锤片式饲料粉碎机的设计
我国农村迫切需要一种高效、低耗、结构简单、一机多用、操作方便、使用安全小型饲料粉碎机。而国内现有小型饲料粉碎机普遍存在吨料电耗高的缺点，本设计以降低吨料电耗为主要目的，从增加粉碎能力和筛分效率入手，设计了一款锤片饲料粉碎机。
锤片式粉碎机是一种利用高速旋转的锤片来击碎饲料的机器，它具有通用性广、效率高、粉碎质量好、操作维修方便、动力消耗低等优点。本文对锤片式粉碎机进行了设计讨论。将重点对方案选择及总体设计、主轴的设计、箱体的结构设计进行深刻的研究和探讨。
1 绪论
1.1 国内外锤片式饲料粉碎机的技术现状
粉碎机是饲料加工厂的主要设备之一，饲料产品生产成本的高低主要地决于粉碎设备生产性能、效率的好坏。影响粉碎机工作效率的因素很多，如筛孔的形状与大小，锤片的形状与新旧程度．物料出机型式等等。
目前在我国薯类淀粉生产中，原料破碎大部分都采用睡式粉碎机，这主要是由于睡式粉碎机具有度电产量较高，粉碎物料粗细均匀，适应性强等优点。但是有相当一部分淀粉生产厂把符合国标的饲料粉碎机直接用于淀粉生产，结果出现了不少问题。主要是由于薯类淀粉和饲料的生产条件不一样，即饲料生产要求被粉碎的水含量应低于15%，属于干粉碎。而淀粉生产原料的破碎是在湿粉碎 的条停下进行的，也就是被粉碎物的水分远远大于饲料生产中破碎物的水分。在这种特定的条件下，直接选用饲料粉碎机用于淀粉生产就暴露出了许多不足。主要表现为粉碎机效率低，粉碎性能差，噪音大，振动剧烈，粉碎机使用寿命短等现象。
锤片式饲料粉碎机是饲料加工机械中使用最为广泛的一种产品，它具有结构简单、使用方便、生产效率高等特点。如何提高其锤片这个重要零件的使用寿命一直是各生产企业关心的问题，用户亦把锤片的磨损快慢作为选购饲料粉碎机的主要考察指标之一。目前各生产企业分别在选材及相应的热处理方法上不断改进，一是选用低碳钢20进行渗碳处理+表面淬火；二是选用弹簧钢65Mn进行表面淬火；三是采用碳化钨堆焊锤片或硬质合金焊接锤片，后者虽早有研究，但因成本、工艺稳定性等原因仍未获全面推广。
改革开放以来，养殖业得到较快的发展，饲料粉碎机也得以快速发展。据不完全
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统计，日前我国饲料粉碎机生产厂家达200余家，总的年产量近300000台，遍布全国各地，但这快速发展也带来了许多不利因素，许多厂家因经济利益驱动，并不懂饲料粉碎机的工作原理就制造生产，造成了产品工作性能指标的下降。
近年来，随着农村产业结构的调整，农村的专业养殖户在不断增加，粉碎机的应用更加广泛。如何提高粉碎机的效率、粉碎机操作的安全性和方便性、降低粉碎机能耗、易损部件的耐磨性、操作环境的改善、产品质量的提高等是许多研究人员和生产企业一直探索的课题。
过去的粉碎理论认为，物料在粉碎室内受到冲击先裂后碎，在粉碎室内沿筛面形成物料环流层，由于离心力的作用，大颗粒紧贴筛面，阻碍细粉过筛，既造成过细粉碎，又影响粉碎效率，因而认为要提高粉碎效率，避免过细粉碎，就要通过改变粉碎室结构来破坏物料的环流层。据此，国内外近年来研制了多种形式的粉碎机结构，如偏心式、水滴式、桃形式，但对提高粉碎效率均不理想。9 O年代初，有人提出了有关环流运动规律的新假设；在环流层内，大小颗粒 自由运动，不存在大颗粒因离心力作用紧贴筛片而阻碍细粉过筛的现象，破坏环流并不能有效地提高粉碎效率。
1.2 面前国内粉碎机的质量方面存在的主要问题
1) 标准不完善
首先，我国的标准化信息网络不够完善与普及，有的企业找不到产品的相关标准，有的产品没有标准，再加上企业的标准化生产的意识差，造成了许多企业无标生产。其次，目前我国的标准技术规范大多以产品性能指标为主，而对产品安全技术方面的标准技术要求还不够健全与完善，对饲料粉碎机而言，就无转速、壳体的有关限制要求。企业在竞争中，一方面提高转速以提高粉碎机的生产率，另一方面又降低壳体厚度节省材料，所以其产品的安全性就可想而知了。 2) 安全意识不够
