削片揉搓一体式防缠绕桑枝条粉碎机的设计

添加人：admin 发布时间：2016/2/1 9:13:45 来源：中国破碎机网

　　削片揉搓一体式防缠绕桑枝条粉碎机的设计梁培生12张国政12韦亚东2杨斌3（江苏科技大学，江苏镇江212003 2中国农业科学院蚕业研究所，江苏镇江212018 3江苏省东台市蚕桑技术指导站，江苏东台224200）削片机与其它物料粉碎机的工作原理充分考虑桑枝条直径小、细小枝桠多、枝皮韧性强的特点，采用削片、粉碎、筛分一体化的设计方案，初步研究设计出了结构紧凑、操作方便、运行平稳的削片揉搓一体式防缠绕桑枝条粉碎机具。样机主要性能指标检测结果：能够粉碎直径40 mm的桑枝，桑皮无缠绕现象，木屑粗细均匀生产效率达到500kg/h样机进一步降低能耗和优化粉碎效率的各项指标后，有望在生产上推广应用。
　　2Sericultura，生产效率很低，而且由于桑枝条直径小，枝条上有很多细小枝桠，桑枝皮的韧性又很强，更增加了加工难度。为了提高桑枝条粉碎加工的生产效率，我们根据现有木材削片机与其它物料粉碎加工机的工作原理，充分考虑桑枝条的特性，研究设计了桑枝专用的削片、粉碎、筛分一体化设备。
　　1设计方案桑枝条直径大小不一，弹性大，而且桑树皮韧性强，易产生缠绕，不易进行削片和粉碎。所以，要把条状的桑枝条粉碎成木屑状，首先必须根据桑枝条的特点，选择合理的加工流程和设计防缠绕的刀具结构。
　　结合食用菌培养基加工工艺要求，现有木材削片机与粉碎加工机的结构特征，以移动方便、功率小、结构简单、适合专业户和养蚕农户使用等为特点，采用削片、粉碎、筛分为一体的机体结构设计，对桑枝条的加工流程为：枝条―削片―粉碎―筛分―木屑。
　　为防止桑皮缠绕主轴，研制了由主、副刀片组成的复合式刀具。该刀具的主刀片安装在刀盘上，用来完成削片作业；副刀片安装在粉碎机主轴上，用来防止桑皮的缠绕。主轴旋转时副刀片同步旋转，与定刀片配合形成切割作用，可以把流向主轴的桑枝纤维切断，从而消除了缠绕现象。主刀片所在的刀盘与粉碎锤片设置在同一轴上，分为削片室和粉碎室2个工作室，中间由铁板隔开，铁板上端设有物料通道，削片室内风叶轮产生的风力可以把木片从削片室经物料通道送到粉碎室内。粉碎室的出料口处装有筛分板，让达到粒度要求的木屑通过，粒度大的木片被阻拦，使之在室内继续粉碎，从而保证达到培养基要求的木屑粒度。
　　2整机结构及工作原理整机由削片、粉碎和筛分3个部分组成，其结构如所示。工作原理是：电动机把动力传到主轴上，驱动刀盘和粉碎锤片在机壳内作高速旋转运动，不断投入的物料首先被削成片，再经过粉碎和筛分，通过筛孔的物料被排到机外，不能通过的物料在机削片揉搓一体式防缠绕桑枝条粉碎机的结构示意图削片室内有刀盘、主切刀、副切刀和定刀以及风叶轮等。定刀有2个互为90°的刃口，分别与主、副刀刃配合进行切削。当桑枝条从进料口投入到削片室就被旋转刀盘上的主切刀与定刀配合砍削成薄木片，轴上的风叶轮同时转动，形成气流，使切下的木片沿着机壳切线方向运动，随气流从削片室经物料通道被送到粉碎室内，进入下一工序进行粉碎。主轴上的副切刀与定刀配合，形成滑切削，把落入主轴的纤维切断，使之不能缠绕在主轴上。刀盘的作用除安装主切刀外，还起到作为储存能量的飞轮作用，故要求刀盘有一定的转动惯量。
　　粉碎室的结构类型对粉碎性能有重要影响，目前主要有圆型、椭圆型、水滴型等。本机粉碎室设计为圆型，内径450mm宽度取240mm粉碎室内腔沿圆周方向上装有定齿盘，与转动的锤片配合完成粉碎工作。木片与来自削片室的气流混合在一起，经过齿盘区时受到高速旋转锤片的锤击，以及来自锤片与齿盘之间的撞击、剪切和揉搓作用，从而被粉碎，被粉碎后的木片颗粒经由筛分板排出。粉碎筛分板安装在粉碎室底部出口处，作用是筛分经粉碎后的木屑。筛分板由薄钢板加工而成，板面有一定弧度，均匀分布有圆孔，圆孔直径的大小根据培养基的要求加工，小于圆孔直径的木屑可以排出，大于圆孔直径的木屑不能通过筛板，被留在粉碎室内继续粉碎。
　　3粉碎机的关键参数设计31刀盘直径刀盘是粉碎机中的主要机件，是用铸钢制成的圆盘（D=4mm）刀盘上均匀安装有3把直形主切刀，每把切刀由3个螺栓通过锲铁固定在刀盘上。
