锤片式粉碎机设计
摘要
饲料的粉碎在生产过程中是非常重要的一个程序。本次设计的锤片式粉碎机就是当前粉碎机中最为广泛的一种，它的原理是利用高速旋转的锤片来击碎饲料，低速的物料在首次与高速的锤片发生剧烈的撞击后，被撞击拉入加速区，在此颗粒速度能在很短的时间内被提高到接近锤片的末端线速度，并随着锤片一起作圆周运动，而在全速区逐渐形成物料环流层，同时物料也得到进一步的粉碎。它不但有通用性广、效率高、粉碎质量好的优点，而且还有操作维修方便、动力消耗低等优点。
本次的设计对粉碎机的每个零件都做了很详细地计算，比如锤片的安装、主轴的计算及筛片的选择和计算。力求设计的粉碎机有便于拆卸、操作简便、度产量高等优点。我想对今后的先进锤片式粉碎机的设计以及推广、进一步理论研究起到了一定的作用。
关键词：粉碎、饲料、锤片式粉碎机
Hammer type crusher design
ABSTRACT：The shattering of the feed in the process of production is very important for a program. The design of hammer type crusher is one of the most widely in current pulverization and its principle is to use the high speed rotating hammer to break feed, the low speed of materials for the first time in high-speed hammer of the intense collision occurs after being hit into acceleration area, the particle velocity can be improve in a very short period of time to close to the end of the hammer of linear velocity, and makes circular movement, together with the hammer and area gradually formed material circulation layer at full speed, also further crushing material. It not only has wide generality, good quality, high efficiency, advantages, and convenient operation and maintenance, and low power consumption.
Key words: grinding, feed, hammer mill
目录
前言 (5)
第 1 章绪论 (6)
1.1粉碎的概述 (6)
1.2粉碎的目的 (6)
1.3粉碎的方法 (6)
1.4对饲料粉碎机的要求 (7)
1.5对饲料粉碎机工作性能的评价 (7)
1.6粉碎机的类型 (8)
第 2 章设计原理 (9)
2.1粉碎机理 (9)
2.2设计原理 (9)
第 3 章锤片式粉碎机的设计计算 (10)
3.1主要技术参数的确定 (11)
3.1.1锤片末端线速度 V (11)
3.1.2转子工作直径和粉碎室宽度 (11)
3.1.3转子工作直径D (11)
3.1.4粉碎室宽度 B (12)
3.1.5转子转速 n 的确定 (12)
3.1.6生产率 Q 的确定 (12)
3.1.7配套功率 N (13)