这是生产者与使用者都欠缺的。目前，生产者与使用者看重的是产品的使用性能，而对安全质量性能不太重视。这表现在产品上无安全标识或标识不全、使用说明书中无安全操作规范等。同样，使用者在使用中图方便而忽视安全，例自行拆卸防护罩 、擅自提速、更换锤片时不注重平衡等现象，这些深刻说明了我们的使用者自我保护意识与安全生产意识还很不完善。因此．提高生产者与使用者的质量安全意识也是保证产品安全质量有效性的重要一环。
1.3 饲料粉碎机的种类和性能分析
粉碎机可分为锤片式、劲锤式、对辊式和齿爪式。一般的畜禽饲料通常采用普通
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的锤片式粉碎机或对辊式粉碎机，普通的水产饲料可采用微粉碎机、水滴式锤片粉碎机、齿爪式粉碎机，而特种水产饲料和水产的开口饲料需要采用超微粉碎机，有的甚至需要用胶体磨才能达到开口饲料所需要的粒度要求。目前应用最广泛的是锤片式粉碎机和齿爪式粉碎机。 1.3.1 锤片式粉碎机
锤片式饲料粉碎机生产效率与其对物料的破碎能力和分离能力紧密相关，而生产效率低往往是由于粉碎后的碎物料不能及时排出粉碎室，造成重复粉碎，浪费了功耗 。 如何提高碎物料的分离能力是解决锤片式饲料粉碎机生产效率的关键，本文定义分离能力为单粒碎物料的分离速度与单粒碎物料过筛概率的乘积。基于此，研究碎物料的分离速度和过筛概率是提高分离能力的有效途径，本文从理论上分析影响碎物料分离速度的主要原因并提出提高分离能力的有效途径。
其粉碎原理是无支承式的冲击粉碎，在粉碎过程中由高速旋转的活动锤片与固定 圈的相对运动，使物料在粉碎室内发生旋转，对物料进行粉碎(含锤击、碰撞、摩擦等)的机具。物料在粉碎室内受高速旋转锤片的冲击作用，使物料在粉碎室内沿筛面形成圆周运动，产生环流层，大颗粒物料在外层，小颗粒物料在内层，物料达到粉碎粒度后通过筛孔，获得人们所要求大小的饲料。该类机具在粉碎过程 中锤片与物料的碰撞 绝大部分为偏心冲击，会消耗一部分能量，这也是锤片式粉碎机耗能高的重要原因之 一。同时，由于锤片式粉碎机的粉碎室结构和物料受高速锤片的冲击作用 ，物料在离心力作用下产生环流层，粉碎物料达到粒度要求后小颗粒物料不能及时从筛孔正常排出，出现了物料与锤片的反复冲击，形成物料的过度粉碎，粉碎电耗增加，物料的温度升高 ，使物料内的水分形成水蒸汽，水蒸汽与细粉末会粘附于筛片，产生堵塞筛孔现象，使粉碎效率下降，尤其在物料细粉碎时，环流对粉碎效率的影响更严重。要提高锤片式粉碎机效率，就必须破坏粉碎过程的环流产生。 1.3.2 齿爪式粉碎机
它是一种固定锤式粉碎机。工作时，料斗的物料借 自重和负压吸力而进入粉碎室的中央，受离心力和气流作用，自内圈向外圈运动，同时受到动、定齿爪和筛片的冲击、剪切、摩擦作用而被粉碎 ，利用动齿盘旋转时形成的风压，将粉碎物通过筛孔从 出料口吹出。由于该类型机具主轴转速较高，轴承易磨损、损坏，特别是金属异物进入粉碎室易造成破坏性事故，工作可靠性较低，噪声较高。
饲料生产中对粉碎机的性能要求：① 粉碎质量好，粒度均匀，利于混合；②生产效率高，单位成品的功率消耗小，成本低；③密封性能好，能防尘，减少泄漏损失；
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④构造简单，使用维修方便；⑤工作时灰尘少、噪音小。
