粉碎機(jī)對我們來說不陌生，我國古代就有磨、樁、臼（jiu）等，估計(jì)已有2000多年的歷史了，離我們生活再近一點(diǎn)，我們?nèi)祟惖难例X，也是一付完美的粉碎機(jī)，可能有50萬年以上的歷史了。近代的工業(yè)革命，產(chǎn)生了金屬制造的粉碎機(jī)械，水滴型錘片粉碎機(jī)是發(fā)展至今比較成熟的機(jī)型。由于飼料粉碎機(jī)的效率和均勻度關(guān)系到企業(yè)的利潤和前途，如何改進(jìn)粉碎機(jī)一直是企業(yè)界和科技界關(guān)心的話題。
一、飼料錘片粉碎機(jī)存在的問題
首先是發(fā)現(xiàn)問題，只有準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問題，才可能去解決問題，去發(fā)明創(chuàng)造。
先看圖１、圖２，一種水滴型錘片式粉碎機(jī)，通常由進(jìn)料口、機(jī)體、轉(zhuǎn)子、錘片、篩片及其壓篩架、電機(jī)、出料口等組成，工作時(shí)，由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子上的錘片旋轉(zhuǎn)，物料從進(jìn)料口進(jìn)入后被錘片不斷錘擊而粉碎，粉碎后的物料粉粒穿過篩片的篩孔，從粉碎機(jī)出料口排出。
這種飼料錘片粉碎機(jī)存在以下問題：
1.物料從粉碎機(jī)進(jìn)料口進(jìn)入時(shí)，方向朝下，粉碎機(jī)錘片以切線方向錘擊物料，對物料的錘擊相對速度大約86-100米/秒（指主體物料速度分布函數(shù)，以下同。），這有利于提高粉碎效率，物料進(jìn)入后經(jīng)錘片碰擊，隨錘片同向運(yùn)動(dòng)，速度大約在50-100米/秒，此時(shí)，錘片對物料的相對速度迅速減小,速度差約10-50米/秒，而粉碎機(jī)錘片對物料的相對速度大才有利于提高粉碎效率。
2.粉碎機(jī)為提高粉碎效率，錘片須有很大的運(yùn)動(dòng)速度，對動(dòng)植物類物料來說，一般需100米/秒左右，物料在錘片帶動(dòng)下作同向運(yùn)動(dòng)，在對應(yīng)篩片弧長的區(qū)域，也有50-100米/秒左右，而通常物料在篩表面的運(yùn)動(dòng)速度希望較低，這樣物料沿圓周的切線方向在篩孔表面經(jīng)過時(shí)，容易獲得機(jī)會(huì)和足夠的時(shí)間穿過篩孔，使得產(chǎn)量和均勻度都提高。根據(jù)目前常用的篩孔直徑和篩片厚度來分析，物料粉粒在０-20米/秒時(shí)，過篩效果會(huì)更好，可以明顯提高產(chǎn)量和改善粉粒的均勻度，但現(xiàn)有粉碎機(jī)不能同時(shí)兼顧錘片高速度和篩表面物料低速度，這就是著名的"錘擊高速過篩慢速"難題，即"雙速問題"（我們在使用雙速電機(jī)粉碎機(jī)時(shí)，已經(jīng)了解這種現(xiàn)象存在，如60型粉碎機(jī)4極電機(jī)，1450轉(zhuǎn)/分，錘片速度在40-50米/秒時(shí)，產(chǎn)量下降，但均勻度提高，60型粉碎機(jī)2極電機(jī)，2950轉(zhuǎn)/分，錘片速度在100-80米/秒時(shí)，產(chǎn)量提高，但均勻度下降。）。
3.在粉碎機(jī)內(nèi)，物料運(yùn)動(dòng)是沿篩表面的切線方向，而物料出篩孔是在篩表面的法線方向，這不利出料。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的粉狀物料就產(chǎn)生離心力場a=rω2，物料隨機(jī)分布在篩內(nèi)表面，細(xì)粉料穿過篩孔，大粉粒被篩孔檔住，在篩近表面就形成一層顆粒分布較粗的料環(huán)，該料環(huán)有堵篩孔的作用，同時(shí)又阻擋了粉碎機(jī)內(nèi)層顆粒分布較細(xì)的料環(huán)，阻擋了內(nèi)環(huán)細(xì)粉料和篩孔接觸的機(jī)會(huì)，如何破壞此物料環(huán)，就成為重點(diǎn)，這就是常說的"破環(huán)"問題。
