(二)物料的力学性质 物料的力学性质与所要选择的粉碎方式有很大的关系。根据物料应变与应力的关系，以及极限应力的不同，其力学性质包括以下5种： a. 强度——物料的强度是指其对外力的抵抗能力。通常以材料破坏时单位面积上所受的力即或Pa来表示，按受力破坏的方式不同，可分为压缩强度、拉伸强度、扭曲强度、弯曲强度和剪切强度等。 b. 硬度——硬度表示物料抵抗其它物料刻划或压入其表面的能力，也可理解为在固体表面产生局部变形所需的能量。 c. 脆性——脆性是与塑性相反的一种性质，从变形方面看，脆性材料受力破坏时直到断裂前只出现极小的弹性变形，而不出现塑性变形，因此其极限强度一般不超过弹性极限。 d. 韧性——材料的韧性是指在外力的作用下，塑性变形过程中吸收能量的能力。吸收能量越大，韧性越好，反之亦然。 e. 易磨(碎)性——仅用强度和硬度还不足以全面精确地表示材料粉碎的难易程度，因为粉碎过程除决定于材料物理性能外，还受物料粒度、粒形、粉碎方法等诸多因素的影响。所谓易碎性即在一定粉碎条件下将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需要的功耗比。 对一种具体的物料来说，上述5种力学特性之间有内在的联系，导致物料综合性质的复杂化，这些对于粉碎时所需要的变形力均有影响。总的来说，凡是强度越强、硬度越小，脆性越小而韧性越大的物料，其所需要的变形能就越多。选择粉碎方法的重要依据是被粉碎物料的物理性质。其中，被粉碎物料的强度和破裂性是两个主要指标，对于坚而不韧的物料，撞击和挤压较有效;对于韧性物料以剪切较好，对脆性物料以撞击破碎为宜。在饲料加工中，谷物原料的粉碎一般用锤片式粉碎机，以撞击粉碎作用为主，含纤维多的如砻糠等原料则以剪切和磨碎为主。总之，根据物料的物理和机械特性，正确选择粉碎方法，对提高粉碎效能，节约能耗具有重要意义。 (三)粉碎模型 Rosin-Rammler等认为：粉碎产物的粒度分布具有二成分性，即合格的细粉和不合格的粗粉。根据这种双成分析，可以推论，颗粒的破坏与粉碎并非由一种破坏形成所致，而是由二种或二种以上破坏作用所共同构成的。 a.体积粉碎模型——整个颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粉成分，撞击粉碎和挤压粉碎于此模型较为接近。 b.表面粉碎模型——在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面产生破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。这种情形是典型的磨碎和研磨粉碎方式。 a. 均一粉碎模型——施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉。均一粉碎模型仅符合结构极其不紧密的颗粒粉碎。 实际粉碎过程往往是前几工种粉碎模型的综合，前者构成过度成分，后者形成稳定成分。体积粉碎与表面积粉碎所得的粉碎产物的粒度分布有所不同，体积粉碎后的粒度较窄较集中，但细颗粒比例较小，表面粉碎后细粉粒较多，但粒度分布范围较宽，即粗颗粒也较多。 第二节 粉碎设备 一、粉碎设备的分类 按粉碎机械的结构特征可将粉碎设备分为五类， 锤片式粉碎机：该机利用高速、旋转的锤片撞击作用使物料破碎。其结构简单、操作方便、价格便宜、适应性广，除水分较高饲料外，几乎可粉碎所有饲料。如淀粉含量较高的谷物，含油较高的饼粕，含纤维较高的果壳、秸秆等。目前国内、外饲料厂普遍采用该种机型。 爪式粉碎机：主要利用撞击和剪切作用，撞击部件与设备固定，撞击作用强烈，适合粉碎脆性硬质物料。 盘式粉碎机(盘磨)：利用磨擦与切削作用粉碎饲料。盘式粉碎机的工作面有圆盘形式或圆锥形，可以一盘固定、一盘转动，或以两盘相向转动。该机适用于粉碎干燥而不含油的饲料，可得较细的成品。 辊式粉碎机：常用两个表面带有横向斜齿的同径磨辊，因相向或不同速转动而产生的剪切、挤压作用将物料粉碎，适合粉碎谷物饲料，不适于粉碎含油或含水分大于18%的物料。 破饼机：将大块油饼破碎成小块，以后经粉碎机细碎。破饼机有锤片式及对辊式两种。锤片式机械结构简单，但噪声大，辊式的机械结构复杂。 按产品粒度来分：粉碎机可分为粗碎机、中碎机、微粉碎机和超微粉碎机。 在饲料生产企业，一般选用中碎的锤片式粉碎机做为主要粉碎机械。 二、锤片式粉碎机 (一)锤片式粉碎机的种类 按粉碎机的进料方向，锤片式粉碎机有径向(顶部)进料式、切向进料式和轴向进料式三种。按筛板的形式分类有：有筛式、无筛式。按粉碎室的形状分类有：环形粉碎室和水滴形粉碎室粉碎机。在饲料厂中应用最为广泛的是顶部进料的锤片式粉碎机。 二)一般构造和工作过程 1、一般构造 锤片式粉碎机一般由供料装置、机体、转子、齿板、筛片(板)、排料装置以及控制系统等部分组成。 a .进料口 进料口的作用是使物料能均衡地进入粉碎机。