　　主切刀伸出刀盘面的刀刃与刀盘面距离决定了削片的厚度，根据不同食用菌培养基对原料粒度的要求，本机设计值为3~5mm32切刀结构和安装角度后刀面与切削面之间的夹角叫切刀的安装角aa太小，后刀面的磨损大，使用寿命短；太大，则影响切削性能。综合考虑桑枝直径和转速等因素，本机主刀片取a=3~5°副刀片取a=10°33锤片结构及其线速度粉碎锤上分4组对称安装24把锤片，采用平衡交错法排列。每个锤片的端部加工成T形，以增加锤片的刃口，增强粉碎作用。锤片用优质工具钢制成，头部经渗碳、淬火处理，淬火硬度为HRC60―65桑枝条具有很强的弹性，故须合理选择锤片的线速度。锤片的线速度低，则噪声小，功率消耗小，但工作效率低；反之，线速度高，则振动大，噪声大，所需功率大，但工作效率高。一般粉碎精料的线速度为50~65 m/，s粉碎粗料及各种杆类的线速度为70 ~100m/S4.考虑到桑枝条粉碎均为粗料，故锤片速度选定为70m/由此，转子转速为：n=主、副切刀均选用优质碳素工具钢制成。主切刀长120mm宽100mm最厚处10mm前、后2个刀面间的夹角叫楔角P其大小对切削性能影响很大。楔角小，刀刃锋利，切削性能好，但刚度小，易卷刃。本机针对桑皮韧性强的特点，取P=30 ~32°，以取得较锋利的刀刃，使桑皮能一次性切断；副切刀设计成螺旋滚刀式，即在滚筒表面螺旋式安装2把切刀，切刀的螺旋角取25°滚筒焊接在轴套上，然后安装到主轴上。为增加刀刃的硬度和刚度，对主、副刀片都进行了渗碳和淬火处理。
　　削片揉搓一体式防缠绕桑枝条粉碎机定刀与切刀安装示意图r/mn，V%锤片的线速度（70m/SD为锤片旋转直径（0.4m）。
　　34理论生产率粉碎机的理论生产率可按以下经验公式计算141：60一60一0.4976Vh：1一粉碎机结构系数（与其结构类型、筛片结构参数有关）一般为0.16~0.42141，本机取0. 2D―锤片旋转直径（m）Bi粉碎室宽度（m）；―木屑容重，刀盘所需功率N，PS nz物料单位面积切削阻力（N/mrf）查表1P塍）=70N/mni；S―切刀实际切削原料的截面积，按桑枝直径D=40m计算，为1256mm；a，―进料槽垂直倾角，本机取30°a2―进料槽水平偏角，本机取15°n―刀盘转速，本机取3600r/mnz―刀盘上切刀数目本机为3个。代入公式得：中：Q―粉碎机理论生产率（Vh）；KI配套动力系数（0.6~1.0）―般粗粉碎取小值，细粉碎取大值，本机取0.6所以，本机的总驱动功率为：n=n+n=4.65+290=7.55kW乘以动载系数1.2得本机所需总功率为9.061W因副刀片耗用的功率相对很小，可忽略不计。
　　6锤片工作密度锤片工作密度（K）对粉碎机的工效影响很大。
　　密度过大则因转子启动转矩大，物料受打击的次数多，使单位产量耗电量增加；密度过小则粉碎机的产量将受到影响。
　　0.4锤片的工作密度适中。
　　4样机试用与分析1样机的性能试验桑枝处理：本机适合粉碎新鲜和晒至半干的桑枝条，刚伐下的桑枝要清洗干净，存放时间长的不能有发霉和虫蛀，晒至半干的桑枝条粉碎效果最好，但不能晒至过干（含水量<40%）否则将增加削片难度。操作方法：机器起动后空转1 ~2mn达到额定转速后即可送入枝条，直径较小30mm）的枝条，可以多枝（5枝以上）送入，大直径35mm）的枝条，只能单枝送入，喂入时可2人轮流操作。
　　试验结果表明，样机的生产效率达到500kg/h木屑粗细均匀，操作简单运行平稳，无缠绕现象，噪音<80邺达到了设计要求。此外，粉碎后的木屑要及时晒干，以防发霉变质。
　　42样机的特点本机采用削片、粉碎、筛分一体化的总体设计方案，整机结构紧凑，传动方式简单机体小而灵活，造价低；枝条进入口设计为轴向式配置，可以使整机运行更平稳，减少冲击和噪音等；切刀的楔角卩和安装角经过了反复试验，并且综合考虑了切刀寿命以及对桑枝条适应性等因素，是区别于其它木材切片机的关键参数；复合刀具的设计有效解决了桑枝皮缠绕的问题，减少了功耗和维护成本同时提高了效率。
　　43存在问题及改进措施整机所需的功率仍较大，必须用三相电机驱动，对普通养蚕农户不太适用。拟采取适当减小削片室和粉碎室体积，使整机功耗降低，这样虽然会使产量有所下降，但可以采用单相电机驱动，造价也会大大降低，能满足普通养蚕农户需要。
　　粉碎试验发现，切刀的伸出量、转速大小、锤片数量及边角的锋利程度、锤片厚度、枝条含水率等对粉碎效率及能耗等均有影响，目前还未求出这些参数的最佳组合方案。下一步拟采用正交试验法找出各因素对整机性能的影响规律，从而为进一步改进设计提供依据。
　　进料槽角度以及动刀与定刀的间距对削片效果和桑皮缠绕现象有影响，本机分别取30°（与水平面夹角）和3 ~5是否为最佳值还需进一步试验和验证。
　　锤片的厚度设计偏小，虽可减轻机体质量，但使用寿命将缩短。本机选用4mm其使用寿命为300 h左右。
　　44推广应用价值利用桑枝条粉碎制备食用菌培养料，不仅消除了桑枝废弃物对田间和环境的污染，提高蚕桑生产的综合效益，而且可降低食用菌的生产成本，节约大量阔叶木材资源，缓解木材采伐量。该机的推广应用可使桑枝条的粉碎加工效率大幅提高，该机还适用于果树枝条、秸杆、甘蔗渣等和野生芦苇、杂草等小直径、柔韧性强的各种枝条的粉碎。因而具有显著的经济效益和社会效益。