3.2电动机的选择 (13)
3.3锤片的安装 (14)
3.3.1锤片的形状及结构尺寸 (14)
3.3.2锤片的材料 (15)
3.3.3锤片的安装排列 (15)
3.4筛片的设计 (16)
3.5主轴的设计 (18)
3.5.1选择轴的材料 (18)
word 格式文档
3.5.2轴的转速 (18)
3.5.3轴的输入功率 (18)
3.5.4轴转矩 (18)
3.5.5轴直径的确定 (19)
3.5.6轴的设计原则 (19)
第 4 章主要零件校核 (19)
4.1轴的结构设计 (20)
4.2轴的受力图 (20)
第 5 章粉碎机的安装与维护 (22)
5.1粉碎机的安装要求 (23)
5.2粉碎机的维修保养 (23)
5.3粉碎机常见故障的原因与排除方法 (23)
结论 (25)
谢辞 (26)
参考文献 (27)
附录 (28)
前言
目前，我国还是一个农业国，农作物秸秆也是相当的多，过去人们多秸秆的利用还没有引起足够的重视，要么就地焚烧，要么就是丢掉任其发展。这样不但污染了我们赖以生存的生活环境，还造成了能量的白白的流失。随着现代养殖业和畜牧业的迅速发展，饲料的需求量也是越来越大，对饲料的质量要求也越来越高。那么利用农作物的秸秆作为动物的饲料也得到了人们的极度重视。不但可以使能量得到充分的利用，还可以为养殖的人节省一定的养殖费用。就是变废为宝！这样以来，不但保护了环境，还使能量得到了再利用。
将秸秆粉碎成为饲料，其目的提高饲料的转化率，减少动物粪便排泄量，提高动物体的生产，有利于饲料的混合、制粒、膨化。通过粉碎可使物料粒度基本相同，减少混合后的物料分级。
现在国外对粉碎机的研究也在日益加强，美国 Jacobson 研究了粉碎机的生产率，输出功率和筛孔直径的关系。通过实验得出了粉碎机比功率及粉
碎物料的几何平均值之间的关系。还得出了粉碎机度电产量和筛孔的直径之间的关系。前苏联学者采用高速摄影技术，对群体物料在粉碎室内的粉碎的
情况进行了研究。发现物料在锤片的冲击和锤片的高速旋转所产生的气流的共同作用下，在粉碎室四周出现了物料的环流层，而环流层是粉碎机大功率，
低效率的主要原因。于是就出现了一种新的粉碎室，即把圆形筛片弯曲成梯
形粉碎室。这样一来，就会改变锤式破碎机的破碎性能。我国对粉碎机的发展也是越来越重视，正在努力发展并追赶世界先进技术。
本次的设计的主要在于要使粉碎机得到广泛的应用，产品的粒度要达到要求，粉碎时，温升不能过大，能连续平稳的工作，是进出料要通畅连续，机器的耗能要低，产生的粉尘量和噪音要力争达到最小化。粉碎机的各个零部件无论是力学性能还是机械性能都要达到规定的要求和标准。本次设计不但查阅了大量的阅读资料，还亲自找了有关实物体，并进行了拆装，对机器的每一个零部件作了深入的研究以及详细的记录，并找到指导老师得到老师的帮助。
第1章绪论
1.1粉碎的概述
饲料的粉碎对饲料的消化以及动物的生产性能有显著的影响，对饲料的加工与产品质量也有非常重要影响。合适的粉碎粒度可提高饲料的转化率，减少动物粪便排泄量，提高动物体的生产，有利于饲料的混合、制粒、膨化等。
粉碎应用机械力对固体物料进行粉碎作业，使其成为小块、细粒或粉末的机械。粉碎机械式破碎机械和粉碎机械的总称。他们一般安排排粒度的大小来大致的区分：排料中粒度大于或等于 3mm 的含量占总排量 50%以上称为破碎机械，小于 3mm 的含量占总排量 50%以上则称为粉磨机械，也称粉碎机械。
1.2粉碎的目的
