翼形組合型篩片的制作方法
【專利摘要】一種翼形組合型篩片，由截面的基本輪廓為環形的篩片本體組成，在篩片本體上布滿篩孔，其特征在于：所述的篩片本體由至少三個組合連接而成，每一組合由依次連接的等腰角4、圓弧5和翼形弧6三部分組成；各組合的圓弧5的直徑相同，稱為小直徑（d）；連接等腰角4和翼形弧6的頂點的輪廓圓周線的直徑相同，稱為大直徑（D），大直徑D大于小直徑（d）。該篩片可有效破壞物料在錘篩間隙處的環流層，增加錘片與物料相對撞擊速度，同時也增大了物料的過篩面積。試驗證明，安裝該篩片的錘片式粉碎機，比安裝圓弧平篩錘片式粉碎機在生產率、度電產量上均有顯著提高，且粉碎后的物料顆粒度均勻、升溫慢，翼形組合型篩片是一種節能增效的換代產品。
【專利說明】翼形組合型篩片

【技術領域】
[0001]本發明涉及飼料加工業粉碎機翼形組合型篩片，屬于農業工程流體力學及粉碎機構造【技術領域】。

【背景技術】
[0002]錘片式粉碎機因具有結構簡單、通用性好、適應性強等優點，廣泛應用于各種物料的粉碎，被稱為通用粉碎機。目前，在國內外飼料加工企業中錘片式粉碎機是重要的生產設備，同時在制藥業、食品業、冶金礦山、涂料及建材等方面也廣泛使用。
[0003]經過改革開放30多年的發展，我國飼料工業由小到大，并成為世界飼料生產的大國。隨著飼料工業的進一步發展，錘片式粉碎機的市場需求量會進一步增加，但錘片式粉碎機也存在一些缺陷，如生產率、度電產量較低，功耗偏高，且粉碎粒度不均勻。研究表明:飼料廠用于粉碎的功耗占飼料生產總功耗的60%-70%，由此可見，粉碎物料所需的功耗很大。因此，如何使錘片式粉碎機增效節能是飼料加工機械中的重要研究課題。對此，研究者們進行了大量的理論與試驗研究，這些研究主要集中在改變錘片布置方式、選擇錘片線速度、結構、材料、錘篩間隙，以及改進粉碎室結構等方面，這些措施對提高粉碎效率均有一定作用，但對提高度電產量沒有明顯作用。
[0004]近年來，國內外一些粉碎機生產和科研單位在破壞粉碎機環流層方面做了許多工作，研制了一些異型粉碎室，如水滴形、橢圓形粉碎室，實踐證明，粉碎室結構的改進對提高粉碎效率有一定的作用，但效果一般。在水滴形粉碎室內，環流層只在粉碎室的上部受到破壞，下部分依然和環形粉碎室一樣。在橢圓形粉碎室內，錘篩間隙雖在不斷變化，但粉碎室依然是平滑的，沒有起伏變化。也有研究者采用魚鱗形篩片來改善粉碎機的性能，結果表明，魚鱗形篩片對破壞環流層有一定作用，但物料出篩率無明顯提高。
[0005]目前，影響錘片式粉碎機性能的主要因素有:物料-空氣環流層造成的物料過粉碎、生產率和度電產量偏低現象；錘片對物料的偏心沖擊和物料對篩片的攻擊角偏小造成的粉碎效率和出篩率低下的情況。具體分析如下:對于普通環形平篩片，由高速旋轉的錘片對旋轉氣流作用下的物料進行追趕擊碎，擊碎后的物料打擊到篩片上的沖擊角小，易于使物料滑走，反彈率降低，進而造成生產率較低，再加上物料-空氣流形成環流層，造成大顆粒物料在錘片擊碎時由于離心力的作用拋向篩面，而細小物料由于氣流在轉軸中心形成負壓域，被吸附到中心轉軸上，造成過粉碎現象，進而降低了生產率和度電產量。根據米勒尼可夫的研究，錘片式粉碎機篩片部分消耗的功率大約占整個粉碎機所消耗功率的70%左右。