按进料方向可分为切向、径向和轴向进料式。切向进料式锤片式粉碎机多用半圆形底筛，通常小型粉碎机中采用较多。轴向进料可在最大范围内安装筛板，有利于及时地排出粉碎的细物料。径向进料式锤片粉碎机，适合于加工谷物、饼粕或其它颗粒不很大的原料以及产量较大的粉碎机。进料挡板可以调节进料方向，转子可作正反向旋转，这样，锤片一个角磨损后，将转子反转不必调换锤片，就可以用锤片的另一个边角锤击物料，减少更换锤片的次数。 b.转子 转子是锤片粉碎机的主要工作部件，包括锤片、销轴、锤片架及中心轴等等。锤片通过销轴连接在锤片架上，锤片架由主轴带动高速旋转，进而使锤片获得很高的线速度，在锤片的高速撞击下物料被粉碎。 c.筛片 筛片包在转子外面，所包围的空间称为粉碎室，物料在粉碎室内被锤片击碎后，细的粒子通过筛孔排出，故筛片主要起着控制粉碎粒度的作用。同时筛片在粉碎期间也对物料起搓擦、剪切作用。筛片所包围的粉碎室部分所对应的圆心角，称为包角，包角是筛片的主要参数之一。筛片属易损部件。 d.机体 粉碎机的机体的作用主要是支撑固定工作部件、保证物料顺利进入粉碎室，在机体的内腔装有筛片，同时将被粉碎且能穿过筛孔的物料收集，使之从下部排料口顺利排出。 2、工作过程 粉碎机的工作机理比较复杂，也有许多研究。现仅介绍大家公认的顶部进料式锤片式粉碎机的工作机理。原料由粉碎机顶部靠重力自流进料方式落入粉碎机进料口，下落速度约1.64～3.28m/s，原料在转子的上方受到锤片的第一次打击，在初始破碎区，由于原料与锤片端部的速度差异极大，物料流的大部分被粉碎或破裂。这个区域也是粉碎室内唯一的物料流与筛面呈几何垂直、可利用筛孔整个直径的筛分能力的区域。随后，颗粒物料流被锤片加速形成沿着筛片内表面运动的环流层，环流层的速度略低于锤片末端的速度。愈贴近筛面的料层速度越低，而靠近锤片末端的料层速度则较高。此区域较窄并被称为加速区。被粉碎了的物料欲通过筛孔排出，其速度应达到一个与筛面垂直的排出速度。贴近筛面的粉碎物料受到筛面的磨擦作用而降低其环流速度，并受到与筛面垂直的离心力、压力和气流作用，使其能排出筛外。但从根本上说，环流层沿筛面的运动速度很高，使受离心力作用影响大的大颗粒贴近筛面，而细颗粒不能及时排出，造成锤片的磨损、料温升高以及过度粉碎。 (三)主要工作部件 1、锤片 锤片是锤片式粉碎机最主要的，也是最易损耗的工作部件，锤片借助销轴连结在锤架板上。其形状尺寸、工作密度与排列方式、材料材质与制造工艺等，对粉碎效率和工作质量均有较大的影响。 锤片的形状很多，其中矩形锤片因其通用性好、形状简单、易制造和节约原料而应用最广。它有两个销孔， 其中一销孔连在销轴上，可轮换使用四个角来工作。在角边堆焊碳化钨或特殊的耐磨合金，可以延长使用寿命2～3倍，但制造成本较高。阶梯形锤片耐磨性能差，多角形锤片与尖角形锤片相似，它们具有粉碎效果好、使用寿命长的优点，但制造复杂、生产成本高。 我国的锤片式粉碎机的锤片已标准化，1986年由中国农机院拟定的机械工业部部标三种规格，都是矩形双孔锤片，其中I型用于小型粉碎机，锤片的材料与热处理工艺的选择很重要。目前我国常见的有低碳钢固体渗碳淬火、中碳钢热处理、特种铸铁和在锤片工作棱角堆焊耐磨合金等多种方式。不论何种方法都应在保证耐磨耐用的同时，保证锤片耐受冲击、生产安全。当采用45号、65号!、65Mn、60SiMn等优质钢做锤片的材料时，热处理后淬火区硬度为HRC50～57，非淬火区硬度不超过HRC28。一般使用60～100小时后锤片应换角使用。 为延长锤片寿命，最常见的方法是堆焊碳化钨合金，焊层厚1～3mm。其使用寿命比65Mn整体淬火锤片的使用寿命提高了7～8倍，但成本高出2倍。堆焊碳化钨锤片的缺点是对焊接工艺和转子平衡的要求较高。 锤片安装在转子销轴上的位置，称做排列方式。它关系到转子平衡、物料在粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度。对锤片排列的要求：锤片的运动轨迹不重复、沿粉碎室宽度锤片运动均匀、物料不被推向一侧、有利于转子的平衡。常用的锤片排列方式有4种。 1〕螺旋线排列：有单螺旋线与双螺旋线两种。排列方式简单、轨迹均匀而不重复。缺点是作业时物料将顺螺旋线的一侧推移，使此侧锤片磨损加剧，粉碎室沿宽度(轴向)方向负荷不均匀。销轴I和III(或II或IV)上离心力的合力R1和R3(或R2和R4)的作用线相距e>0，两力不能平衡，当转子旋转时，出现不平衡力矩，使机器产生震动。故应用渐少。 2〕对称排列：即对称轴I和III、II和IV上的锤片对称安装。对称排列的锤片运动轨迹重复，在相同轨迹密度下，需用较多锤片。优点是对称销轴的离心力合力作用线重合e=0且大小相等，因此可以相互平衡，故转子运行平稳，物料也无侧移现象，锤片磨损比较均匀，故应用最广。 |
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