9FQ-21型錘片式
粉碎機(jī)主要用于玉米等顆粒狀物料的粉碎加工，因其價格低廉、使用維修方便等優(yōu)點在我國廣大農(nóng)村丘陵山區(qū)用得較為普遍。錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數(shù)量作為錘片式粉碎機(jī)最為重要的三個主參數(shù)，研究它對噸料電耗、生產(chǎn)率、成品粒度等作業(yè)性能指標(biāo)的影響，對于改進(jìn)機(jī)器，從而對節(jié)省能源、提高生產(chǎn)效率、控制物料的粉碎粒度、提高飼料產(chǎn)出性價比具有十分現(xiàn)實而重要的意義。
1主參數(shù)的選定
1.1錘篩間隙
錘篩間隙是指轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時錘片末端與篩片內(nèi)表面之間距離，合適的錘篩間隙是保證較高生產(chǎn)率、較低能耗和適當(dāng)?shù)某善妨６鹊那疤�。通常，對于一定物料�?yīng)有其最佳的錘篩間隙。國外認(rèn)為錘篩間隙△f與粉碎谷粒的直徑dW的關(guān)系為：
△l=(1.5～2)d (1)
也有學(xué)者認(rèn)為這一設(shè)計公式未反映粉碎機(jī)出料全部規(guī)律，忽略了篩孔直徑這一重要因素，認(rèn)為錘篩間隙△l與篩孔直徑d。的關(guān)系應(yīng)為：
△f=(2～5)d。 (2)
綜合以上兩個公式，對粉碎谷物類飼料，篩片孔徑d。為Ø2.0 mm時，錘篩間隙設(shè)計值一般為△L=6～10 mm。
1.2錘片末端線速度
錘片末端線速度對粉碎機(jī)生產(chǎn)率和能耗影響很大。線速度過低，錘片對物料顆粒的打擊力度不夠，抽吸粉料的風(fēng)力也小，故生產(chǎn)率低，而電耗缺增加；線速度過高，粉碎機(jī)的空載功率加大，物料速度過高，排出篩孔的機(jī)會減弱，生產(chǎn)效率反而下降，每一種型號的粉碎機(jī)都有一個合適的速度范圍。錘片末端線速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：
v=2πn1d/60*2*1000=5.23*10
-5n
1d (3)
式中：v為錘片末端線速度( m/s)；
n
1—為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)；
d為轉(zhuǎn)子直徑( mm)；
9FQ-21型粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為210 mm。
9FQ-21型錘片式粉碎機(jī)設(shè)計轉(zhuǎn)速一般在4500～5500 r/min，由公式(3)，相應(yīng)得到錘片末端線速度的設(shè)計值v=49～60 m/s。
1.3錘片數(shù)量
粉碎機(jī)錘片數(shù)量的多少與打擊物料的機(jī)會和次數(shù)有關(guān)。錘片數(shù)量過少，會因打擊物料的次數(shù)減少而降低粉碎機(jī)產(chǎn)量。錘片數(shù)量過多會增加轉(zhuǎn)子質(zhì)量，不僅將增大轉(zhuǎn)子啟動轉(zhuǎn)矩，還會引起粉碎機(jī)空載能耗增加，反而減少了實際用于粉碎的功率，使產(chǎn)量降低，能耗增加。合適的錘片數(shù)量還是保證粉碎粒度大小的前提。錘片數(shù)量跟粉碎室轉(zhuǎn)子寬度的關(guān)系通常由公式
(4)確定：
Z=K
1B/e(取整數(shù)) (4)
式中：B為粉碎室寬度(mm)； ，
E為垂片厚度(mm)；
K
1錘片配置密度系數(shù)，K
1=0.28～0.42，取小值時粉碎顆粒較粗。
試驗樣機(jī)粉碎竄寬度為150 mm，錘片厚度為3 mm，樣機(jī)轉(zhuǎn)子含四組錘片，每組錘片按3～5片設(shè)計，則樣機(jī)錘片總數(shù)量設(shè)計值Z=12～20片。
2試驗方法
2.1試驗儀器設(shè)備
本試驗主要采用儀器沒備為：DZFC-1型電能綜合分析測試儀，準(zhǔn)確度1.0級；MA45型快速水分測定儀；HGT-1000A型容重器；TCS-75A型電子臺秤；JJ2000型電子天平，精度0.1 g；DM6234P+型轉(zhuǎn)速表；Ø1.0 mm標(biāo)準(zhǔn)分離篩；游標(biāo)卡尺。
2.2試驗樣機(jī)
2.2.1樣機(jī)及篩片
本試驗所選樣機(jī)為切向進(jìn)料。篩片孔徑為Ø2.0mm，孔間距為4.2 mm，有效篩理理面積的百分率為20.6%；為提高篩片的篩理效率，減少篩片上的物料堆積帶，篩片的篩孔排列方式如圖1所示；篩片的厚度為1.0mm；安裝篩片時，光滑的一面朝下，有毛刺的一面朝上。
2.2.2樣機(jī)配套動力
配套動力為Y90L-2型、標(biāo)定功率為2.2 kW、標(biāo)定效率為80.5%的2級單相電機(jī)。
2.3試驗原料
試驗原料為玉米，在試驗原料中隨機(jī)抽取3個玉米小樣進(jìn)行分析測試，測試結(jié)果取平均值，玉米含水率為13.4%，容重為708 kg/m