上述問題是困擾粉碎機(jī)技術(shù)進(jìn)一步提高的關(guān)鍵難題。
二、現(xiàn)有的改進(jìn)方案
長期以來，人們經(jīng)過努力，已經(jīng)產(chǎn)生了許多改進(jìn)的方案。
典型的是水滴型粉碎機(jī)，在進(jìn)料口成尖形，順物料切線方向運(yùn)動(dòng)，可以將物料環(huán)內(nèi)的物料翻到篩表面，改善出孔方向，增加錘片和物料的相對速度差，但相位有局限（僅第Ⅰ相位）。
調(diào)整錘片和篩片的距離，也可以影響篩表面的物料速度，見圖3：
圖3
物料環(huán)維持的動(dòng)力源是錘片，靠近錘的是高速區(qū)L3，其次是中速區(qū)L2，再遠(yuǎn)的是低速區(qū)L1，每個(gè)速區(qū)的L寬度和物料的顆粒大小有關(guān)，顆粒大的物料，速區(qū)L大，顆粒小的速區(qū)Ｌ小，此外，篩孔對速度的適應(yīng)性也不同，如6毫米篩孔（較少采用），對0-100米/秒的物料速度都有很好的適應(yīng)性，但1毫米篩孔，對1-20米/秒的物料速度比較合適，由于錘片會(huì)漸漸磨損變化，同時(shí),粉碎機(jī)工作時(shí),從空機(jī)進(jìn)料到逐漸工作穩(wěn)定,粉碎腔內(nèi)的物料顆粒度會(huì)逐漸變細(xì),原來的速區(qū)L寬度會(huì)發(fā)生變化,因此通過調(diào)整錘篩間隙完全解決出篩問題，不容易實(shí)現(xiàn)，這種原理，很好地說明了為什么同一粉碎機(jī)，錘片新舊，產(chǎn)量會(huì)有很大區(qū)別，為什么物料在開始一段時(shí)間產(chǎn)量高,過一段時(shí)間,產(chǎn)量會(huì)慢慢下降,為什么有的粉碎機(jī)，標(biāo)注的原理并不科學(xué)，報(bào)的數(shù)字倒很好看,宣傳的每噸耗電,好象很省電,但取樣時(shí)間往往在開始的前半小時(shí),但要它作2-4小時(shí)連續(xù)考核,就原形畢露。為此很多使用單位都大呼上當(dāng)!
水滴型粉碎機(jī)在錘篩間隙和風(fēng)的合理調(diào)節(jié)下,會(huì)在某一個(gè)階段,獲得很好的技術(shù)指標(biāo),但是,他們增加,只能在同一篩孔條件下,產(chǎn)量增加,而往往產(chǎn)量增加的同時(shí)粒度分布情況變粗,不能做到細(xì)度不變的條件下,產(chǎn)量增加,因此,高產(chǎn)是不穩(wěn)定,不持久的,隨配方,水分等條件變化的,相關(guān)的技術(shù)特征不能解釋所發(fā)生的情況。
魚鱗篩也是一種進(jìn)步，迎物料切線方向開孔，使物料運(yùn)動(dòng)方向和篩孔方向一致，相位可以在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，全相位；突出的孔邊，增加阻力，有利錘片和物料的速度差，但缺點(diǎn)是篩價(jià)格貴，小篩孔開孔率低，0.8毫米以下不能做，正反轉(zhuǎn)不方便，實(shí)際效果不抵付出的代價(jià)。
橫寬型振動(dòng)篩錘片粉碎機(jī)（申請專利技術(shù)），首先，結(jié)構(gòu)上，在粉碎機(jī)篩下面裝一偏心振動(dòng)電機(jī)，偏心快的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的反作用力，使篩面有序地從各個(gè)相位連續(xù)不斷地接近旋轉(zhuǎn)的錘的末端，這種振動(dòng)改變了粉碎機(jī)堵篩狀況。