粉碎的目的主要有以下两个方面：1）增加饲料的表面面积，是以利于动物的消化及吸收。动物营养学实验证明，减小颗粒尺寸，改善干物质、蛋白质和能量的吸收，增大了饲料的转化率； 2）改善和提高物料的加工性能。通过粉碎可使物料粒度基本相同，减少混合后的物料分级。对于微量元素以及小组分物料，只有粉碎到一定的程度，才能保证其有足够的粒数，才能满足混合均匀度的要求；又如对于制粒加工工艺，粉碎物料的粒度一定要考虑粉碎粒度和颗粒饲料的相互作用。粒度会影响颗粒的耐久性和水产饲料水中的稳定性。
1.3粉碎的方法
粉碎饲料时是利用外力的方法克服物料内部的凝聚力将其破裂的过程。
也是依靠机械力将大块物料破碎成小块物料，是几何形状的变化，没有化学变化。常用方法有：
(1)击碎：依靠冲击力将物料破碎的过程，采用这种方法的有锤片式粉碎
机和爪式粉碎机，应用很广。
(2)磨碎：利用剪切力、摩擦力将物料破碎的过程，采用这种方法的有磨
盘是粉碎机，适合于加工干燥而不含油的物料。
(3)压碎：依靠压力作用将物料压碎，采用这种方法的有对辊式辊压机，适合于加工压扁产品物料，粉碎不彻底。
(4)劈碎：依靠劈力作用将物料劈开，利用这种方法的有青饲料切碎机，适合于加工秸秆、牧草类饲料。
(5)粉碎机粉碎过程一般包含两种以上的粉碎方法，在具体的设计和粉碎机使用中，根据物料的物理特性进行设计和使用。
1.4对饲料粉碎机的要求
(1)通用性要好,成品粒度可调。
(2)粉碎的粒度要均匀，饲料温升要小。
(3)进、出料要连续。
(4)度电产量高，能耗低。
(5)工作的主要部件要耐磨，易更换。
(6)有吸铁装置，防止主要工作部件的损坏。
(7)作业时粉尘少，噪音小。
1.5对饲料粉碎机工作性能的评价
粉碎机工作性能的有关评定指标：
(1)生产率：单位时间内能粉碎的饲料量，每次测定时间大概 30 分钟。
(2)负荷功率：就是电动机的负荷，在电动机的电路里接入电度表。
(3)度电产品量：为了表示粉碎机粉碎产品的能量消耗，可用能量比耗。
(4)饲料的升温：每次实验结束以后，立刻用水银温度计在饲料出口处的成品中测量温度。
(5)饲料细碎度：细碎度是在粉碎后饲料所有颗粒的平均直径，代表粉碎的程度。
1.6粉碎机的类型
按粉碎机械的结构特征可将粉碎机大致分为 5 类：
(1)锤片式粉碎机：利用高速、旋转的锤片撞击作用使物料粉碎。不但结构简单、操作方便、适应性广，而且除水分较高饲料外，几乎可粉碎其它饲料。比如含较高淀粉的谷物，含油量较高的饼粕等。目前国内、外饲料厂基本上都采用该种机型。
(2)爪式粉碎机：主要利用撞击以及剪切作用，撞击部件与设备固定，产生的撞击作用强烈，比较适合粉碎脆性硬质的物料。
(3)盘式粉碎：利用摩擦和切削作用来粉碎饲料。盘式粉碎机的工作面有圆盘形式以及圆锥形式，可以一盘用来固定、另一盘用来转动，也可以两盘相向转动。适用于粉碎干燥和不含油的饲料，可以得到比较细的成品。
(4)辊式粉碎机：常用的表面带有横向斜齿的同径磨辊，相向或不同速转动而产生的剪切、挤压作用将物料粉碎，适合于粉碎谷物饲料，不适用粉碎含油和含水大于 18%的物料。
(5)破饼机：就是把大块油饼破碎成小块，然后再由粉碎机细碎。破饼机有锤片式和对辊式。锤片式比较简单，是噪声大；辊式的机械结构复杂。
按产品的粒度分：粉碎机分为粗碎机、中碎机、微粉碎机和超微粉碎机。
在饲料生产企业：一般选用中碎锤片式粉碎机作为主要粉碎机械。
第2章设计原理
2.1粉碎机理
需要粉碎的物料靠自身的重力从粉碎机进料口进入，其速度一般为0.15m/s～ 0.30m/s。然后与线速度为 80m/s 以上的锤片末端接触，低速的物料在第一次与高速的锤片剧烈的撞击后，被撞击的物料进入加速区，在此区域的颗粒速度会迅速被提高到接近锤片末端线的速度，然后随锤片一起作圆周运动，在全速区逐渐形成物料环流层，同时物料也得到进一步的粉碎。此后，由于锤片以很高的速度将物料击向筛板，但物料本身和锤片打击方向垂直方向运动，因此，物料很难通过筛板。