3。
2.4試驗條件
2.4.1試驗電壓
試驗電壓在220 V±5%。
2.4,2試驗中電機(jī)負(fù)荷程度
性能試驗時，操作人員一邊觀察電能綜合分析測試儀顯示的負(fù)載功率的大小，一邊適時控制喂料流量的大小，以確保各次性能試驗的測試數(shù)據(jù)在相近的負(fù)荷條件下測得。按GB/T 6971-2007的要求，電機(jī)的平均負(fù)荷程度應(yīng)控制在p=85%—110%。
3試驗設(shè)計
3.1正交試驗表
錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數(shù)量作為錘片式粉碎機(jī)主參數(shù)，各個參數(shù)的變化均會對試驗結(jié)果有所影響，故因素確定為：錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數(shù)量。以上因素按其設(shè)計值各取三個水平，按三因素三水平進(jìn)行正交試驗，試驗按b( 34)排列，并按表1、表2所示的正交試驗表設(shè)定的條件分別進(jìn)行9次試驗。
表1影響因素及水平
|
項目 |
A錘篩間隙（mm） |
B錘片末端線速度（m/s） |
C錘片數(shù)量 |
|
1 |
6 |
49 |
12 |
|
2 |
8 |
55 |
16 |
|
3 |
10 |
60 |
20 |
表2正交試驗
|
項目 |
A錘篩間隙 |
B錘片末端線速度 |
C錘片數(shù)量 |
D孔列 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
|
3 |
1 |
3 |
3 |
3 |
|
4 |
2 |
1 |
2 |
3 |
|
5 |
2 |
2 |
3 |
1 |
|
6 |
2 |
3 |
1 |
2 |
|
7 |
3 |
1 |
3 |
2 |
|
8 |
3 |
2 |
1 |
3 |
|
9 |
3 |
3 |
2 |
1 |
3.2結(jié)果評價指標(biāo)
生產(chǎn)率，以具體時間內(nèi)的產(chǎn)量來計算，數(shù)值高為佳。
噸料電耗，以具體產(chǎn)量內(nèi)的電耗來計算，數(shù)小為佳。成品粒度，用Ø1.0 mm標(biāo)準(zhǔn)分離篩對取樣的成品物進(jìn)行篩分，統(tǒng)計篩下物占取樣成品物的百分比。以數(shù)值高為佳。
由于試驗中要考核生產(chǎn)率、噸料電耗、成品粒度3個指標(biāo)，屬多指標(biāo)試驗，而且各個指標(biāo)的量綱和重要程度不一致，各個因子及其水平對各指標(biāo)的影響也不相同，為了尋找使各指標(biāo)都盡可能好的優(yōu)組合，本試驗采用綜合加權(quán)評分法。
4正交試驗結(jié)果與分析
4.1正交試驗結(jié)果
正交試驗結(jié)果如表3所示。
表3正交試驗結(jié)果
|
試驗號 |
原料質(zhì)量/KG |
試驗時間（S） |
電耗（KW·h） |
生產(chǎn)率（KG/h） |
噸料電耗（KW·h/t） |
負(fù)載功率（KW） |
通過Ø1mm篩孔粒度（%） |
|
1 |
40 |
1115 |
0.76835 |
129.1 |
19.2 |
2.5 |
55 |
|
2 |
40 |
748 |
0.552134 |
192.5 |
13.0 |
2.5 |
65 |
|
3 |
40 |
950 |
0.65890 |
151.6 |
16.5 |
2.5 |
70 |
|
4 |
40 |
845 |
0.59329 |
170.4 |
14.8 |
2.5 |
60 |
|
5 |
40 |
718 |
0.48855 |
200.6 |
12.2 |
2.5 |
66 |
|
6 |
40 |
849 |
0.5914 |
129.6 |
14.8 |
2.5 |
62 |
|
7 |
40 |
857 |
0.61142 |
168.0 |
15.3 |
2.5 |
58 |
|
8 |
40 |
751 |
0.51953 |
191.4 |
13.0 |
2.5 |
54 |
|
9 |
40 |
630 |
0.44011 |
228.6 |
11.0 |
2.5 |
65 |
4.2綜合加權(quán)評分
4.2.1確定各項試驗指標(biāo)的權(quán)分值
以W
1表示第j項試驗指標(biāo)的權(quán)分值，總權(quán)為100分。對粉碎機(jī)，噸料電耗指標(biāo)由于涉及到節(jié)能減排，因此排第一，生產(chǎn)率和成品粒度均次之，�。�
生產(chǎn)率W
1=35，噸料電耗W
z-=40，成品粒度W
3=25。三個指標(biāo)中，噸料電耗越小越好，其余大為好，故噸料電耗的權(quán)分為負(fù)值。
4.2.2確定各項試驗指標(biāo)的評分值
由于各項指標(biāo)的量綱均不相同，不利于綜合加權(quán)評分，因此須通過式(5)把試驗指標(biāo)觀察值變換為無量綱參數(shù)。
Y’
ij=（Y
