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(二)物料的力學性質 物料的力學性質與所要選擇的粉碎方式有很大的關系。根據物料應變與應力的關系，以及極限應力的不同，其力學性質包括以下5種： a. 強度——物料的強度是指其對外力的抵抗能力。通常以材料破壞時單位面積上所受的力即或Pa來表示，按受力破壞的方式不同，可分為壓縮強度、拉伸強度、扭曲強度、彎曲強度和剪切強度等。 b. 硬度——硬度表示物料抵抗其它物料刻劃或壓入其表面的能力，也可理解為在固體表面產生局部變形所需的能量。 c. 脆性——脆性是與塑性相反的一種性質，從變形方面看，脆性材料受力破壞時直到斷裂前只出現極小的彈性變形，而不出現塑性變形，因此其極限強度一般不超過彈性極限。 d. 韌性——材料的韌性是指在外力的作用下，塑性變形過程中吸收能量的能力。吸收能量越大，韌性越好，反之亦然。 e. 易磨(碎)性——僅用強度和硬度還不足以全面精確地表示材料粉碎的難易程度，因為粉碎過程除決定于材料物理性能外，還受物料粒度、粒形、粉碎方法等諸多因素的影響。所謂易碎性即在一定粉碎條件下將物料從一定粒度粉碎至某一指定粒度所需要的功耗比。 對一種具體的物料來說，上述5種力學特性之間有內在的聯系，導致物料綜合性質的復雜化，這些對于粉碎時所需要的變形力均有影響。總的來說，凡是強度越強、硬度越小，脆性越小而韌性越大的物料，其所需要的變形能就越多。選擇粉碎方法的重要依據是被粉碎物料的物理性質。其中，被粉碎物料的強度和破裂性是兩個主要指標，對于堅而不韌的物料，撞擊和擠壓較有效;對于韌性物料以剪切較好，對脆性物料以撞擊破碎為宜。在飼料加工中，谷物原料的粉碎一般用錘片式粉碎機，以撞擊粉碎作用為主，含纖維多的如礱糠等原料則以剪切和磨碎為主。總之，根據物料的物理和機械特性，正確選擇粉碎方法，對提高粉碎效能，節約能耗具有重要意義。 (三)粉碎模型 Rosin-Rammler等認為：粉碎產物的粒度分布具有二成分性，即合格的細粉和不合格的粗粉。根據這種雙成分析，可以推論，顆粒的破壞與粉碎并非由一種破壞形成所致，而是由二種或二種以上破壞作用所共同構成的。 a.體積粉碎模型——整個顆粒均受到破壞，粉碎后生成物多為粒度大的中間顆粒。隨著粉碎過程的進行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細粉成分，撞擊粉碎和擠壓粉碎于此模型較為接近。 b.表面粉碎模型——在粉碎的某一時刻，僅是顆粒的表面產生破壞，被磨削下微粉成分，這一破壞作用基本不涉及顆粒內部。這種情形是典型的磨碎和研磨粉碎方式。 a. 均一粉碎模型——施加于顆粒的作用力使顆粒產生均勻的分散性破壞，直接粉碎成微粉。均一粉碎模型僅符合結構極其不緊密的顆粒粉碎。 實際粉碎過程往往是前幾工種粉碎模型的綜合，前者構成過度成分，后者形成穩定成分。體積粉碎與表面積粉碎所得的粉碎產物的粒度分布有所不同，體積粉碎后的粒度較窄較集中，但細顆粒比例較小，表面粉碎后細粉粒較多，但粒度分布范圍較寬，即粗顆粒也較多。 第二節 粉碎設備 一、粉碎設備的分類 按粉碎機械的結構特征可將粉碎設備分為五類， 錘片式粉碎機：該機利用高速、旋轉的錘片撞擊作用使物料破碎。