【發明內容】

[0006]為了解決現有技術存在的上述問題，本發明研制了一種能破壞物料-空氣環流層，提高錘片擊碎物料時的相對撞擊速度，增大物料對篩片的攻擊角，同時也增大篩理面積的篩片。
[0007]本發明的技術方案是:一種翼形組合型篩片，由截面的基本輪廓為環形的篩片本體組成，在篩片本體上布滿篩孔，其特征在于:所述的篩片本體由至少三個組合連接而成，每一組合由依次連接的等腰角4、圓弧5和翼形弧6三部分組成；各組合的圓弧5的直徑相同，稱為小直徑(d);連接等腰角4和翼形弧6的頂點的輪廓圓周線的直徑相同，稱為大直徑(D),大直徑D大于小直徑(d)；
所述的等腰角4的高H ^ D/2-d/2，其頂角λ =180° _2盧=180° -2(^1-^)，
苴中.Ψ=丨私吟-1,J DfeinS1 I Le
式中:Ψ:物料顆粒的拋射角，
R:錘片的最大回轉半徑，
S1:錘片相對于徑向的傾角，
4:轉子半徑，
f:錘片與物料的摩擦系數；
所述的翼形弧6由半徑為I〗與半徑為尾的圓弧線連接組成，而半徑為^^和半徑為馬的圓弧線的位置由a、b、c三個交點確定,其中a、b點為中心角of的兩條邊線(通過圓心O的半徑射線)與小直徑d的圓弧的交點，中心角是翼形弧6對應的中心角，為圓周的12
等分之一(30° ) ；c點為從a點取弦長I= f的端點垂線與大直徑D圓弧的交點，其中a、c
4
點決定半徑為尤圓的圓心，C、b點決定半徑為象圓的圓心，而圮、尾的取值均與弦長L的長度及弦L的最大弦聞hmax有關；
其中:
,Lt ,.a I = — L.= a ai —
42
U 斗.'k-Κ?
最大相對彎度為:/? =
決定于升阻比，一般取0.1?0.2之間，先=U=100(Tl200。
[0008]使用本發明的錘片式粉碎機，在生產率和度電產量上分別比使用普通環形篩片增加了 33.9%和122.2%，同時物料的溫升降低了 52%左右。翼形組合型篩片的使用，使得物料粉碎后平均粒徑為0.9mm,物料在20目?30目之間占27.8%，而普通環形篩片的使用，物料粉碎后平均粒徑為1.03mm，物料在20目?30目之間占19.6%。與圓弧篩片相比，其生產率、度電產量均有顯著提高，且物料粒度均勻、升溫慢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發明一個實施例的端面的結構圖(含組裝在中部的轉盤和錘片)； 圖2是圖1的左視圖；
圖3是本發明另一個實施例的端面的結構圖；
圖4是采用本發明的粉碎室內氣流流場示意圖；
圖5是本發明工作時物料在翼形弧上的受力分析圖；
圖6是物料顆粒在翼形組合型篩片圓弧上攻擊角原理圖；
圖7是物料顆粒在翼形組合型篩片翼形上攻擊角原理圖；
圖8是物料顆粒在翼形組合型篩片三角形弧上攻擊角原理圖。
[0010]圖9是采用本發明組成的試驗裝置的結構示意圖。
[0011]附圖標記說明:1、轉盤，2、錘片，3、翼形組合型篩片，4、三角形段，5、圓弧段，6、翼形弧段，7、縮徑氣流噴射，8、徑向氣流，9、徑向氣流邊的負壓區，10、渦流顫振區，11、電機，12、粉碎室，13、進料調節裝置，14、進料管，15、出料口，16、手動出料搖柄，17、電控裝置(開關、電度表)，18、變頻柜，19、篩片的外輪廓線(環形槽外周面)，α、沖角，Fy、升力，Fx、阻力，FR、合力，V0、來流方向，Ah、錘篩間隙,?Λ圓弧長度,hmax、翼形弧的最大弦高,L、翼形弧的最大弦長。
[0012]