ij-Y
mj）/R (5)
式中，R
j為第J項試驗指標(biāo)觀察值的極差，即為第j項指標(biāo)的最大值與最小值之差；y為第i號試驗第i項指標(biāo)的觀察值。
4.2.3計算綜合加權(quán)評分值yi*
同一試驗號的各項指標(biāo)的權(quán)分與其無量綱參數(shù)乘積之和即為該號試驗的綜合加權(quán)評分。如第2號試驗的綜合加權(quán)評分y*2為：
依次計算1～9號試驗的綜合加權(quán)評分值，正交試驗結(jié)果得分如表4所示。
表4正交結(jié)果試驗分析
|
因子 |
試驗結(jié)果 |
|
生產(chǎn)率 |
噸料電耗 |
Ø1mm篩孔粒度（%） |
綜合加權(quán)給分 |
|
1 |
129.1 |
19.2 |
55 |
1.56 |
|
2 |
192.5 |
130 |
62 |
65.05 |
|
3 |
151.6 |
16.5 |
70 |
15.09 |
|
4 |
170.4 |
4.8 |
60 |
45.37 |
|
5 |
200.6 |
12.2 |
66 |
78.05 |
|
6 |
169.6 |
14.8 |
62 |
48.21 |
|
7 |
168.0 |
15.3 |
58 |
38.96 |
|
8 |
191.7 |
13.0 |
54 |
52.26 |
|
9 |
228.6 |
11.0 |
65 |
92.19 |
|
極差R1 |
99.5 |
8.2 |
16 |
|
4.3極差分析
依據(jù)正交表的綜合可比性，通過極差分析法確定試驗因子的主次、各試驗因子的優(yōu)水平及試驗范同內(nèi)的最優(yōu)組合。極差分析如表5所示。從極差分析的結(jié)果來看，對綜合加權(quán)評分影響因子的主次依次為：B（錘片末端線速度）→C(錘片數(shù)量) →A（錘篩間隙）。即錘片末端線速度的影響最為顯著，錘片數(shù)量的影響次之，錘篩間隙的影響排最后。
表5極差分析
|
項目 |
A錘篩間隙 |
B錘片末端線速度 |
C錘片數(shù)量 |
|
綜合 |
112.7 |
85.9 |
102.0 |
|
171.6 |
195.4 |
202.3 |
|
183.4 |
186.5 |
163.1 |
|
均值 |
37.6 |
28.6 |
34.0 |
|
57.2 |
65.1 |
37.5 |
|
61.1 |
62.2 |
54.4 |
|
極差 |
23.5 |
36.5 |
33.5 |
|
因子主次 |
BCA |
BCA |
BCA |
|
較佳組合 |
B2C2A3 |
B2C2A3 |
B2C2A3 |
較佳組合為：B
2錘片末端線速度為55 m/s[按公式(3)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為5 000 r/min、C2錘片數(shù)量為16片、A3錘篩間隙為10mm。經(jīng)驗證試驗得到生產(chǎn)率為244.5 kg/h，噸料電耗為10.0 kW - h/t，通過Ø1.0mm篩孔粒度為58%。生產(chǎn)率和噸料電耗指標(biāo)比得分最高的9號試驗更優(yōu)秀。
4,4方差分析
利用方差分析法分析各因子水平的變化和誤差各自對試驗指標(biāo)的影響，并將它們進(jìn)行比對，以判斷試驗因子及交互作用的主次與顯著性，給m所作結(jié)論的置信度，確定最優(yōu)組合及其置信度區(qū)間。
從方差分析表上統(tǒng)計分析可知，錘片末端線速度和錘片數(shù)量在0.1的水平下對綜合評分的影響是顯著的，說明錘片末端線速度和錘片數(shù)量對生產(chǎn)率、噸料電耗、成品粒度三個指標(biāo)均有影響。此外，錘篩間隙在0.25的水平下對綜合評分有一定影響，由于在室外試驗，可以認(rèn)可，說明錘篩間隙對生產(chǎn)率、噸料電耗、成品粒度三個指標(biāo)也有一定影響。
5結(jié)語
針對9FQ-21型錘片式粉碎機(jī)設(shè)計并開展的錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數(shù)量3因子3水平正交試驗研究結(jié)果表明：影響其作業(yè)性能指標(biāo)的試驗因子主次順序為：錘片末端線速度、錘片數(shù)量、錘篩間隙。當(dāng)錘片末端線速度為55 m/s(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速5 000 r/min)、錘片數(shù)量為16片、錘篩間隙為10 mm時，試驗得到的生產(chǎn)率、噸料電耗、成品粒度性能指標(biāo)綜合加權(quán)評分最高。這一試驗結(jié)果可為企業(yè)對9FQ-21型錘片式粉碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計和生產(chǎn)提供參考性的意見。
三門峽富通新能源銷售粉碎機(jī)、破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
