提高有篩錘片粉碎機
粉碎效率的主要途徑
章齊勝顆粒物料的粉碎及粗破物料的微粉碎是飼料加工廠最重要的工序之一，亦是動力消耗最大的工段，一般佔整個飼料廠總動耗的30%～50%，提高粉碎效率是節約能耗重要途徑之一。顆粒物料及粗破物料在粉碎腔內受旋轉錘片的撞擊和摩擦，使被粉碎的物料形成比原顆粒更小的顆粒，飼料粉碎粒度畜禽飼料為公釐級和微公尺級，魚蝦飼料屬微公尺級。在有篩的粉碎機內，當顆粒物料被粉碎後尚未完成粉碎作業的全過程，必須使粉碎達到粒度的顆粒通過篩孔排出機外，才完成粉碎的全過程。
所以，有篩錘片粉碎機粉碎作業應包括顆粒物料的粉碎和達到粒度粉料通過篩孔兩個階段。為此，有篩錘片粉碎機粉碎作業的分析研究，需從只兩個階段來討論。
有篩錘片粉碎機粉碎的單位能耗，一般來說在篩孔2mm時，粉碎玉公尺單位能耗國內外較先進的指標要為：0.11t/kw·h～0.
13t/kw·h，1mm時單位能耗0.030t/kw·h～0.032t/kw·h。
為此，國內外飼料科技工作者和飼料機械生產廠商進行了長時間的研究和改進，使有篩錘片粉碎機的粉碎效率取得了不同程度的提高，一般粉碎效率可提高10%～20%已屬於較先進的粉碎效能。為了改進現有粉碎機的結構，提高粉碎機的產量。對有篩錘片粉碎機物料在粉碎室內的運動狀態、粉碎過程和通過篩孔時的受力狀況等有關問題進行討論是十分有益的。
一、粉碎機系統的構成：見圖1
粉碎機系統的構成常為粉碎機喂料器，粉碎機、密封水平輸送機、脈衝布袋除塵器(含風機)及垂直斗式提公升機等系統組成。每乙個部分的引數確定的正確否、裝置布置的合理否對粉碎效率均有不同程度的影響。
圖1 粉碎機系統圖
二、物料在有篩錘片粉碎室內的運動狀態
1、物料在粉碎室內的運動狀態
1)、粉碎物料和錘片粉碎機的基本引數
(1)、粉碎前物料及粗粉碎後物料的基本特性和要求：
飼料廠顆粒原料及已粗粉碎粉料的特性(以玉公尺為例)：顆粒原料以玉公尺為主及已粗粉碎粉料的密度為1.2g/cm3～1.
4g/cm3；玉公尺顆粒單粒質量為0.5g～0.6g及粗粉碎粉料和粗粉碎粉料的單粒質量為0.
00156g～0.05g；顆粒玉公尺和玉公尺粉粒度分別為10mm×8mm×5mm及2.0mm～0.
5mm。粉碎後物料以禽畜和魚蝦為主的粗碎和中細粉碎：粉碎後的粒度為2.
0mm～0.5mm和0.5mm～0.
1mm。玉公尺的壓斷裂破碎力180n～220n(不包括高溫乾燥玉公尺)。
(2)、錘片粉碎機作業時的基本特性
錘片粉碎機轉子在工作時錘片端部線速達90m/s左右，錘片與單粒物料打擊時間為4×10-5～1×10-5秒。粉碎室內高速旋轉的轉子具有近似於風機的效應，使粉碎室內具有高速旋轉的氣流，粉碎機轉子中心處於負壓狀態可達1400pa左右，轉子錘片外緣處於正壓狀態約有100pa左右見圖2。在無吸風時，物料進口和篩板篩孔處受正壓氣流作用將有氣流外噴現象，由於正壓氣流使物料與篩面接觸而通過篩孔。
圖2 粉碎室內空氣壓力分布
2)、物料在粉碎室內的運動狀態：
顆粒玉公尺進機後的粉碎分為：顆粒玉公尺進機時的粉碎和在粉碎室內粗粉碎後的再粉碎兩個階段。其運動分析亦為這兩階段的運動分析：
(1)、顆粒玉公尺進機時的粉碎狀態
目前粉碎機主要為由徑向自流入粉碎室上部見圖3，物料入粉碎室上部
ab圖3玉公尺進機時的粉碎狀態
經喂料機自流進入其速度為1～2m/s左右，錘片線速90m/s，粉碎物料相對於錘片幾乎為靜止狀態，物料受到第一次錘片撞擊見圖3，a。粉碎機直徑為1120mm，轉子圓周分布6片錘片，第一片錘片撞擊到第二片錘片撞擊的間隔時間僅為0.006s。
玉公尺以連續參差不齊地進入粉碎室，錘片排列前後左右均錯開，確保每片錘片都能片撞擊到玉公尺。由於顆粒物料進粉碎室排列並非整齊，顆粒物料受到錘片的撞擊多為偏心撞擊，部分為正撞擊，正撞擊顆粒物料受正壓力而斷裂，偏心撞擊顆粒物料受剪下力而斷裂，偏心撞擊要比正撞擊易粉碎物料，僅為正撞擊破碎的30%左右的能量。