【具體實施方式】
[0013]參見圖1-圖3，本發明由截面的基本輪廓為環形的篩片本體3組成，在篩片本體3上布滿篩孔，其特征在于:所述的篩片本體3由至少三個組合連接而成，每一組合由依次連接的等腰角4、圓弧5和翼形弧6三部分組成。其中圖1所示的為四個組合連接而成；圖3所示的為三個組合連接而成。各組合的圓弧5的直徑相同，稱為小直徑(d);連接等腰角4和翼形弧6的頂點的輪廓圓周線的直徑相同，稱為大直徑(D)，大直徑D大于小直徑(d)；
對于等腰角4而言，其高H?D/2-d/2，其頂角λ=180° -2盧=180° Ka1-V-^1),其中Ψ為物料顆粒的拋射角。
ψ = Mjfcosg1-
—γ SMnS1 + Lc
[0014]其中:Ψ:物料顆粒的拋射角；
R:錘片的最大回轉半徑；
S1:錘片相對于徑向的傾角；
Lt:轉子半徑；
f:錘片與物料的摩擦系數。
[0015]本次試驗的4KB型錘片式粉碎機:
R=180mm, δ ^0, L1 =1Qmm , f=0.4, D=393mm, d=371mm,代入上式
V 100
若要求攻擊角《I =90°則:
三角形 4 的頂角 λ =180° - 2盧=180° -2 (90° - 72° )=144° 三角形 4 的高 H=D/2 - d/2=393/2 - 371/2=llmm
等腰角4的位置是:順時針方向，翼形弧6后，第一個12等分圓弧中心位
置為等腰角4底邊中心。
[0016]對于翼形弧6，如圖3所示，其弧形主要取決于半徑為圮與半徑為矣的圓弧線，而圓弧線的位置取決于a、b、c三個交點。a、b點為中心角的兩條邊線(通過圓心O的半徑射線)與小徑為d的圓弧的交點，中心角如前文所述為12等分360°，為30°。(:點為從a點取弦長i = f的端點垂線與大徑為D圓弧的交點，其中a、c決定半徑為圓的圓心，
4
c、b決定半徑為^,圓的圓心，而圮、Rc的取值均與弦長L的長度及弦L的最大弦高hmax有關。
[0017]其中:
I= - ￡=?/?-
42

1fr\2
■mittfI η f 2JLi I
最大相對彎度為'f祖
Swxl決定于升阻比，一般取0.Γ0.2之間，々=1000?1200。
[0018]本次試驗的4ΚΒ型錘片式粉碎機D=393mm，d=371mm，=30。，代入上式可計算尤及氧為:


3GP
L — 371sii1- = 96xmn


2
? =腿
4 4
尤》取0.17，則=26蕭，^ =200_，此時沖角β =15°。上述參數均為翼形弧的最佳參數。
[0019]翼形組合型篩片影響錘片式粉碎機性能的主要參數如圖1、圖2和圖5:圓弧5的弧長//、翼形弧6上的沖擊角α、最大彎度fmax=hmax/L、三角形弧4上的頂角λ，對于不同結構的錘片式粉碎機均可通過計算、試驗找到較佳的上述參數，并設計出合理的翼形組合型篩片。
[0020]在圖1中還示出了本發明應用時組裝在一起的轉盤I和沿轉盤外周均布連接的四個錘片2 (屬于現有技術)，圖中Ah為錘篩間隙，I/為圓弧長度，hmax、L為翼形弧的最大弦聞與弦長。
[0021 ] 為了驗證本發明的技術效果，進行了如下實驗。
[0022]1.翼形組合型篩片粉碎室兩相流(空氣、物料)流場分析: 當采用本發明翼形組合型篩片后，在粉碎機錘片2末端和篩片3 (以下簡稱篩片)之間將產生回流現象。隨著粉碎機轉子的高速旋轉，在篩片3與錘片2間的兩相流會形成局部渦流流場。從工程流體力學角度分析，這種渦流的運動情況相對比較復雜，如圖4所示。
[0023]由于篩片3采用翼形組合型設計，隨著錘篩間隙的不斷變化，當錘片2運動到距離篩片最近時，錘篩間將形成一狹窄間隙，此時錘篩間的間隙最小，兩相流通過此處時會形成縮徑氣流噴射，噴入粉碎室。同時，隨著轉子高速旋轉，兩相流產生強大的離心力，在此作用下，兩相流產生徑向氣流后形成小旋流，并在徑向氣流的邊緣處產生負壓區。這樣，噴射流作為主旋流和徑向氣流相遇，二者激烈碰撞后形成渦流顫振區。
[0024]由相關工程流體力學知識，流體在流過變截面通道時，流體通道截面積的變化對流體的運動產生影響。所設計的翼形組合型篩片構成的異形粉碎室，通過改變錘片2頂端到篩片3內表面的橫截面積來改變流速，從而使環流層受到一定程度的破壞。
[0025]各顆粒以不同的速度和方向交錯運動而形成紊流。同時，當錘片2運動到翼形弧6處時，環流速度在此處突然降低，使顆粒與錘片2之間的相對速度突然增大，并且顆粒受打擊的機會增多，這樣粉碎合格的小顆粒物料順利排出腔外，大顆粒物料仍然留在粉碎腔內被粉碎，作業效率明顯改善。
[0026]2.翼形組合型篩片翼形弧6的動力特性分析:
在篩片3設計中增加翼形弧6。繞流流體力對篩片的作用有著重要意義，它是影響出篩率和粉碎功耗的主要因素之一。篩片3與繞流流體力的相互作用特性稱為篩片3的動力特性。流體繞流篩片3時，篩片3所受的作用力可分解為與來流方向相互平行的阻力Fx和與來流方向相互垂直的升力Fy。翼型弧6與來流的相對位置是決定升力與阻力大小的主要因素，這一位置關系可用沖角α表示，沖角是篩弦與來流方向的夾角，如附圖5所示。
[0027]若篩片3的投影面積為Α，來流速度為Vtl，密度為P，則升力和阻力用下式計算:


