锤片式粉碎机锤片的设计与研究

高正面冲击率，又可减少空气环流速度，从而增加了锤片
锤片厚度对粉碎机工作性能的影响很大。锤片厚度不
对物料的相对冲击速度，提高了物料的破碎效率。
同，所产生的打击力和接触面积也不同。一般来说，随着锤
2.1.2 给冲击部分一个斜面，减少粉碎对筛孔的入射角 片厚度变薄，粉碎机生产效率会有所上升，即锤片越薄粉
标准锤片端部是平直的，玉米受到锤片正面冲击后的碎 碎效果越好。粉碎机在粉碎玉米等脆性物料时，主要靠锤
1 锤片粉碎机的结构及工作原理
锤片粉碎机结构见图 1。图 1 所示，锤片粉碎机系统
一般由供料装置、机体、转子、齿板筛片（板）、排料装置，以
及控制系统等部分组成。锤架板和锤片组构成的转子由轴
承支撑在机体内，上机体内安有齿板，下机体内安有筛片
包围整个转子，构成粉碎室。锤片用销子连接在锤架板的
四周，锤片之间有隔套（或垫片），使锤片彼此错开，按一定
耗就会剧增，使单位产品能耗明显提高。根据国内外资料，
最佳锤片线速度随不同物料的物理和机械特性而不同，据
介绍，当使用 5.2 mm 孔径的筛片时，几种常见物料的最佳
线速度见表 1。
表 1 几种常见物料的最佳线速度
m/s
物料
线速度
高粱
48
玉米
52
小麦
65
黑麦
75
大麦
88
燕麦
105
糠麸
110
燕麦壳
115
线速度过快，空载功率就加大，振动与噪音就加大。为 了降低噪音，可采用大直径、低转速粉碎机。如粉碎机转速 由 2 550 r/min 降到 2 200 r/min 时，噪音可降低 2~3 dB。在实 际生产中，粉碎机的应用是多元的，需要有较强的通用性。 常用锤片式粉碎机锤片末端的线速度大多为 80~90 m/s。
40
锤片速度对粉碎机的生产率和功率消耗有很大影响。 锤片速度过低时打击能力下降，抽吸粉料的风力也小，故 生产率低，电耗增加；锤片速度高时，粉碎能力和排粉能力 加大，使生产率提高。但由于转子的鼓风作用增大，粉碎室 涡旋作用加强，导致空载功率消耗增加，同时也使物料速 度过高，排出筛孔的机会减少，因此粉碎效率也相对下降； 此外，如果锤片速度过高，轴承摩擦和搅动空气的功率消
减轻，从而减少了粉碎机的内部能耗。 2.2 有效工作尺寸的改进
在加工过程中，原料通过高速旋转的主轴上安装的锤
片的锤头部分撞击物料而达到粉碎作用，锤片的其余部分
只是为锤头部分服务的，不直接参与加工，不会造成磨损。
改进后的锤片见图 2。原用锤片见图 3。图 2 表明，锤头增
厚，相当于增加了一个锤头或增加了一块锤片（形成复式
锤片在铸造过程中，特别是 400℃~700℃时，须均匀
80
80
冷却，以减低锤片在冷却过程中的变形，从而改变锤片的
强度、疲劳极限和刚性等重要性能，以适应锤片的工作要
25
求。
30
20
30
20
5
18 24 图 2 改进后的锤片
18
24
25
图 3 原用锤片
4 锤片数量、排列以及速度的确定原则与方法 4.1 锤片数量
110 60
110 60
R140
R140
3 锤片材料及热处理的设计
3.1 选用材料及热处理的方式 若选用低碳钢，固体渗碳淬火，渗碳层厚度一般为
0.8~1.2 mm（锤片厚度 2 mm 时为 0.3~0.5 mm），表面硬度 一般为 HRC56~62，跟销孔周 4 mm 范围内硬度不超过 HRC28。其特点是工艺简单，锤片表面硬、内层软，当渗碳 磨损后，内层磨损则很快。