粉碎機(jī)的篩和錘片不相接觸，通常有一個(gè)距離，我們稱作"錘篩間隙"，這是粉碎機(jī)最薄弱、最困難的地方，一方面是功率巨大的高速運(yùn)動(dòng)的錘片，一方面是靜止的篩網(wǎng)，整個(gè)粉碎機(jī)的產(chǎn)量和均勻度都卡在這個(gè)地方，而振動(dòng)源的目的就是作用在這個(gè)關(guān)鍵部位，這個(gè)地方增加動(dòng)力源，會(huì)極大地改善粉碎機(jī)工作條件，首先，篩朝前朝后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，合格物料穿出篩孔，不合格物料被彈回，給后面的物料一個(gè)重新和篩孔接觸的機(jī)會(huì)，有利打破物料環(huán)。篩朝前朝后運(yùn)動(dòng)，相對旋轉(zhuǎn)的錘的末端，相當(dāng)錘片末端對篩孔正面的有一個(gè)推力作用，篩振動(dòng)和魚鱗篩相比，異曲同工，不受相位局限，又不同魚鱗篩，無須特別制造工藝，無正反轉(zhuǎn)的不方便。
通常，我們發(fā)現(xiàn)不同的物料，不同的粉碎細(xì)度，需要調(diào)節(jié)不同的錘篩間隙，但是調(diào)節(jié)很難，調(diào)節(jié)會(huì)花去許多時(shí)間和精力，調(diào)試得出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)也很難重復(fù)利用，有的粉碎機(jī)有調(diào)節(jié)粉碎機(jī)錘篩間隙的錘片銷孔，例如一種粉碎機(jī)，一個(gè)轉(zhuǎn)子，兩種錘孔距離，但操作不方便，有的書上說，"玉米３毫米篩孔，錘篩間隙12-18毫米較好，魚粉２毫米篩孔，錘篩間隙，６毫米較好"。如果有人將這本粉碎機(jī)操作說明書寫出來，讓員工去執(zhí)行，這不容易，這個(gè)員工可能要有雷鋒的責(zé)任感和華羅庚的數(shù)字記憶力，成本太大，飼料廠用不起。錘篩間隙規(guī)律是一直存在的，而篩網(wǎng)振動(dòng)，使得適應(yīng)范圍變寬，振幅涵蓋了相關(guān)的調(diào)節(jié)范圍，使得粉碎機(jī)對不同的物料，不同的粉碎細(xì)度有很好的適應(yīng)性，不僅僅依靠錘的動(dòng)力源，篩振動(dòng)也能使物料繼續(xù)出篩，這樣，如同照相機(jī)中的傻瓜機(jī)，普通大眾都可以使用。
另外，振動(dòng)也有質(zhì)變到量變的問題，普通粉碎機(jī)也有振動(dòng)，粉碎機(jī)外殼振動(dòng)，內(nèi)篩也在振動(dòng)，但振動(dòng)能量不夠，經(jīng)試驗(yàn)，篩振動(dòng)的臨界值是12000牛頓，在達(dá)到和接近這個(gè)值時(shí)，粉碎機(jī)發(fā)生質(zhì)的變化，如：玉米，水分23.8％，篩1.0mm，160ＫＷ，電流滿負(fù)載，280Ａ，連續(xù)工作，無堵篩現(xiàn)象，小篩孔0.3毫米，棉粕無堵篩現(xiàn)象。普通粉碎機(jī)的共振，能量不到，絕對做不到這點(diǎn)，有廣告說"小篩孔0.3毫米，篩不振動(dòng)也能工作"，這容易誤導(dǎo)，篩不振動(dòng)，水分高時(shí)，不能做到粉碎機(jī)電流滿負(fù)載，這種"工作"是不正常的。
粉碎機(jī)的吸風(fēng)，對粉碎機(jī)出料有利，但風(fēng)壓不能過大，過大物料會(huì)卡住篩孔，篩孔的開孔率會(huì)下降，因此普通粉碎機(jī)篩網(wǎng)的風(fēng)壓通常在180-220Ｐa，到280Ｐa，堵篩嚴(yán)重，電流升高，粉粒變細(xì)，產(chǎn)量反而降低，而篩網(wǎng)振動(dòng)，使整個(gè)篩表面物料成沸騰狀態(tài)，風(fēng)壓可以提高到300-500Ｐa，使物料出篩孔的速度加快，在相同面積篩孔條件下，產(chǎn)量提高，同時(shí)風(fēng)暢通，溫度下降，使物料處于低溫高效粉碎狀態(tài)。
橫寬型振動(dòng)篩錘片粉碎機(jī)，它的改進(jìn)主要是對過篩能力的改善，對粉碎機(jī)的粉碎方式，還是和水滴型粉碎機(jī)類同，因此，它是在同一篩孔條件下產(chǎn)量提高?粒度均勻，并能滿負(fù)載工作，和嚴(yán)格意義上的"效率"提高有一定的區(qū)別。
