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破碎機的工作原理淺析
2024-05-21
在大豆加工過(guò)程中，一般要求將大豆破碎到4-8瓣，以便于下一步的加工。所使用的破碎機一般配備了雙對破碎輥，為分析其工作原理，我們將對其中的一對破碎輥進(jìn)行分析。如圖-1所示。
大家可能都留意到破碎機的輥的拉絲并不是直的平行線(xiàn)的方式，那么這樣的拉絲方式對破碎機的運行的穩定性、破碎機的運行電流、設備的振動(dòng)、破碎機的破碎效果及設備（軸承，皮帶等等）的使用壽命等將產(chǎn)生怎樣的影響？
為了詳細分析、了解大豆破碎工序的工作原理，我們將從兩個(gè)視角進(jìn)行分析：1）與破碎輥軸線(xiàn)相垂直的截面，如圖-2所示；2）與破碎輥軸線(xiàn)相平行的方向，即圖-3中由CDEF所代表的平面。
首先，在一對破碎輥的制作過(guò)程中，要求快、慢兩只破碎輥的直徑和長(cháng)度、齒形的大小、前后角的大小及方向、拉絲的螺旋角度和旋轉方向相同。但是，在大豆加工的破碎工序中，快、慢輥的相對轉速是不同的，以便使工作區中相對應的兩個(gè)齒運動(dòng)的線(xiàn)速度不同，產(chǎn)生相對運動(dòng)，對大豆產(chǎn)生“剪切”和“擠壓”的效果。一般來(lái)說(shuō)，快、慢輥的速差大，剪切的效果會(huì )大一些，速差小，擠壓的效果會(huì )增大。一定要注意，如圖-2所示，快輥上較鋒利的齒是面對運動(dòng)方向的。其線(xiàn)速度大于相對應的另一個(gè)齒的線(xiàn)速度。以圖-2為例所進(jìn)行的破碎工作原理的分析在其它的文件或教科書(shū)中已有描述，詳細細節可參見(jiàn)相應的文件或教科書(shū)。
從圖-3中可以看到，破碎的工作區是一條位于前、后破碎輥之間，相距最近并與破碎輥等長(cháng)的直線(xiàn)區域，如圖-4中虛線(xiàn)A-B所示。所有的‘破碎’和“擠壓”工作都在此狹長(cháng)的工作區內完成。
如果經(jīng)過(guò)AB虛線(xiàn)，作出一個(gè)與大豆運動(dòng)方向相一致的垂直面CDEF，就得到如圖-3所示的形態(tài)。再將快、慢破碎輥的圓柱表面都由外側向中間展開(kāi)，并且并入此垂直面，就形成了一個(gè)如圖-5 所示的“剪切面”。
如果只在此圖中選取快、慢破碎輥上各一條破碎齒條來(lái)分析，如圖-6所示（藍色GH直線(xiàn)代表快輥齒條，綠色JK直線(xiàn)代表慢輥齒條），可以看到，在其焦點(diǎn)M處正是兩個(gè)齒條在相對運動(dòng)中剪切大豆的位置。再回到圖-5，可以看到，在A(yíng)B虛線(xiàn)所代表的瞬間，有多個(gè)點(diǎn)在同時(shí)剪切大豆。而在A(yíng)B線(xiàn)上沒(méi)有快、慢輥齒條相交的區域，代表此瞬間沒(méi)有剪切。
在任意的下一個(gè)瞬間，如圖-7中LN線(xiàn)，或PQ線(xiàn)所代表的瞬間，可以看到，剪切點(diǎn)的數量基本相當。這一點(diǎn)非常重要，它表示在破碎輥的旋轉過(guò)程中，任何瞬間所破碎大豆的數量、所需要的驅動(dòng)力的大小是近乎相同的。
為了更好的產(chǎn)生“剪切”的效果，破碎輥齒條與破碎輥的軸線(xiàn)之間有一個(gè)角度，如圖-6中的S所代表的角度。這個(gè)角度不能等于零，也不能過(guò)大。