2.2设计原理
图 2-1 锤片粉碎机原理图
1 风轮
2 鼓风座
3 转子
4 齿板
5 轴承座；
6 轴承盖
7 皮带轮
8 主轴
转子是粉碎机的主要的构成部分，转子由锤片、锤架板、主轴、销轴等组成。对于整机来说，由进料、粉碎和出料三个部分组成。饲料由进料斗进去，在转子、筛片、齿板和机体构成的粉碎室内粉碎。经过筛孔后，由排粉口、风机、输送管、集料筒出料。
锤片式粉碎机
1--进料斗2--上箱体3--下箱体4--风轮5--出料口
物料由进料斗切向进入机体，在高速回转的锤片打击下飞向齿板，与齿板碰撞弹回后再次受到锤片的打击，此时在筛片与锤片间，饲料受到剧烈的摩擦。在反复的打击、碰撞、摩擦的作用下，小于筛孔直径的饲料通过风机及输送管进入集料筒。
此次的锤片粉碎机的设计就是围绕着锤片为主的转子为中心，放入适合的机体内。
第 3 章锤片式粉碎机的设计计算
3.1主要技术参数的确定
粉碎机的参数的选择和计算是非常重要的，机械的设计都是很复杂的，所以参数的选择对整机设计之后的性能有着很重要的作用。通过查阅资料以及对本次设计的粉碎机的规格的整体考虑，确定了以下主要技术参数。
3.1.1锤片末端线速度 V
查阅资料可得，当前国内粉碎秸杆的线速度一般为65～85m / s ，但实际生产中常用的是18～37m / s 。虽然锤片的线速度大，冲击粉碎能力强，但噪音也大，粉碎机的振动变大且空转转速增加，加工茎杆物料时，冲击负荷大，功率消耗大，使生产率降低。粉碎秸杆等纤维质物料，它的粉碎主要是由摩擦、剪切的作用进行粉碎，其线速度取较小值是因为考虑到轴承寿命、零件强度、转子动平衡问题，故取 V=25m/s。
3.1.2转子工作直径和粉碎室宽度
转子工作直径和粉碎室宽度与配套动力有一定的关系：
K =
N D ?B
其中：K ——系数一般 K=9～23 之间较为适宜
N ——配套动力（千瓦）
D ——转子工作直径（㎜）
B ——粉碎室宽度（㎜）
3.1.3转子工作直径D
当配套动力一定时，如果转子直径太大则机器就会庞大，材料消耗增多，成本也增加，若转子直径过小，当线速度V 一定时，则会造成主轴转速过高，工作时的平稳性差，不利于粉碎，会使生产率降低。根据实际生产需要、转子速度和凿片线速度，确定转子直径。
D =60V
n
其中：V ——凿片线速度（m/s）V=25m/s
n ——转子转速由后面计算得n=1200r/min
Ｄ=60V
n =
60 ? 25
3.14 ?1200
= 400mm
取 D=400mm。
3.1.4粉碎室宽度 B
如果粉碎室宽度太大，物料分布就会不均匀，当凿片数量一定时，搓擦次数相应的减少，粉碎能力降低；粉碎室宽度太小，物料就不能得到充分的粉碎，粉碎能力也会降低，生产率自然也会降低。根据现有资料和转子直径，考虑到粉碎物料为秸杆等粗纤维物质，B 可取大些，故确定粉碎室宽度B=200mm。
K =
N
由式 D ?B 可得：K = 22 ，满足要求。
3.1.5转子转速 n 的确定
根据粉碎机转子直径 D，线速度 V 和实际加工要求，转子转速 n 由下式可得：
ｎ＝60 ?1000V
D =
60 ?1000 ? 25
=1200r / min
3.14 ? 400
1 2 3.1.6 生产率 Q 的确定
由于粉碎机的功率都是生产出机器之后才能够实际测量，现只有根据经验公式进行初步计算，由公式：
Q = 3.6 ? r ? n ? k ? k ? k ? D 2 ? B / 60
其中： r ——物料容重
秸杆容重 r = 0.18 n ——转子转速 n = 1200r / min
k ——物料形成环流成时的影响系数 取 k = 0.6
k 1 ——进料不均匀的影响系数 取 k 1 = 0.8