三、誰來攻克著名的"雙速問題"世界難題？
振篩剪式錘片粉碎機(jī)（申請專利技術(shù)），它主要是對水滴型粉碎機(jī)粉碎方式的改進(jìn)，它改變水滴型粉碎機(jī)的動(dòng)錘單向錘擊方式為動(dòng)錘和定錘雙錘剪切方式，巧妙地解決了粉碎機(jī)錘片對物料的相對速度要求高，而篩表面物料運(yùn)動(dòng)速度要求低的矛盾狀態(tài)，它能使在相同物料相同細(xì)度等條件下均勻度改善產(chǎn)量明顯增加。見圖6、圖7：
振篩剪式錘片粉碎機(jī)，經(jīng)特別設(shè)計(jì)，在篩表面，物料環(huán)內(nèi)均勻地放置定錘，定錘和動(dòng)錘有規(guī)律地均勻錯(cuò)開，這樣，不僅在水滴型粉碎機(jī)進(jìn)料口，而且在整個(gè)物料環(huán)內(nèi)，多次形成粉碎機(jī)錘片對物料的高效錘擊機(jī)會(huì)，在裝定錘的相位上，物料環(huán)粉料受到定錘端面的后坐，物料受阻，運(yùn)動(dòng)減低，由于定錘占據(jù)一定的空間，物料受阻后改變運(yùn)動(dòng)方向，成橫向運(yùn)動(dòng)，給后繼的錘片提供了一次高效率的錘擊機(jī)會(huì)，造就了錘片對物料的相對速度80-100米/秒的高速度差，特別要指出，物料速度低了，而相對速度差反而是高了，而且是發(fā)生在篩表面！經(jīng)理論分析，純剪切方式粉碎要比純空間單錘式粉碎，每次效率提高30％以上，盡管由于粉碎方式的復(fù)雜性，還有許多其他粉碎方式同時(shí)發(fā)生，但剪切方式的發(fā)生概率大大提高，如160KW，錘片360度旋轉(zhuǎn)，配合９片定錘，高效錘擊增加９次，經(jīng)多次測定統(tǒng)計(jì)，粉碎效率可提高40%-400%。
在篩表面，物料環(huán)內(nèi)均勻地放置定錘，這樣在常用篩孔和篩厚情況下，大幅度地減低了篩表面物料運(yùn)動(dòng)的速度至０-20米/秒，形成有利過篩的"黃金"速度，配合振篩自清作用，不僅粒度較細(xì)的水產(chǎn)飼料，連較粗的蛋雞飼料，產(chǎn)量均勻度都明顯提高。
最有參考意義的是魚鱗篩，魚鱗篩是抓住要害的，一是使物料運(yùn)動(dòng)方向和篩孔方向一致，相位可以在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，全相位，二是突出的孔邊，增加阻力，有利錘片和物料的速度差，但這么艱巨的任務(wù)，由一張篩片來完成，設(shè)計(jì)師對困難估計(jì)不足，"突出的孔邊，增加阻力"，這個(gè)孔邊，強(qiáng)度夠嗎？能經(jīng)得起每100米/秒的磨損嗎？這個(gè)孔邊能插入物料環(huán)嗎？粉碎腔的物料環(huán)，通常要40毫米厚，孔邊只有0.3-２毫米，顯然不夠，整個(gè)篩倒像個(gè)工藝品，好看不好用，通常的粉碎機(jī)的搓板，也有阻物料環(huán)的作用，但都未插入物料環(huán)，二者都看出問題，但措施不到位，缺一口氣，振篩剪式錘片粉碎機(jī)是專門采用定錘來實(shí)現(xiàn)，例如，160ＫＷ粉碎機(jī)有45片定錘，分布在篩表面，定錘30毫米（寬）×60毫米（長）×５（厚）毫米，非常耐磨，并且深入插入物料環(huán)60毫米，職責(zé)明確，徹底解決。其二，使物料運(yùn)動(dòng)方向和篩孔方向一致，振篩剪式錘片粉碎機(jī)是采用２個(gè)方面來完成，第１是篩振動(dòng)，篩迎向錘片時(shí)，相當(dāng)錘的端面給篩孔的法線方向一個(gè)正向的推力，第２是我們的動(dòng)錘通常是長方形，定錘設(shè)計(jì)成一邊是斜的，這樣，動(dòng)錘和定錘雙錘剪切就形成夾角，兩錘交叉產(chǎn)生使物料向?qū)Y孔法線方向的分推力，配合由篩的振動(dòng)產(chǎn)生的錘片末端對篩孔方向的反推力，大大改善物料沿圓周切線方向運(yùn)動(dòng)而出篩在篩孔法線方向的不利現(xiàn)象。這樣，每項(xiàng)任務(wù)，分工明確，都有專門的結(jié)構(gòu)部件來完成，更可靠，更耐用。魚鱗篩有不足，但給我們啟發(fā)，給了我們無限遐想，我們看出其門道，領(lǐng)會(huì)了精神，并將其功能分解細(xì)化，用具體耐用的構(gòu)件去替代它，我們就能創(chuàng)造發(fā)明出振篩剪式錘片粉碎機(jī)，回頭看，魚鱗篩是我們的出發(fā)點(diǎn)，是我們的老師！