pVa

F =C f-^-A

? ? 2
pV}
F =C1 A
2
其中，Cy和Cx分別為升力系數和阻力系數，與篩片幾何形狀和沖角的大小有關。
[0028]其特征:合理確定翼形弧6的沖角α與翼形幾何形狀，可增大升力，便于小顆粒物料出篩。
[0029]3.物料在翼形組合型篩片粉碎室的不同弧形處沖擊粉碎分析:
在裝有所設計翼形組合型篩片的錘片式粉碎機粉碎室內，環流層以低于錘片2的線速度與錘片2做同向運動。此時，粉碎室內有三種碰撞，分別是錘片2與顆粒的追趕碰撞，錘片2與顆粒的迎面碰撞，顆粒與篩面的摩擦碰撞，此三種方式的碰撞，是造成物料粉碎的主要原因。根據動量矩定理，迎面正碰撞耗能最小，且增加了物料對篩面的正碰撞機會，進而可提高物料出篩率。碰撞方式與錘片2撞碎物料后拋射到篩面上的攻擊角有關。下面就翼形組合型篩片在圓弧5、翼形弧6、等腰角4處篩面對顆粒的沖擊粉碎進行分析。
[0030]( I)物料顆粒在圓弧5處的粉碎分析:
物料顆粒在圓弧5處的粉碎分析如附圖6所示。
[0031]其中L1丄0E，L2丄A0，由圖中幾何關系可得攻擊角:
其中，《%:物料顆粒對篩片2的攻擊角；
Ψ:物料顆粒的拋射角；
Θ =AO與EO的夾角。
[0032](2)物料顆粒在翼形弧6處的粉碎分析:
物料顆粒在翼形弧6處的粉碎分析如附圖7所示。
[0033]圖中由弦線⑶近似代替弧線CO，當物料顆粒被錘片2擊碎后拋射到翼形弧6上的A點時，由圖中幾何關系可得攻擊角:
O1 αιψ + θ+β
(3)物料顆粒在等腰角4處的粉碎分析:
物料顆粒在等腰角4處的粉碎分析如圖8所示。
[0034]當物料顆粒被錘片擊碎后拋射到等腰角4的A點時，由圖中幾何關系可得攻擊角:
O1 ^ ψ + γ
其中:
r=v?+A
則:
Oi 二 Ψ + # + 具
翼形弧6、等腰角4的沖擊角比圓弧5多了 β、P1角。
[0035]經對4ΚΒ型錘片式粉碎機進行計算，圓弧5、翼形弧6、等腰角4的攻擊角為72°、85°、90°，顯然，翼形弧6、等腰角4攻擊角優于圓弧5。
[0036]本錘片式粉碎機在轉盤I高速旋轉時(角速度為ω )，由于錘篩間隙Ah在圓弧5，翼形弧6，三角形弧4處時是變化的，其截面積為S=Ah.w，w為篩片3的寬度，當粉碎機型號選定時，w為定值，而Ah隨圓弧5、翼形弧6、等腰角4變化，故s也是變化的，根據斯托克斯定理:當流體質點在許多以原點為中心的同心圓上運動時，速度與該點至原點距離之乘積為一常數。設這一常數為B，即VR= B。在粉碎腔中，當氣固兩相流流經圓弧5、翼形弧6、等腰角4時,流速是變化的,故vR Φ B,可打破物料-空氣環流層。理論分析和試驗研究均證明，氣固兩相流流經圓弧5時，其流速較快，而流經翼形弧6和等腰角4時，流速變慢，而氣流壓力基本不變。另外，錘片擊碎物料后拋射到篩片3處的攻擊角在翼形弧6、等腰角4處均接近90°，
