1、項目背景
樹皮、枝條、樹葉等廢棄物是木材生產(chǎn)加工、使用過程中必然出現(xiàn)的產(chǎn)物。制漿造紙企業(yè)在對原木進(jìn)行預(yù)處理時，除皮去枝，由此也產(chǎn)生大量的樹皮及枝條。據(jù)測算，一棵可使用的成品樹干中，樹皮及枝條占可用木材的10%左右。以前，企業(yè)將這些樹皮及枝條作為垃圾處理，既浪費(fèi)資源又浪費(fèi)大量的人力、物力。經(jīng)研究，將這些樹皮、枝葉及枝椏材等破碎到一定尺寸呈纖維狀態(tài)后，可作為飼料添加劑、
生物質(zhì)鍋爐燃料、生物燃料輔加料，亦可作為食用菌培養(yǎng)基料、溫室蔬菜大棚的培養(yǎng)基質(zhì)等，綜合利用前景十分廣闊。
中冶美利漿紙公司年產(chǎn)楊木化機(jī)漿10萬噸，年利用楊木29萬立方米，年產(chǎn)生樹皮、枝椏材6萬噸。這些廢棄物以前是包給私人外運(yùn)到荒野填埋處理的，每年不僅要支付30萬元的額外費(fèi)用，還造成新的環(huán)境污染。為此，公司多方咨詢這方面的處理設(shè)備，希望能把這些樹皮、枝椏材粉碎后均勻摻到自備電廠的燃煤中作為燃料利用。但由于樹皮及枝椏材韌性大、枝條硬、濕度變化大等特殊原因，目前國內(nèi)外市場上使用的各種粉碎機(jī)如
飼料粉碎機(jī)、麥草
鍘草機(jī)、錘式破碎機(jī)等，由于結(jié)構(gòu)方面缺乏針對性設(shè)計，粉碎樹皮與樹枝存在一些不足之處。表現(xiàn)在：不能粉碎含水較多的濕樹皮，篩板有阻料現(xiàn)象；產(chǎn)量極低，不能粉碎大塊的硬質(zhì)物（如較粗壯的樹枝）等．風(fēng)送能力弱，不能遠(yuǎn)距離輸送物料；粉碎樹皮時篩板等零部件易壞；入口小，進(jìn)料不流暢等。
為此，美利漿紙公司委托我們設(shè)計、制造了一種新型的粉碎機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)樹皮、枝椏材高效粉碎的目的。該設(shè)備系統(tǒng)由粉碎系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)、儲料倉系統(tǒng)三部分組合而成。輸送系統(tǒng)和儲料倉為鋼板材組焊結(jié)構(gòu)件，核心部件是粉碎系統(tǒng)，外型尺寸為長×寬×高=2270mmx1897mmx1132mm，部件重1500kg，是由阿基米德螺旋線形的上下殼體、回轉(zhuǎn)主軸、錘片，錘片軸、風(fēng)扇葉輪，篩條等各零部件構(gòu)成。
2、總體思路和實(shí)施計劃
總體設(shè)計前，我們選擇了飼料粉碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、切草機(jī)在原理及結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了對比研究，并在現(xiàn)有飼料粉碎機(jī)和切草機(jī)上進(jìn)行了樹皮和楊樹枝椏材的粉碎試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一系列問題，采取了針對性的措施，設(shè)計制造了1種新型粉碎機(jī)系統(tǒng)。這種粉碎機(jī)解決了樹皮的韌性強(qiáng)．樹枝條塊大、難以粉碎等問題。
項目總體分“試驗(yàn)研究”、“優(yōu)化改進(jìn)”、“定型量產(chǎn)”三個階段。
在試驗(yàn)研究階段，研究樹皮、樹枝性質(zhì)，檢測樹皮含水量、韌性，樹枝硬度，為制定相應(yīng)的加工工藝參數(shù)做好基礎(chǔ)工作。解決關(guān)鍵部件及其設(shè)計理論，確定其它主要參數(shù)，試制樣機(jī)，購置相應(yīng)儀器對其進(jìn)行測定。在小試的基礎(chǔ)上進(jìn)行中試，優(yōu)化主軸、電機(jī)轉(zhuǎn)速，錘片數(shù)量及排布，確定它們與產(chǎn)量的關(guān)系。
在優(yōu)化改進(jìn)階段，分析中試數(shù)據(jù)，優(yōu)化主要零部件加工制造工藝，消除樣機(jī)試運(yùn)行中存在的缺點(diǎn)，優(yōu)化粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)。試制二代樣機(jī)，測定其在實(shí)用過程中的性能，消除在能耗、振動、噪聲、使用壽命等方面存在的問題�？偨Y(jié)二代樣機(jī)測試數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)改進(jìn)后，繪制粉碎機(jī)性能曲線，形成定形設(shè)計文件。
在定型量產(chǎn)階段，撰寫技術(shù)報告，系統(tǒng)制訂工藝技術(shù)文件，聘請有關(guān)專家對該產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)鑒定，通過鑒定。進(jìn)行小批量（50臺套）生產(chǎn)，并在寧夏及周邊地區(qū)進(jìn)行一定范圍的示范推廣，然后投入工業(yè)化批量(500臺套)生產(chǎn)。