影响粉碎效率的主要因素有：物料因素、粉碎机自身因素以及风网系统因素。 物料品种：不同品种物料的物理特性不同。粉碎的难易程度也不同。从物料物理性质比较，脆性、坚硬的物料较韧、软性物料易粉碎；从物料成分组成比较，水分、油脂、粗纤维含量高的物料难以粉碎。一般淀粉含量较高的玉米、大麦、高粱因结构松脆，易粉碎，产量高。而茎秆粗饲料的纤维含量高。难粉碎、产量低。例：在筛片孔径d=1.2mm、物料含水率<15％的情况下，玉米和高粱产量45～60kg／(kW·h)；薯藤12～16kg／(kW·h)，由此可见。物料不同度电产量相差很大。
物料的湿度：物料的湿度增大。结构松脆度下降。粉碎较难。而且容易堵塞筛孔。通常物料水分不超过14％时。水分增加，产量降低。有关资料表明：当玉米含水量从14.3％增到21％时。其生产率下降29％。功率消耗增加125％。其关系大致如表1-1所示。
表1 物料水分对粉碎产量的影响
Table 1 material moisture content to crushes the output the influence
项目
水分增加（%）
1 2 3 4 5
产量降低
6 8 10 12.5 15
筛片面积及开孔率的影响：锤片式粉碎机的生产率受筛片通过能力的制约。它们的关系如下式：
G?vF?*3600 （1-1） 式中：G——生产率(t／h)；
v——物料通过筛孔时的平均速度(m／s)； F——筛片的有效筛理面积(mz)；
?——物料的容重(t／m )。
由上式可见，加大筛片面积、提高筛片的开孔率(增大有效筛理面积)，可提高粉碎机的生产率。
1.4 锤片式粉碎机技术发展研究的方向
粉碎机技术的发展是随着饲料粉碎技术的发展而发展，近年来，我国养殖规模、养殖品种的多元化发展，对饲料粉碎机提出了新的要求，今后几年的粉碎机技术研究应主要集中在以下几个方面：
（1）粉碎机应主要从最佳粉碎粒度和粉碎成本的经济合理方面考虑，研究粉碎机
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与畜禽鱼饲料的最佳粉碎粒度的关系，促进粉碎机向专业化、系列化方向发展，同时开发一些专用粉碎机。
（2）新型锤片式粉碎机开发研究，对锤片式粉碎机的结构进行优化，开发锤筛间隙可在线调整锤片粉碎机。
（3）粉碎机与吸风系统的配套研究。通过对粉碎机结构的改进、粉碎机吸风系统的合理配置，以获得最佳经济性能和粉碎效果。
2 总体方案选择与设计
2.1 总体方案
小型粉碎机的优点是结构简单，体小灵活，造价低，采用单相电机驱动。从而可以根据自养禽畜及饲料资源情况，进行自行饲料加工，无疑有利于农村开发和利用饲料资源，发展畜牧业生产，活跃商品经济。总体方案设计的核心主要是粉碎室、转子及主要性能参数的设计与计算。
锤片粉碎机时利用高速旋转的锤片对进入粉碎室的物料反复锤击，加上转子的旋转离心作用，使物料在粉碎室内的齿板与筛片间互相撞击，粉碎成细小粉末。粉碎机粉碎的结构形式对粉碎性能有重要影响。目前粉碎室的型式主要有圆型、椭圆型、水滴型等。圆型模式相对来说制造方便，但物料在喂料口沿切向进入粉碎机时，可能会弹出，存在一定损耗。而椭圆型的型式，按照现有的设计理论和方法还不能仅经过计算就能获得这些主要参数的最佳值。像粉碎机的锤片线速度、短轴锤筛间隙，粉碎室椭圆度、筛片包角等4个主要参数的最佳值及其组合只有通过试验获得。因此，由粉碎理论综合考虑，破坏物料在粉碎室内所形成的环流，是提高粉碎效率、降低能耗的关键。为此，设计了水滴型粉碎室。使物料环流在筛片与转子组成的水滴型粉碎室内，由于锤筛间隙不等受到破坏，同时增加了锤片对物料的打击次数，使已经粉碎好的物料能及时通过筛孔排出。达到了提高粉碎能力，排粉效率和降低能耗的目的。如图2-1所示。
图2-1 粉碎室及转子的配置
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锤片式饲料粉碎机设计