實際顆粒物料與吸風一同進入粉碎機室，並首先衝擊的是外層旋轉的料環，將顆粒物料及料環向內移動見圖3，b，向內移動距離決定衝擊力大小，衝擊力使顆粒受到錘片端部撞擊的位置為最佳。粉碎或未粉碎的物料，受高速旋轉錘片的打擊及轉子的風機效應，加入料環一起作旋轉運動。
(2)、粉碎室內粗粉碎後的再粉碎時狀態
被撞擊粉碎後物料以接近90 m/s高速切向飛出，撞向篩板或物料上，再次撞擊粉碎，由於粉碎室內物料眾多，物料與物料的撞擊時接觸時間大大延長，再次撞擊粉碎效果較差。但物料進入粉碎室經粉碎後，將跟隨高速旋轉的轉子產生的氣流而作旋轉運動，旋轉速度逐步提公升，當物料運動時的阻力(其阻力主要是物料與篩板的摩擦力)與旋轉氣流產生的旋轉力處於平衡時，物料運動速度不再提速，顆粒小和密度小的物料旋轉速度較高，顆粒大和密度大的物料旋轉速度較低。旋轉運動的粉狀物料就產生離心慣性力f=mrω2，由於旋轉的半徑和角速度相同，離心慣性力大小決定顆粒質量。
由於粉碎顆粒大小相差40～100倍以上，顆粒大或質量大的物料離心慣性力就大，顆粒小或質量小的物料離篩面較遠，顆粒大和質量大的物料將貼近篩面，其速度沿半徑方向逐步連續遞減見圖4。而吸風對小顆粒易吸走，使部分小顆粒靠近篩面，通過篩孔，亦增加物料對篩面的壓力和摩擦力。
圖4粉碎室內物料速度分布
(3)、粉碎物料通過篩孔的運動分析
粉碎室內物料受到離心慣性力(物料在篩孔內無離心慣性力，而受離心慣性力的擠壓力)、轉子的風機效應和吸風在篩板內外的壓力差三者作用下，是物料通過篩孔的作用力。該力使物料貼緊篩面，增加了篩面與物料的運動阻力，使物料旋轉速度下降，其平均速度為錘片端部線速的50%～70%，但物料仍有一定速度在篩面上滑動。物料接觸篩面並在篩面上滑動，是物料通過篩孔必要條件。
由於貼近篩面的物料作旋轉運動，物料的運動方向與物料出篩孔方向幾乎是垂直，對物料通過篩孔影響較大。雖然物料有分內外層，內層粒度小，外層粒度大，由於錘片在物料中的擾動及吸風使小粒靠近篩面，為小粉粒創造了通過篩孔的條件。在吸風狀態下，在環形篩面篩孔的穿孔風速分布有較大差異3m/s～9m/s見圖5.。
粉碎機進料口附近的篩板吸風阻力較大，使篩板上部進風不暢，通過篩孔風速較低；通過篩板下部吸風阻力較小，
圖5. 穿孔速度的分布圖
吸風量較上部大，通過篩孔的風速較高，使粉碎後的物料易通過下部篩孔。物料粉碎的平均粒度隨篩孔減小而均勻。
粉狀物料因隨高速旋轉錘片產生的氣流而作旋轉運動，其線速達55m/s～65m/s，而物料通過篩孔有一定時間，當物料旋轉的線速大於通過篩孔的時間，粉料通過篩孔就困難。因此，線速不宜過高。粉料通過篩孔的時間取決於作用於垂直於篩孔內粉粒的擠壓力、孔內的風速和篩板內外的靜壓差。
為此，物料旋轉運動的線速、風壓和風量應有乙個最佳的配合。
2、錘片粉碎機的粉碎原理
實際有篩錘片粉碎機的粉碎過程，包括撞擊粉碎(包括正撞擊和偏心撞擊)和摩擦粉碎兩種粉碎形式。現就兩類粉碎原理分作如下討論：
1)、撞擊粉碎
高速旋轉錘片質量為m1為，被粉碎物料的顆粒質量為m2，錘片線速90m/s，粉碎物料顆粒的自流入粉碎室時線速為1m/s～2m/s以下，物料跟隨高速旋轉的轉子而旋轉，其平**速達55m/s～65m/s。被撞擊後的物料的線速與錘片線速接近達90 m/s。未受錘片撞擊的物料，物料與錘片側面之間有滑動。
顆粒物料撞擊為偏心撞擊和正撞擊，然後粉料的二次粉碎多為正撞擊，而偏心撞擊屬剪下粉碎。正撞擊粉料與物料性質有關，物料表面硬度硬，撞擊時間短；物料表面韌性，撞擊時間長。物料料層厚，撞擊時間長；撞擊時間短比撞擊時間長的粉碎效果優。
(1)、玉公尺的粉碎時撞擊力計算：玉公尺的壓斷裂破碎力180n～220n。
撞擊時間為4×10-5～1×10-5秒，撞擊時間與物料性質有關，脆性撞擊時間短，韌性撞擊時間短，玉公尺質量0.5g～0.6g，可視為錘片質量為無窮大，設玉公尺的初速度為1m/s