四、產(chǎn)量和細(xì)度實(shí)測
國內(nèi)某外企飼料集團(tuán)公司，魚飼料配方，先粗粉碎２.5毫米，再用160KW粉碎作二次粉碎，要求：８0-85％過４０目，１００％過２０目為合格。該廠購買橫寬型振動(dòng)篩錘片粉碎機(jī)160KW 3臺(tái),對其中一臺(tái)作升級改進(jìn)為剪式振篩錘片粉碎機(jī)，另有水滴型粉碎機(jī)160KW兩臺(tái)，經(jīng)較長時(shí)間對3種機(jī)型多次測定，產(chǎn)量如下：
序號粉碎機(jī)型號工作狀態(tài)粉碎機(jī)篩孔產(chǎn)量40目％評管
１水滴粉碎機(jī)１．２毫米4-4.5T/H82%合格
?。舱窈Y粉碎機(jī)振動(dòng)０．８毫米5.5-6T/H82%合格
３振篩粉碎機(jī)振動(dòng)１．０毫米8－10T/H76％過粗不合格
?。醇羰椒鬯闄C(jī)振動(dòng)１．０毫米7-8T/H88-86％過細(xì)不合格
?。导羰椒鬯闄C(jī)振動(dòng)１．２毫米11-12T/H82％合格
比較1，2，5，可以看出，剪式粉碎機(jī)和振篩粉碎機(jī)相比產(chǎn)量將近增加100%。和水滴型粉碎機(jī)相比產(chǎn)量增加近175%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，剪式振篩錘片粉碎機(jī)每月可以省電費(fèi)2-3萬元/臺(tái)。
五、意外的收獲
振篩剪式錘片粉碎機(jī)還給我們意外收獲，進(jìn)粉碎機(jī)的物料大顆粒物先和相當(dāng)數(shù)量的定錘接觸，大的顆粒石塊硬物，變成小顆粒，小顆粒沖撞篩網(wǎng)，MV動(dòng)量減小，沖量也小，減少了對篩網(wǎng)意外破壞；物料碰定刀后，篩面料速降低，篩網(wǎng)磨損減弱，延長篩網(wǎng)使用壽命。通常錘片的磨損1-3毫米，錘篩間隙變大，粉碎機(jī)產(chǎn)量會(huì)明顯下降，振篩剪式錘片粉碎機(jī)篩的振幅1-3毫米，正好能補(bǔ)償錘片的磨損，錘片在磨損1-3毫米后，不影響錘片正常工作：另外，定錘起到約50%的粉碎作用，定錘由高硬度合金鋼制成，耐磨可達(dá)10年以上;普通錘片粉碎機(jī)錘片磨損往往在錘片的外端，現(xiàn)剪切作用，錘片的外端兩側(cè)都出現(xiàn)均勻磨損，鎢鋼頭被充分利用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以節(jié)省錘片使用費(fèi)用50-60％，粉碎機(jī)在高產(chǎn)量工作狀態(tài)的時(shí)間也顯著延長。
這種篩網(wǎng)和錘片的節(jié)省，是由我們的技術(shù)創(chuàng)造的，因此我們也特別感興趣。
六、飼料界粉碎機(jī)技術(shù)熱點(diǎn)問題
第一，振動(dòng)電機(jī)放在外面用推桿振動(dòng)?振動(dòng)電機(jī)裝外面和直接裝在里面有什么區(qū)別？
第二，將粉碎機(jī)內(nèi)分成多個(gè)腔，可以使物料在粉碎腔里分布比較均勻，產(chǎn)量提高，這樣說對嗎？
第三，在粉碎機(jī)軸承處開進(jìn)風(fēng)口，會(huì)有什么效果？
第四，雙轉(zhuǎn)子錘片式粉碎機(jī)（1987年，專利號；CN87207974。）效果如何？
第五，為什么許多粉碎機(jī)測定時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)差異很大？
第六，粉碎機(jī)錘片有什么要求？