假設S角度等于零，就表示快、慢輥上所有齒條都與破碎輥的軸線(xiàn)平行。在破碎輥的整個(gè)長(cháng)度上，快、慢輥的齒條在某一瞬間同時(shí)相遇，同時(shí)剪切、擠壓大豆。而在下一個(gè)瞬間，兩根齒條沒(méi)有一點(diǎn)相交，沒(méi)有剪切發(fā)生。這是不可想象的。因為，在所有點(diǎn)位上同時(shí)剪切時(shí)，需要非常大的動(dòng)力。而沒(méi)有剪切時(shí)，所需的動(dòng)力近乎為零。如此，動(dòng)力大幅度的，頻繁的變化或脈動(dòng)，對設備產(chǎn)生的震動(dòng)和損害、對破碎工序的穩定性、對破碎的效果、對破碎工序所需的電力、對齒形的鋒利程度和其機械強度等，都會(huì )造成嚴重的影響。
假設S角度過(guò)大，就會(huì )在對大豆的破碎或剪切過(guò)程中，對大豆產(chǎn)生過(guò)大的水平分力，并“推動(dòng)”大豆和豆瓣沿破碎輥的軸向（水平方向）運動(dòng)。這不但會(huì )影響破碎效果、影響對其它大豆的破碎過(guò)程，也降低了破碎的效率和加工量。另外，由此水平分力產(chǎn)生的反作用力，也會(huì )“推動(dòng)”破碎輥沿其軸向向另一端移動(dòng)，并對破碎輥的軸承產(chǎn)生不利作用。
另外，適當的S角度，不但可以避免上述各種不利狀況，還可以適當提高齒形的鋒利程度和強度，增強其使用壽命。S角度的選擇可能設定在5-12度之間。各破碎機的生產(chǎn)廠(chǎng)家、破碎輥齒形的修復廠(chǎng)家、生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)人員和設備維護人員已對此角度有具體的選擇，在此不做過(guò)多敘述。只希望生產(chǎn)企業(yè)依據自身的實(shí)際需要，找出最適合的角度，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
當破碎輥工作一段時(shí)間后，其齒形會(huì )逐漸磨損，降低其鋒利的程度，從而降低了剪切的效果，而越來(lái)越依靠擠壓來(lái)破碎大豆。這樣，即影響了破碎效果和破碎的顆粒度、生產(chǎn)效率，也增加了動(dòng)力消耗。此時(shí)，有經(jīng)驗的操作工或維修工會(huì )依據自己的實(shí)際操作經(jīng)驗，判斷破碎輥的替換和修復周期。有的企業(yè)也會(huì )定期更換。但是，這種依據個(gè)人經(jīng)驗的判斷，或定期的更換不盡合理。
因為對于參數指標不同來(lái)源的大豆，或調質(zhì)時(shí)溫度、水分的變化、大豆中雜質(zhì)的性質(zhì)和數量都可能對破碎輥的使用壽命產(chǎn)生影響，不同的操作工和維修工對齒形磨損的判斷也不相同。但是，如果依據圖-8中齒形的高度H值為準，用游標卡尺、專(zhuān)用工具或模板來(lái)測量磨損后齒形的高度差，再結合大家的經(jīng)驗，確定一個(gè)合理的數值，可以使新、老員工都能對破碎輥更換周期做出合理判斷，做到更加簡(jiǎn)潔、合理、有效。
安全提示
1）破碎機啟動(dòng)前，要確保防止粉塵爆炸、著(zhù)火的措施到位；
2）破碎豆取樣器應由鋁質(zhì)材料、或其它不產(chǎn)生火花的材料制作；
3）取樣器的設計和制作，應保證在使用中不會(huì )對取樣員造成任何傷害，取樣器不會(huì )因脫手落入到物料中；
4）破碎機的所有護罩完好、固定到位。如需開(kāi)啟，必須滿(mǎn)足安全要求；
5）所有觀(guān)察孔、取樣口的蓋板都必須安全、可靠。
6）注意檢查確保破碎機齒輥安全間隙以防止兩破碎輥可能的意外碰撞
7）開(kāi)機前需檢查確保兩輥間不得存有物料
8）停機時(shí)應先停止喂料，待兩輥間沒(méi)有物料時(shí)方可停機（可通過(guò)程序聯(lián)鎖設定）
——作者：嚴濟，原任邦基（Bunge）中國區CTO（首席技術(shù)官）
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