正撞擊的撞擊力計算：衝量=動量
即fts = mv
撞擊力f= mv/ts(n)
m ：撞擊物質量kg，v：撞擊速度m/s， ts：撞擊時間s
f=10-3×0.5g×(90 m/s－1m/s)/2×10-5 s =2225(n)
當鎚片與玉公尺的線速差89m/s時，撞擊力2225n遠大於玉公尺壓斷裂破碎力220n的破碎力，具有較好的粉碎效果。
當物料跟隨錘片加速後，錘片與玉公尺的線速差為90m/s－45m/s=45m/s時，撞擊力亦達1125n，此時，仍能較好地粉碎玉公尺。
因玉公尺與錘片撞擊很大一部分屬偏心撞擊，錘片與玉公尺是偏心撞擊屬剪下粉碎，剪下粉碎所需粉碎力將比正撞擊小70%～80%，破碎玉公尺剪下粉碎力只需35n～66n就能粉碎。
(2)、玉公尺粗粉的再粉碎的撞擊力計算：
玉公尺胚乳部分破碎力約50n，玉公尺粉再粉碎的撞擊基本屬正撞擊。
撞擊時間為4×10-5～1×10-5秒，撞擊時間與物料性質有關，脆性撞擊時間短，韌性撞擊時間短。所以，玉公尺粉特別是粉質部分撞擊時間較玉公尺顆粒長，玉公尺粉質量0.00156g～0.
05g；而且在玉公尺粉已在粉碎室內作旋轉運動，其線速達50m/s，與錘片速差40m/s左右。
撞擊力f= mv/ts(n)
f=0.05g×40m/s×10-3/3×10-5=66(n)
當玉公尺粉單粒質量小於0.03g時，靠錘片撞擊難以粉碎小顆粒物料。
高速旋轉的錘片66n的撞擊力對玉公尺的胚乳部分能粉碎，而且顆粒越小和密度越低的物料越難粉碎，最後到靠撞擊亦難以粉碎的地步。
由於有篩錘片粉碎機實際在撞擊粉碎過程中不是單顆粒粉碎，在物料進料及粉碎室內，粉碎物料屬群體狀態下進行撞擊粉碎，粉碎物料既有一定密度，又有處於鬆散狀態。撞擊粉碎時將延長撞擊時間和減少撞擊力這對粉碎並非有利。
2)、摩擦粉碎：
由於進入粉碎室的粉碎物料屬群體狀態下運動，群體物料在粉碎室內構成乙個接近篩面形狀的料環，料環厚度一般在40mm～60mm左右。料環隨高速旋轉錘片產生的氣流和錘片帶動下作旋轉運動，但物料旋轉的線速低於錘片線速，平**速55m/s～65m/s。而且，料環內部有分層，旋轉速度從裡層到外層連續逐漸遞減，外環物料線速達30m/s～50m/s，與篩板速差亦有30m/s～50m/s。
該旋轉物料的線速產生的離心慣性力作用於篩板上，使物料與篩板之間產生摩擦力，只要篩板內表面和錘片側面有足夠的粗糙度，該摩擦力對群體粉狀物料可獲得較好的摩擦粉碎效果。該摩擦粉碎效果與物料對篩板的線速差和篩板粗糙度有關。摩擦粉碎屬摩削粉碎和切削粉碎，而切削粉碎的破壞力僅為10n～20n，所以，摩擦粉碎是一種有效的粉碎形式。
整粒玉公尺的粉碎，主要以撞擊粉碎為主，而在粉碎室內高速旋轉的粗粉碎物料以撞擊粉碎和摩擦粉碎共同作用，過度到以摩擦粉碎為主，撞擊粉碎和摩擦粉碎兩者均為重要的粉碎形式，特別當篩板具有較高的粗糙度，摩擦粉碎的效果更為顯著。所以，新篩板比舊篩板粉碎效果好，就是該因素的作用。
三、影響有篩錘片粉碎機粉碎效率因素，
有篩錘片粉碎機的粉碎效率取決於兩個因素：
1、取決於物料粉碎到所需粒度的效果，是確保粉碎效率基礎；
2、取決於已達到粉碎粒度的粉料能否迅速通過篩孔，是確保粉碎效率關鍵。
兩者都是影響粉碎效率的重要因素。由於有篩錘片粉碎機的結構設計與引數確定不夠合理、粉碎機篩板的開孔率不高或吸風系統設計或操作不夠正確，使物料粉碎效果不佳或通過篩孔機會下降，就影響了粉碎效率。以下就影響粉碎和過篩兩個環節來進行討論：
1、粉碎
影響有篩錘片粉碎機的粉碎效率主要由以下兩個因素：
一是物料粉碎效果，核心是取決於物料與錘片的速差；
二是已粉碎到粒度要求的物料應迅速通過篩孔，核心是破壞料環層的效果和物料通過篩孔的作用力，如進風效果及篩板的穿孔速度等因素。
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