3、技術(shù)要點(diǎn)
在樣機(jī)試制成功后，進(jìn)一步研究完善設(shè)計理論體系，修正動力學(xué)計算公式及經(jīng)驗(yàn)公式，形成各參數(shù)之間的數(shù)據(jù)鏈，達(dá)到各參數(shù)的最佳選擇和組合，優(yōu)化粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)，降低成本和能耗，為規(guī)模生產(chǎn)做好技術(shù)準(zhǔn)備。
(1)在粉碎機(jī)600mm回轉(zhuǎn)直徑確定后，選擇適宜的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)量大，但對動平衡要求很高，否則振動大、功耗多、零配件磨損迅速。
(2)優(yōu)化錘片結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、熱處理工藝及組合順序，以達(dá)到壽命長，價廉、組裝后振動小的要求。
(3)研究楔形鑄鐵篩條結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、強(qiáng)度，減輕重量，增強(qiáng)耐磨性。
(4)研究風(fēng)機(jī)葉片形狀，尺寸、轉(zhuǎn)速及選材，達(dá)到輸送量和輸送距離要求，消除變形，達(dá)到噪聲小、耐磨。
(5)計算、試驗(yàn)確定各參數(shù)最佳搭配，在滿足各項性能的前提下，進(jìn)一步降低能量消耗和零部件重量，降低制造成本和運(yùn)行成本。
(6)研究殼體鋼板壁厚與密封問題，探索其剛度與振動強(qiáng)度、冷卻方式、軸承類型和使用壽命等相互關(guān)系，盡量減輕重量，降低能耗，提高系統(tǒng)的整體可靠性。
(7)優(yōu)化主軸各零件的加工工藝及裝配關(guān)系，以達(dá)到動平衡好、易裝卸、易維修的要求。
(8)完善圖紙、工藝文件、工藝裝備、試驗(yàn)儀器，確保設(shè)備性能和質(zhì)量。
電動機(jī)通過皮帶傳動，加速后帶動粉碎機(jī)主軸高速轉(zhuǎn)動，物料從下料斗落下時，被主軸上的錘片切碎，在強(qiáng)烈氣流的帶動下，不斷與篩條撞擊，粉碎后被風(fēng)力吸引，快速從篩條縫隙通過，而后進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪，被風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)氣流輸送到遠(yuǎn)處的目的地。
4、項目創(chuàng)新點(diǎn)
4.1技術(shù)創(chuàng)新
本項目利用37kW的動力，驅(qū)動800m m寬入料口、600mm錘片回轉(zhuǎn)直徑、+480mm風(fēng)4;)Ln卜輪回轉(zhuǎn)直徑的粉碎機(jī)系統(tǒng)，使得樹皮及枝椏材粉碎能力遠(yuǎn)超其它類型的粉碎機(jī)，并可實(shí)現(xiàn)出料輸送到18m以外，省了配套的運(yùn)輸設(shè)備。
4.2應(yīng)用創(chuàng)新
本粉碎機(jī)經(jīng)過創(chuàng)新改造后，可以將各種水分含量的楊樹皮、35mm直徑以下的樹枝粉碎成長度10mm以內(nèi)、直徑3-5mm左右的纖維絲，摻入熱電廠鍋爐燃煤中作為燃料，也可作為飼料、工業(yè)或生物燃料添加料、食用菌培養(yǎng)料等。該粉碎機(jī)系統(tǒng)還可用于膨潤十、白灰、飼料、煤塊等物的粉碎，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，可為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供裝備支持。
4.3結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
(1)篩分系統(tǒng)不采用通常的孔，而是利用單根的條，緊挨著的鑄鐵條形成篩條。利用篩板條之間的縫隙下料。篩條采用鑄鐵制造，楔形截面，具有抗彎強(qiáng)度高、耐磨、不塞料、壽命長、價廉等特點(diǎn)。
(2)錘片頭部形成階梯形角，劃切功能強(qiáng)，可以把物料撕碎成纖維狀。錘片比飼料粉碎機(jī)錘片厚許多，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中擊碎樹枝等較大物件。
