粉碎機(jī)作為粉碎加工的主要設(shè)備，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等許多領(lǐng)域和行業(yè)被廣泛應(yīng)用。特別是錘片式粉碎機(jī)，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、通用性好和維修方便等特點(diǎn)，應(yīng)用十分普遍。但就目前的生產(chǎn)情況來(lái)看，仍然存在功耗大、度電產(chǎn)量低和粉碎粒度不均勻等問(wèn)題。為了有效提高粉碎機(jī)的綜合性能，本文在分析研究錘片式粉碎機(jī)粉碎機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出采用間隔圓弧異型粉碎室，改善粉碎機(jī)性能。
1、錘片式粉碎機(jī)粉碎機(jī)理和粉碎過(guò)程
粉碎是工農(nóng)業(yè)許多產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中不可缺失的重要工序。粉碎可以減小物料的粒度，并使物料的表面積增加。物料被粉碎后，提高了其物理作用和化學(xué)反應(yīng)的效果，使物料中的不同組分得到單體分離。
錘片式粉碎機(jī)工作時(shí)，物料從喂料裝置進(jìn)入粉碎室后，受到高速旋轉(zhuǎn)錘片的沖擊而破裂，以較高的速度飛向篩片，與篩片撞擊后繼續(xù)破碎，經(jīng)過(guò)多次沖擊和撞擊，物料被粉碎成小顆粒。此外，物料還受到錘片端部和篩片的摩擦和搓擦作用，以及物料之間的相互作用。物料在這些力的綜合作用下，得到粉碎。在粉碎時(shí)，物料顆粒在離心力作用下，貼著篩面作與錘片運(yùn)動(dòng)方向相同的圓周運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生物料一空氣環(huán)流層，環(huán)流運(yùn)動(dòng)的速度約為錘片速度的70%左右，一方面造成了過(guò)度粉碎，另一方面還減少了受沖擊和出篩的機(jī)會(huì)，從而影響錘片式粉碎機(jī)的粉碎效率，造成能耗增加、度電產(chǎn)量低和粒度不均勻等問(wèn)題。要想解決上述問(wèn)題，關(guān)鍵在于改變粉碎機(jī)粉碎室的結(jié)構(gòu)或形狀，從而改變物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和粉碎室內(nèi)的氣流狀態(tài)，達(dá)到破壞物料一空氣環(huán)流層的目的。
2、異型粉碎室粉碎機(jī)性能分析
2.1物料在間隔圓弧異型粉碎室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)分析
錘片式粉碎機(jī)的粉碎過(guò)程中，碎顆粒在環(huán)流層內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，但是大方向是環(huán)流運(yùn)動(dòng)[6]。本文采用間隔圓弧形異型粉碎室破壞環(huán)流層，提高粉碎性能。根據(jù)工程流體力學(xué)一元?dú)饬髁鲃?dòng)特性理論，當(dāng)流體是亞音速流動(dòng)，流體流道的橫截面積一定是逐漸縮小的，流體的速度隨著流體通道橫截面積的減小而增加。反之，當(dāng)流道橫截面積逐漸增大時(shí)，則流體的速度反而下降。對(duì)于超音速流動(dòng)，結(jié)論相反。而由間隔圓弧異型粉碎室正是通過(guò)改變氣固流體的通道橫截面積來(lái)實(shí)現(xiàn)其流速的變化，進(jìn)而破壞物料一氣流環(huán)流層，提高粉碎機(jī)的粉碎性能和粉碎效率。當(dāng)物料在間隔圓弧異形粉碎室內(nèi)做環(huán)流運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)半徑的不斷變化，使得運(yùn)動(dòng)速度大小和方向不斷變化。如當(dāng)物料運(yùn)動(dòng)到不同半徑圓弧連接區(qū)域時(shí)，物料一空氣環(huán)流層會(huì)形成縮徑氣流噴射，速度會(huì)發(fā)生很大變化，更有利于物料的粉碎。與此同時(shí)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)與物料不斷碰撞、摩擦，使得離心力不斷變化，進(jìn)而帶動(dòng)氣流流速變化，產(chǎn)生徑向氣流小旋流，并在徑向氣流的邊緣產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)。這樣，噴射流作為主旋流與徑向氣流相遇，二者運(yùn)動(dòng)激烈，碰撞后形成渦流顫振區(qū)，更利于粉碎與出篩。
