粉碎機作為粉碎加工的主要設備，已經在農業生產等許多領域和行業被廣泛應用。特別是錘片式粉碎機，因其具有結構簡單、造價低、通用性好和維修方便等特點，應用十分普遍。但就目前的生產情況來看，仍然存在功耗大、度電產量低和粉碎粒度不均勻等問題。為了有效提高粉碎機的綜合性能，本文在分析研究錘片式粉碎機粉碎機理的基礎上，提出采用間隔圓弧異型粉碎室，改善粉碎機性能。
1、錘片式粉碎機粉碎機理和粉碎過程
粉碎是工農業許多產品生產過程中不可缺失的重要工序。粉碎可以減小物料的粒度，并使物料的表面積增加。物料被粉碎后，提高了其物理作用和化學反應的效果，使物料中的不同組分得到單體分離。
錘片式粉碎機工作時，物料從喂料裝置進入粉碎室后，受到高速旋轉錘片的沖擊而破裂，以較高的速度飛向篩片，與篩片撞擊后繼續破碎，經過多次沖擊和撞擊，物料被粉碎成小顆粒。此外，物料還受到錘片端部和篩片的摩擦和搓擦作用，以及物料之間的相互作用。物料在這些力的綜合作用下，得到粉碎。在粉碎時，物料顆粒在離心力作用下，貼著篩面作與錘片運動方向相同的圓周運動，產生物料一空氣環流層，環流運動的速度約為錘片速度的70%左右，一方面造成了過度粉碎，另一方面還減少了受沖擊和出篩的機會，從而影響錘片式粉碎機的粉碎效率，造成能耗增加、度電產量低和粒度不均勻等問題。要想解決上述問題，關鍵在于改變粉碎機粉碎室的結構或形狀，從而改變物料的運動狀態和粉碎室內的氣流狀態，達到破壞物料一空氣環流層的目的。
2、異型粉碎室粉碎機性能分析
2.1物料在間隔圓弧異型粉碎室內的運動分析
錘片式粉碎機的粉碎過程中，碎顆粒在環流層內的運動是無規則的，但是大方向是環流運動[6]。本文采用間隔圓弧形異型粉碎室破壞環流層，提高粉碎性能。根據工程流體力學一元氣流流動特性理論，當流體是亞音速流動，流體流道的橫截面積一定是逐漸縮小的，流體的速度隨著流體通道橫截面積的減小而增加。反之，當流道橫截面積逐漸增大時，則流體的速度反而下降。對于超音速流動，結論相反。而由間隔圓弧異型粉碎室正是通過改變氣固流體的通道橫截面積來實現其流速的變化，進而破壞物料一氣流環流層，提高粉碎機的粉碎性能和粉碎效率。當物料在間隔圓弧異形粉碎室內做環流運動時，由于運動半徑的不斷變化，使得運動速度大小和方向不斷變化。如當物料運動到不同半徑圓弧連接區域時，物料一空氣環流層會形成縮徑氣流噴射，速度會發生很大變化，更有利于物料的粉碎。與此同時，高速轉動的轉盤與物料不斷碰撞、摩擦，使得離心力不斷變化，進而帶動氣流流速變化，產生徑向氣流小旋流，并在徑向氣流的邊緣產生負壓區。這樣，噴射流作為主旋流與徑向氣流相遇，二者運動激烈，碰撞后形成渦流顫振區，更利于粉碎與出篩。
2.2物料在間隔圓弧異型粉碎室內的受力分析
物料在粉碎室內的受力情況比較復雜，主要有物料本身的重力、轉子高速旋轉而引起的離心力、錘片與碎物料或顆粒之間的碰撞沖擊力、摩擦力、剪切力和氣流對物料施加的作用力等，如圖l所示。根據粉碎理論，物料顆粒在粉碎室內的粉碎主要有3種，即沖擊粉碎、剪切粉碎和摩擦粉碎。物料進人間隔圓弧異型粉碎室后，旋轉著的錘片給物料以強大的沖擊力，使物料得到初次粉碎，而且獲得一定的動能。此外，物料還受到渦流場中高速氣流的作用高速旋轉，使物料受到作用沿離心切向飛出。物料碰到篩片上，受到反擊作用而被進一步粉碎，運動方向也隨之變化。同時在間隔圓弧異型粉碎室內，渦流場中氣流速度沿徑向和環向是變化的，而物料顆粒由于大小不同所受的離心力也不同，這樣各物料顆粒的運動速度、方向各不相同，極易在各間隔圓弧內形成小渦流，加大了物料顆粒間的碰撞機會和小顆粒出篩的機會。再者，當物料運動到不同半徑圓弧連接處，通道局部收縮，導致流動阻力增大，物料匯集在一起，物料顆粒之間的密度增大，相互之間的摩擦和擠壓作用隨之加劇，摩擦和剪切作用增強，物料更易于被粉碎。
3、間隔圓弧異型粉碎室設計及粉碎性能試驗
本研究采用的試驗樣機如圖2所示，為仿丹麥錘片式粉碎機（配套電機1. 5KW，粉碎室寬度86mm，轉子直徑360mm）。
考慮到結構的可操作性，異型粉碎室結構設計參數包括3種：①每隔15度改變圓弧半徑1次，半徑分別為56mm和181mm，構成24等分異型粉碎室；②每隔30度改變圓弧半徑1次，半徑分別為76mm和181mm，構成12等分異型粉碎室；③每隔45度改變圓弧半徑1次，半徑分別為113mm和181mm，構成8等分異型粉碎室。
采用的試驗物料是含水率為13. 53 010的玉米。試驗過程是先采用圓環形粉碎室進行試驗，然后采用間隔圓弧異型粉碎室進行試驗。本次試驗所需要的儀器設備主要有：三相四線有功電度表( 200r/kW.h)，水銀溫度計（精度為l℃）以及秒表和臺秤。測定的時間控制在從粉碎機在標定運轉15min后開始，每1種篩片做3次試驗，每次15min，然后取3次試驗測定數據的平均值進行計算。粉碎機性能測試指標包括：生產率、度電產量和溫升。
3.1生產率Yl
是指單位時間內錘片式粉碎機粉碎飼料的質量。
3.3飼料溫升Y4
是指加工前后物料的溫度差值。操作方法是在每次試驗前用水銀溫度計測量原料的溫度，試驗結束后結立即在出口處的飼料成品中測定溫度值，從而利用進料溫度和出料溫度的差值來表示飼料的溫度變化。
試驗結果如表l所示。試驗結果表明，錘片式粉碎機在使用間隔圓弧異型粉碎室后，粉碎機性能得到的改善，生產率平均提高10.5%，度電產量平均提高8.3%，溫升平均降低1.1℃。試驗結果與理論分析是相符的。
4、結束語
利用氣固兩相流理論分析了物料在間隔圓弧異型粉碎室內物料的運動特性，指出了異型粉碎室能有效破壞環流層，提高物料的打擊次數，增大了篩理面積。使用間隔圓弧異型粉碎室在生產率、度電產量方面都明顯改善了粉碎機的性能，生產率平均提高10. 5%，度電產量平均提高8.3%，溫升平均降低1. l℃。