其結構簡單、操作方便、價格便宜、適應性廣，除水分較高飼料外，幾乎可粉碎所有飼料。如淀粉含量較高的谷物，含油較高的餅粕，含纖維較高的果殼、秸稈等。目前國內、外飼料廠普遍采用該種機型。 爪式粉碎機：主要利用撞擊和剪切作用，撞擊部件與設備固定，撞擊作用強烈，適合粉碎脆性硬質物料。 盤式粉碎機(盤磨)：利用磨擦與切削作用粉碎飼料。盤式粉碎機的工作面有圓盤形式或圓錐形，可以一盤固定、一盤轉動，或以兩盤相向轉動。該機適用于粉碎干燥而不含油的飼料，可得較細的成品。 輥式粉碎機：常用兩個表面帶有橫向斜齒的同徑磨輥，因相向或不同速轉動而產生的剪切、擠壓作用將物料粉碎，適合粉碎谷物飼料，不適于粉碎含油或含水分大于18%的物料。 破餅機：將大塊油餅破碎成小塊，以后經粉碎機細碎。破餅機有錘片式及對輥式兩種。錘片式機械結構簡單，但噪聲大，輥式的機械結構復雜。 按產品粒度來分：粉碎機可分為粗碎機、中碎機、微粉碎機和超微粉碎機。 在飼料生產企業，一般選用中碎的錘片式粉碎機做為主要粉碎機械。 二、錘片式粉碎機 (一)錘片式粉碎機的種類 按粉碎機的進料方向，錘片式粉碎機有徑向(頂部)進料式、切向進料式和軸向進料式三種。按篩板的形式分類有：有篩式、無篩式。按粉碎室的形狀分類有：環形粉碎室和水滴形粉碎室粉碎機。在飼料廠中應用最為廣泛的是頂部進料的錘片式粉碎機。 二)一般構造和工作過程 1、一般構造 錘片式粉碎機一般由供料裝置、機體、轉子、齒板、篩片(板)、排料裝置以及控制系統等部分組成。 a .進料口 進料口的作用是使物料能均衡地進入粉碎機。按進料方向可分為切向、徑向和軸向進料式。切向進料式錘片式粉碎機多用半圓形底篩，通常小型粉碎機中采用較多。軸向進料可在最大范圍內安裝篩板，有利于及時地排出粉碎的細物料。徑向進料式錘片粉碎機，適合于加工谷物、餅粕或其它顆粒不很大的原料以及產量較大的粉碎機。進料擋板可以調節進料方向，轉子可作正反向旋轉，這樣，錘片一個角磨損后，將轉子反轉不必調換錘片，就可以用錘片的另一個邊角錘擊物料，減少更換錘片的次數。 b.轉子 轉子是錘片粉碎機的主要工作部件，包括錘片、銷軸、錘片架及中心軸等等。錘片通過銷軸連接在錘片架上，錘片架由主軸帶動高速旋轉，進而使錘片獲得很高的線速度，在錘片的高速撞擊下物料被粉碎。 c.篩片 篩片包在轉子外面，所包圍的空間稱為粉碎室，物料在粉碎室內被錘片擊碎后，細的粒子通過篩孔排出，故篩片主要起著控制粉碎粒度的作用。同時篩片在粉碎期間也對物料起搓擦、剪切作用。篩片所包圍的粉碎室部分所對應的圓心角，稱為包角，包角是篩片的主要參數之一。篩片屬易損部件。 d.機體 粉碎機的機體的作用主要是支撐固定工作部件、保證物料順利進入粉碎室，在機體的內腔裝有篩片，同時將被粉碎且能穿過篩孔的物料收集，使之從下部排料口順利排出。 2、工作過程 粉碎機的工作機理比較復雜，也有許多研究。現僅介紹大家公認的頂部進料式錘片式粉碎機的工作機理。原料由粉碎機頂部靠重力自流進料方式落入粉碎機進料口，下落速度約1.64～3.28m/s，原料在轉子的上方受到錘片的第一次打擊，在初始破碎區，由于原料與錘片端部的速度差異極大，物料流的大部分被粉碎或破裂。