊耐磨合金延长使用寿命 ,制造成本较高。阶梯形锤片工作棱角多 ,粉碎效果好 ,但耐磨性差。尖角锤片适于粉碎纤维质物料 ,但耐磨性差。环形锤片只有一个销孔 , 工作中自动变换工作角 , 因此磨损均匀 ,使用寿命较长 ,但结构较复杂。 对于谷物粉碎 ,选用矩形锤片 ,但常规锤片材料存在一定缺陷 ,在锤片优化设计中 ,为克服低碳钢、中碳钢和特种铸铁的缺点 ,考虑在锤片工作棱角堆焊碳化钨合金 , 对锤片进行表面硬化处理 , 堆层厚 1～3mm ,见图 1 的局部放大图。据试验结果 , 堆焊碳化钨合金锤片与 65Mn 整体淬火锤片相比较 ,虽然前者的成本比后者高 2 倍多 ,但其使用寿命提高了 7～8倍。当粉碎玉米试验时 ,比通用锤片的使用寿命高6.9 倍 ,耗用钢材仅为普通锤片的 1/ 7 ,而成本仅高出 1.75 倍 ,加工每吨物料的锤片费为普通锤片的 1/ 3 。 2. 1. 2 　锤片线速度　锤片线速度是指转子运转时锤片末端的线速度 ,其对粉碎性能影响很大。在锤片线速度优化设计中 ,应考虑不同物料要求的最佳线速度不同 ,应从粉碎机的生产率、电能消耗、产品细度、振动噪声多方面选择锤片线速度。据试验 ,当使用2.5mm 孔径筛片时 ,最佳锤片速度为: 高粱 48m/ s ,玉米52m/ s , 小麦 65m/ s , 黑麦 75m/ s , 大麦 88m/ s , 燕麦105m/ s 。因为谷物粉碎中物料种类很多 ,所以粉碎机应配备无级调速电机 ,并采用控制箱集中式控制 ,以便于针对不同物料采取相应的线速度。 2. 1. 3 　锤片与转子的联接形式　锤片式粉碎机转速高达 3000r/ min 以上 ,锤头端部受连续的冲击力 ,特别是当处理的物料块形大而坚硬时 , 受力情况尤其严重。笔者认为 ,在食品生产中 ,因为物料颗粒质量远小于锤片质量 ,尤其是谷物 ,多为不太坚硬的物料 ,所以不用担心锤头的冲击载荷对销轴和转盘的影响 ,完全可以将锤片设计成固定式的。这样 ,简化了磨头的结构和装配关系。无论采用哪种联接形式 ,都要保证高速旋转的转子处于较好的平衡状态 ,因此在制造锤片时要满