2.2物料在間隔圓弧異型粉碎室內(nèi)的受力分析
物料在粉碎室內(nèi)的受力情況比較復(fù)雜，主要有物料本身的重力、轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)而引起的離心力、錘片與碎物料或顆粒之間的碰撞沖擊力、摩擦力、剪切力和氣流對(duì)物料施加的作用力等，如圖l所示。根據(jù)粉碎理論，物料顆粒在粉碎室內(nèi)的粉碎主要有3種，即沖擊粉碎、剪切粉碎和摩擦粉碎。物料進(jìn)人間隔圓弧異型粉碎室后，旋轉(zhuǎn)著的錘片給物料以強(qiáng)大的沖擊力，使物料得到初次粉碎，而且獲得一定的動(dòng)能。此外，物料還受到渦流場(chǎng)中高速氣流的作用高速旋轉(zhuǎn)，使物料受到作用沿離心切向飛出。物料碰到篩片上，受到反擊作用而被進(jìn)一步粉碎，運(yùn)動(dòng)方向也隨之變化。同時(shí)在間隔圓弧異型粉碎室內(nèi)，渦流場(chǎng)中氣流速度沿徑向和環(huán)向是變化的，而物料顆粒由于大小不同所受的離心力也不同，這樣各物料顆粒的運(yùn)動(dòng)速度、方向各不相同，極易在各間隔圓弧內(nèi)形成小渦流，加大了物料顆粒間的碰撞機(jī)會(huì)和小顆粒出篩的機(jī)會(huì)。再者，當(dāng)物料運(yùn)動(dòng)到不同半徑圓弧連接處，通道局部收縮，導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大，物料匯集在一起，物料顆粒之間的密度增大，相互之間的摩擦和擠壓作用隨之加劇，摩擦和剪切作用增強(qiáng)，物料更易于被粉碎。
3、間隔圓弧異型粉碎室設(shè)計(jì)及粉碎性能試驗(yàn)
本研究采用的試驗(yàn)樣機(jī)如圖2所示，為仿丹麥錘片式粉碎機(jī)（配套電機(jī)1. 5KW，粉碎室寬度86mm，轉(zhuǎn)子直徑360mm）。
考慮到結(jié)構(gòu)的可操作性，異型粉碎室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括3種：①每隔15度改變圓弧半徑1次，半徑分別為56mm和181mm，構(gòu)成24等分異型粉碎室；②每隔30度改變圓弧半徑1次，半徑分別為76mm和181mm，構(gòu)成12等分異型粉碎室；③每隔45度改變圓弧半徑1次，半徑分別為113mm和181mm，構(gòu)成8等分異型粉碎室。
采用的試驗(yàn)物料是含水率為13. 53 010的玉米。試驗(yàn)過(guò)程是先采用圓環(huán)形粉碎室進(jìn)行試驗(yàn)，然后采用間隔圓弧異型粉碎室進(jìn)行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)所需要的儀器設(shè)備主要有：三相四線有功電度表( 200r/kW.h)，水銀溫度計(jì)（精度為l℃）以及秒表和臺(tái)秤。測(cè)定的時(shí)間控制在從粉碎機(jī)在標(biāo)定運(yùn)轉(zhuǎn)15min后開(kāi)始，每1種篩片做3次試驗(yàn)，每次15min，然后取3次試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行計(jì)算。粉碎機(jī)性能測(cè)試指標(biāo)包括：生產(chǎn)率、度電產(chǎn)量和溫升。
3.1生產(chǎn)率Yl
是指單位時(shí)間內(nèi)錘片式粉碎機(jī)粉碎飼料的質(zhì)量。
3.3飼料溫升Y4
是指加工前后物料的溫度差值。操作方法是在每次試驗(yàn)前用水銀溫度計(jì)測(cè)量原料的溫度，試驗(yàn)結(jié)束后結(jié)立即在出口處的飼料成品中測(cè)定溫度值，從而利用進(jìn)料溫度和出料溫度的差值來(lái)表示飼料的溫度變化。
試驗(yàn)結(jié)果如表l所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，錘片式粉碎機(jī)在使用間隔圓弧異型粉碎室后，粉碎機(jī)性能得到的改善，生產(chǎn)率平均提高10.5%，度電產(chǎn)量平均提高8.3%，溫升平均降低1.1℃。試驗(yàn)結(jié)果與理論分析是相符的。
4、結(jié)束語(yǔ)
利用氣固兩相流理論分析了物料在間隔圓弧異型粉碎室內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)特性，指出了異型粉碎室能有效破壞環(huán)流層，提高物料的打擊次數(shù)，增大了篩理面積。使用間隔圓弧異型粉碎室在生產(chǎn)率、度電產(chǎn)量方面都明顯改善了粉碎機(jī)的性能，生產(chǎn)率平均提高10. 5%，度電產(chǎn)量平均提高8.3%，溫升平均降低1. l℃。