試驗研究選用4KB型錘片式粉碎機，其基本結構如圖9所示，試驗時選用的篩片3篩孔的孔徑為3mm。試驗中，先用溫度計測量待粉碎物料的溫度，然后將篩片3裝入粉碎機的粉碎腔內，開啟粉碎機待其運轉穩定后，加入玉米物料使其粉碎，時間為30分鐘。粉碎結束后，立即測量粉碎物的溫度和粉碎物料的質量，并記錄粉碎時間和耗電量，最后計算相關評價指標，試驗數據具體如下:
使用普通環形篩片:生產率224kg/h，度電產量120kg/kW.h。
[0037]使用本發明的翼形組合型篩片:生產率300 kg/h，度電產量226.7kg/kff.h。
[0038]使用翼形組合型篩片的錘片式粉碎機在生產率和度電產量上分別比使用普通環形篩片增加了 33.9%和122.2%，同時物料的溫升降低了 52%左右。翼形組合型篩片3的使用，使得物料粉碎后平均粒徑為0.9mm,物料在20目?30目之間占27.8%，而普通環形篩片的使用，物料粉碎后平均粒徑為1.03mm，物料在20目?30目之間占19.6%。
【權利要求】
1.一種翼形組合型篩片，由截面的基本輪廓為環形的篩片本體組成，在篩片本體上布滿篩孔，其特征在于:所述的篩片本體由至少三個組合連接而成，每一組合由依次連接的等腰角4、圓弧5和翼形弧6三部分組成；各組合的圓弧5的直徑相同，稱為小直徑(d);連接等腰角4和翼形弧6的頂點的輪廓圓周線的直徑相同，稱為大直徑(D)，大直徑D大于小直徑⑷。
2.根據權利要求1所述的翼形組合型篩片，其特征在于: 所述的等腰角4的高H ^ D/2-d/2，其頂角λ =180° _2盧=180° -2(^1-^)，苴中.— =~ ^) 式中:ψ:物料顆粒的拋射角， R:錘片的最大回轉半徑， S1:錘片相對于徑向的傾角， 4:轉子半徑， f:錘片與物料的摩擦系數。
3.根據權利要求1所述的翼形組合型篩片，其特征在于: 所述的翼形弧6由半徑為^?【與半徑為炙的圓弧線連接組成，而半徑為《I和半徑為先.的圓弧線的位置由a、b、c三個交點確定,其中a、b點為中心角α:*的兩條邊線(通過圓心O的半徑射線)與小直徑d的圓弧的交點，中心角Y I翼形弧6對應的中心角，為圓周的12等分之一(30° ) ；c點為從a點取弦長= §的端點垂線與大直徑D圓弧的交點，其中a、c


4點決定半徑為尤圓的圓心，C、b點決定半徑為^圓的圓心，而圮、馬的取值均與弦長L的長度及弦L的最大弦1? hmax有關； 其中: ? = - L^d^-
42κ#3—g〕2 最大相對彎度為:/■



JLf Imm決定于升阻比,一般取0.1?0.2之間，Ie =--，左=1000?1200。
【文檔編號】B02C13/284GK104174462SQ201410443681
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】田海清, 韓寶生, 劉偉峰, 姜宏丹, 王文歡, 徐琳, 李哲, 王輝, 王春光 申請人:內蒙古農業大學