(3)強(qiáng)力氣流貫穿內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離氣力輸送物料。固氣比大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)3000r/min，葉輪直徑較大，葉輪端部為防變形增加了法蘭圈，內(nèi)腔形成強(qiáng)力的有序氣流，加強(qiáng)了篩條的排料功能，氣流最終攜帶碎料排至遠(yuǎn)處，從而增加了本機(jī)長距離輸送物料的能力。
5、生產(chǎn)技術(shù)工藝
產(chǎn)品制造過程中融合了精密鑄造、巾厚板低應(yīng)力切割下料、耐磨件熱處理及精加工、精確動平衡等一系列機(jī)械設(shè)備制造的通用工藝，并創(chuàng)新了主軸高精度加工、篩板高強(qiáng)度，高耐磨性鑄鐵的鑄造工藝。
5.1關(guān)鍵零部件技術(shù)工藝特點(diǎn)
粉碎系統(tǒng)的3組27片錘片材質(zhì)采用16Mn鋼，經(jīng)滲碳、表面淬火熱處理工藝，提高其抗沖擊性能和耐磨性能。
回轉(zhuǎn)主軸及錘片軸采用45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理工藝，提高其強(qiáng)度。
篩條采用可鍛鑄鐵，經(jīng)單體鑄造裝配時拼裝成整體，保證篩體的強(qiáng)度及可更換、可維修性。
風(fēng)扇葉輪焊接，裝入主軸后進(jìn)行整體動平衡校驗(yàn)，減少整機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)中的沖擊和振動。
上下殼體左、右墻板及兩軸承座有3組孔及端面需要加工，孔同軸度要求為∮0.lmm，孔軸心線與端面垂直度要求0.lmm，孔加工端面距主軸最大距離2m。為保證左、右墻板兩孔同軸度及孔與端面垂直度的要求，我們設(shè)計了一套直接安裝在工件E的定位套做鏜桿專用支承裝置，實(shí)現(xiàn)了孔系的加工及組裝質(zhì)量的保證。
5.2與現(xiàn)有技術(shù)工藝的比較優(yōu)勢
(1)進(jìn)行了鏜床微量補(bǔ)償裝置（包括動力頭）的開發(fā)。其主要內(nèi)容是彈性變形體的微變形原理、主運(yùn)動（切削運(yùn)動）及微量進(jìn)給運(yùn)動（補(bǔ)償運(yùn)動）的傳遞與合成。在滿足微量補(bǔ)償裝置性能指標(biāo)（分辨率、重復(fù)定位精度，線性，補(bǔ)償范圍）的前提下，可兼顧到裝置本身的可制造性、可裝配性和可維護(hù)性等。
(2)進(jìn)行了測量裝置的二次開發(fā)。在現(xiàn)有成熟測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)在線自動測量裝置，結(jié)合相應(yīng)的現(xiàn)場工藝等措施，排除現(xiàn)場工況等環(huán)境因素的干擾，在滿足在線自動測量精度、測量范圍等性能指標(biāo)的前提下，提高了在線自動測量的可靠性。
(3)進(jìn)行了控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)�？刂葡到y(tǒng)包括在線自動測量信號的采集、轉(zhuǎn)換與處理、尺寸誤差預(yù)測模型（控制策略）的建立，以及其它整套系統(tǒng)動作的協(xié)調(diào)與控制等。
(4)進(jìn)行了關(guān)鍵零部件靜態(tài)及動態(tài)平衡試驗(yàn)研究等。在理論分析的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證和確定微量補(bǔ)償裝置的靜態(tài)性能指標(biāo)（分辨率、重復(fù)定位精度，線性、補(bǔ)償范圍），在模擬現(xiàn)場工況條件下，進(jìn)行自動預(yù)測補(bǔ)償控制的動態(tài)切削試驗(yàn)等。
6、結(jié)束語
通過不斷試驗(yàn)、改進(jìn)，突破了高速梯形旋轉(zhuǎn)錘片式強(qiáng)力撕碎、楔形截面鑄鐵篩條排列組合成縫篩、粉碎與強(qiáng)風(fēng)力排料和輸送一體化等幾項關(guān)鍵技術(shù)，完成了新型多功能粉碎機(jī)的樣機(jī)設(shè)計制造，并已于2009年10月取得了國家實(shí)用新型專利。樣機(jī)經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，對不種樹種、水分、尺寸的枝椏材和樹皮的破碎適應(yīng)性良好，同時具有能耗低、安全性高、噪音低等諸多優(yōu)點(diǎn)。
多功能粉碎機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的推廣轉(zhuǎn)化，將實(shí)現(xiàn)我國以樹皮、枝椏材為主的多功能粉碎機(jī)技術(shù)的國產(chǎn)化，為我國造紙企業(yè)林漿紙一體化戰(zhàn)略實(shí)施在原料預(yù)處理環(huán)節(jié)提供重要的裝備保證。
相關(guān)粉碎機(jī)鍘草機(jī)產(chǎn)品：
1、
鍘草機(jī)
2、
秸稈粉碎機(jī)