這個區域也是粉碎室內唯一的物料流與篩面呈幾何垂直、可利用篩孔整個直徑的篩分能力的區域。隨后，顆粒物料流被錘片加速形成沿著篩片內表面運動的環流層，環流層的速度略低于錘片末端的速度。愈貼近篩面的料層速度越低，而靠近錘片末端的料層速度則較高。此區域較窄并被稱為加速區。被粉碎了的物料欲通過篩孔排出，其速度應達到一個與篩面垂直的排出速度。貼近篩面的粉碎物料受到篩面的磨擦作用而降低其環流速度，并受到與篩面垂直的離心力、壓力和氣流作用，使其能排出篩外。但從根本上說，環流層沿篩面的運動速度很高，使受離心力作用影響大的大顆粒貼近篩面，而細顆粒不能及時排出，造成錘片的磨損、料溫升高以及過度粉碎。 (三)主要工作部件 1、錘片 錘片是錘片式粉碎機最主要的，也是最易損耗的工作部件，錘片借助銷軸連結在錘架板上。其形狀尺寸、工作密度與排列方式、材料材質與制造工藝等，對粉碎效率和工作質量均有較大的影響。 錘片的形狀很多，其中矩形錘片因其通用性好、形狀簡單、易制造和節約原料而應用最廣。它有兩個銷孔， 其中一銷孔連在銷軸上，可輪換使用四個角來工作。在角邊堆焊碳化鎢或特殊的耐磨合金，可以延長使用壽命2～3倍，但制造成本較高。階梯形錘片耐磨性能差，多角形錘片與尖角形錘片相似，它們具有粉碎效果好、使用壽命長的優點，但制造復雜、生產成本高。 我國的錘片式粉碎機的錘片已標準化，1986年由中國農機院擬定的機械工業部部標三種規格，都是矩形雙孔錘片，其中I型用于小型粉碎機，錘片的材料與熱處理工藝的選擇很重要。目前我國常見的有低碳鋼固體滲碳淬火、中碳鋼熱處理、特種鑄鐵和在錘片工作棱角堆焊耐磨合金等多種方式。不論何種方法都應在保證耐磨耐用的同時，保證錘片耐受沖擊、生產安全。當采用45號、65號!、65Mn、60SiMn等優質鋼做錘片的材料時，熱處理后淬火區硬度為HRC50～57，非淬火區硬度不超過HRC28。一般使用60～100小時后錘片應換角使用。 為延長錘片壽命，最常見的方法是堆焊碳化鎢合金，焊層厚1～3mm。其使用壽命比65Mn整體淬火錘片的使用壽命提高了7～8倍，但成本高出2倍。堆焊碳化鎢錘片的缺點是對焊接工藝和轉子平衡的要求較高。 錘片安裝在轉子銷軸上的位置，稱做排列方式。它關系到轉子平衡、物料在粉碎室內的分布、錘片磨損的均勻程度。對錘片排列的要求：錘片的運動軌跡不重復、沿粉碎室寬度錘片運動均勻、物料不被推向一側、有利于轉子的平衡。常用的錘片排列方式有4種。 1〕螺旋線排列：有單螺旋線與雙螺旋線兩種。排列方式簡單、軌跡均勻而不重復。缺點是作業時物料將順螺旋線的一側推移，使此側錘片磨損加劇，粉碎室沿寬度(軸向)方向負荷不均勻。銷軸I和III(或II或IV)上離心力的合力R1和R3(或R2和R4)的作用線相距e>0，兩力不能平衡，當轉子旋轉時，出現不平衡力矩，使機器產生震動。故應用漸少。 2〕對稱排列：即對稱軸I和III、II和IV上的錘片對稱安裝。對稱排列的錘片運動軌跡重復，在相同軌跡密度下，需用較多錘片。優點是對稱銷軸的離心力合力作用線重合e=0且大小相等，因此可以相互平衡，故轉子運行平穩，物料也無側移現象，錘片磨損比較均勻，故應用最廣。 |
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