k 2 ——下料口对排料所产生的影响系数 取 k 2 = 0.7
D ——转子直径 D = 400mm
B ——粉碎室高度
B = 200mm Q = 3.6 ? 0.18? 0.6 ?1200 ? 0.8? 0.7 ? 0.402 ? 0.2 ÷ 60 =0.14 (T/h)
3.1.7 配套功率 N
粉碎机的粉碎功率可以有经验公式求得：
N 1 = C 1Q
其中： C 1 ——系数 ， C 1 = (6.4～ 10.5），取 C 1 = 10
Q ——生产率， Q = 0.14T / h
N 1 = 10 ? 0.14 = 1.4kw
所以配套功率 N = 2.2kw
3.2 电动机的选择
在满足粉碎机的工作条件和生产要求的前提下，尽可能选用价格较低的电动机，从而降低制造成本。额定功率相同的电动机，如果转速越低，那么尺寸就会越大，价格越贵。粉碎机所需要的功率为 N=2.0kw ，
通过计算可知，电动机的转速在转子转速 n 之上，即 1200r/min 以上， 综合以上条件查表可得其型号。
故选用 Y 系列（100L1-4）型三相笼型异步电动机。
Y 系列三相笼型异步电动具有效率高、启动转矩大、也提高了防护等级、提高了绝缘等级、噪音低、结构合理产品先进。其主要技术参数如下：
型号：Y100L1-4
同步转速：1440r/min
额定功率：N=2.2kw 满
载转速：1440r/min
堵转转矩/额定转矩：2.2T
/(N ?m)
n
最大转矩/额定转矩：2.2T
/(N ?m)
n
3.3锤片的安装
3.3.1锤片的形状及结构尺寸
锤片是锤片式粉碎机工作中最主要的、最易损耗的部件。锤片是借助销轴连
接在锤架板上的，其尺寸、形状、排列方式、材料材质以及制造工艺等，对粉碎
效率和工作质量均有较大的影响。锤片的形状很多，其中最常用的为板条状锤片。
1 矩形 2~4 阶梯形 5 尖角形
本次设计所选用的锤片为双孔型矩形锤片，为上图 1 号。具体图形如下：
3.3.2锤片的材料
锤片的制造材料、如处理及加工精度是锤片的质量的主要影响因素。此次设计锤片选用的材料为Q235。每个边角可使用60-100h。但不宜采用淬火的热处理方式。
为进一步延长锤片寿命，可以再锤片的边角部位堆焊碳化钨合金等高硬材料，焊层厚 1~3mm。虽然成本会高出 2 倍，但使用寿命比 65Mn 整体淬火锤片的使用寿命提高了 7~8 倍。
3.3.3锤片的安装排列
锤片安装在转子销轴上的位置。它关乎转子平衡、物料在粉碎室内的分布、锤片磨损的程度。对锤片排列的要求——锤片的运动轨迹不能重复。沿粉碎室宽度锤片运动均匀、物料不能被推向一侧，有利于转子的动平衡。本
次设计所选用的为对称交错排列。排
列方式见下图：
通过对称交错排列的安装，满足锤片旋转空间的不重叠，充分打击粉碎室内的物料，不但了提高工作效率。而且这平衡性好，是广泛应用的一种安装排列方法。
3.4筛片的设计
筛片是锤片式粉碎机主要的工作部件之一，对粉碎效率以及粉碎质量有较大影响。本次锤片式粉碎机上所用的筛片有圆柱形孔筛，因为圆柱形孔筛结构简单，制造方便。
一般将筛孔按其直径分为4 个等级：小孔1~2 毫米，中孔3~4 毫米，粗孔5~6 毫米，大孔 8 毫米。筛孔的孔形状和筛片厚度以及有效筛孔面积（开孔率）都是影响粉碎机工作特性的因素。
此次设计筛孔直径设计为 4mm，为中孔。设计图为：
筛板展开局部放大图
表 3-1
SB/T10119 筛片的规格尺寸（mm ）
筛号 筛孔直径 d 孔距 t
开孔率 （%）
尺
寸
允差 尺寸 允差 20
2.0 ±0.07
3.0， 3.2， 3.5 ±0.375 40，35， 30 25
2.5 ±0.07
3.5， 3.7，
4.0 ±0.375 46，41， 35 30
3.0 ±0.07
4.0， 4.4，
5.0 ±0.375 51，42， 33 40 4.0 ±0.09 5.0， 5.5，
6.0 ±0.375 58，48， 40
通过上述数据可知筛片的开孔率 K 为：
d 2
Ｋ＝ = 90.7( d t )2 % = 40.31%
式中：d ——筛孔直径（mm ）；
t ——筛孔中心距（mm ）。
开孔率 K 是筛片质量的一个非常的重要参数，指筛片上筛孔总面积占整个筛面有效筛粒面积的百分率。反映了相同孔径的筛片物料过筛能力。筛片开孔率越大，粉碎时，物料过筛的面积就越大，粉碎效率也就越高。
筛片安装在粉碎机转子外围，不同的进料形式筛片形成不同的包角。本 2 3 ? t 2
次设计的是切向进料的粉碎机，包角为180o，也称半筛。
3.5主轴的设计
轴也是机械传动中的非常重要部件，应满足结构合理，足够的强度和振动稳定性，良好的工艺性等。轴的设计，就是根据轴上零件的定位和固定要求，还有加工及装配的要求，合理设计轴的结构外形以及全部尺寸的过程。
轴的材料主要是碳素钢和合金钢，毛坯多为轧制的圆钢或锻件，最常用的材料是 45 钢，经过调质处理后，具有良好的综合力学性能，在较高的强度，也具有良好的塑性和韧性。
3.5.1选择轴的材料
因无特殊需要，选用 45 号钢，调质处理，由《机械设计》表 2-5 查得，毛坯直径≦200㎜，硬度 26~33HRC，AB=650MPa，σS=360MPa，
σ-1=275MPa，τ-1=155MPa。由表 2-2 查得，等效系数=0.2，=0.1。3.5.2轴的转速
已知：电动机转速 n=1440r/min，
粉碎机的主轴转速 n=1200r/min, 所
以传动比 i=1.2
3.5.3轴的输入功率
电动机：Ｐ
１
=2.2kw，
01 ——电动机与主轴的传动效率，带传动
01
=0.94
3.5.4轴转矩
电动机转矩Ｔ：Ｔ= 9550 P1 N ?m =9550 ?103?2.2=14590.28N ?ｍｄｄ1440
n
1
9.55 ?106 p 0.2[t ]n 3 n ２
粉碎机主轴Ｔ ：Ｔ = 9550 P ２ N ? m =9550 ?103 ? 2.068 =16457.83N ?ｍ
２ ２ 1200
3.5.5 轴直径的确定
由《机械设计》式 11.2 确定轴的最小直径：
p d ≥ = C 3 n
其中：t ——许用切应力， 由表 16.2 [t ] = 35Mpa
P ——轴传递功率 ， P = 2.068kw
n ——主轴转速， n 2 = 1200r / min
C ——由表 16.2 ， C = 112
由上式可得： d ≥ 13.43mm ，故取 d = 45mm 。
3.5.6 轴的设计原则
轴结构设计的一般原则：轴上布置的零件应使轴的受力合理；拆装方便； 轴应采用应力集中以及提高轴疲劳强度的结构；应具有良好的结构工艺性， 有利于加工制造和精度的保证；要求刚性大的轴，要从结构上考虑减小轴的变形。根据以上原则，确定出轴的结构尺寸。
第 4 章 主要零件校核
此校核计算参照《机械设计》例题 16.2
通过查表，轴承选 6307，宽度 B=21mm ；
通过前面的计算可知，轴的材料， σB=650MPa，σS=360MPa，
4.1 轴的结构设计
轴结构图
4.2 轴的受力图
由一系列已知条件和上述计算结果，轴中间受圆周力Ｆｔ=3080N ，径向
力Ｆｒ=1140N ，轴向力Ｆａ=625N 。
所以画出轴的受力图（a ）
通过轴的受力情况可计算支承反力：
1100 ? 89 + 625? 45 -1140 ? 64 ＦＲ１= 2 =330N 260