试验研究
文章编号：1673- 887X(2012)03- 0038- 03
锤片式粉碎机锤片的设计与研究
山西省侯马市农业机械发展中心 李更强
山西师范大学工程学院
郭新荣
摘 要 叙述了锤片式粉碎机的结构及工作原理，设计出锤片的形状及尺寸。研究认为锤片
的厚度应为 2~5 mm。提出了锤片排列方式原则，确定了锤片末端速度的范围。对锤片的材
锤片有螺旋、对称、交错、对称交错 4 种排列方式。不 同的排列方式，会使物料环流层运动状态沿轴向分布也不 同。锤片的高速冲击，一方面使环流层加速，另一方面产生 向侧后方向的涡流。由锤片冲击造成的环流气，沿轴向成 周期性的梯度分布，靠近锤片中心处的速度最大，从锤片 中心向两侧沿轴向逐渐减少，相邻两片中间的速度最小， 环流层沿轴向的平均速度梯度对粉碎机的性能有较大影 响。此值过大，意味着环流层的平均速度较低，有助于物料 通过筛孔，同时锤片运动轨迹过少，直接影响粉碎效果。此 值过小，则要增加锤片数量，增加不必要的原材料和能量 消耗。因此，根据粉碎机的不同情况，选择合适的锤片排列 是非常必要的。在饲料的生产过程中，对锤片的排列方式 是：锤片运动轨迹尽量不重复，沿粉碎室工作宽度锤片的 运动轨迹分布均匀，物料不推向一侧，有利于转子的运动 平衡。 4.3 锤片速度
5 结果与建议
对于普通的原料加工，锤片式粉碎机的应用广泛，锤 片是粉碎过程中易损部件，是影响生产效率、产品质量和 生产成本的重要因素。该文对其工作部件的形状及相关参 数进行了研究设计，可以有效地提高粉碎机的性能，降低 加工成本。锤片在采用表面硬化处理时，不得低于所规定 的强度指标。热处理后的锤片不允许有裂纹，扭曲不大于 1 mm。锤片销孔的周围不允许有毛刺等缺陷。锤片应涂防 锈剂，并且应储存在清洁、干净、通风处，不得接触酸性等 有害物质。该设计不是最优的设计，在实际生产中还可以 不断改进，以便达到最优效果。
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试验研究
李更强 郭新荣：锤片式粉碎机锤片的设计与研究
锤片数目的多少对粉碎机的性能有一定的影响。锤片 数目多、密度偏大，粉碎机工作时，单位时间内锤片打击物 料的次数可能增加，粉碎能力高。同时，启动转子所需力矩 增大，空载功率偏高，粉碎机有效功率相对减少；锤片数目 少，在单位时间内锤片打击物料的次数偏少，粉碎能力降 低，效率下降。合理的锤片数目只能通过实验来确定。 4.2 锤片排列方式
在加工过程中，锤片的机械性能、硬度、耐磨性能、结 构尺寸等直接影响原料的加工水平。锤片磨损严重时会产 生破碎，打坏主设备机体，不仅降低生产加工效率，而且严 重影响产品质量。所以该文将对锤片的形状、尺寸、材料热 处理方式进行了改进。
2 工作部件形状的设计
2.1 T 型锤片 2.1.1 把锤片端部面积加大，以提高其正面冲击率 物料 进入粉碎室后 ，由于离心作用，物料在筛片、齿板附近作 环形运动，因而锤片冲击部位在锤片端部。如果将整个锤 片加厚，正面冲击率可以提高，但非工作部分推动空气运 动的面积也加大了，使空气环流速度加快，从而减少了锤
料及热处理方法也进行了研究。
关键词 粉碎机 锤片 设计
doi:10.3969/j.is s n.1673- 887X.2012.03.018
中图分类号 S 226.3
文献标志码 A
粉碎是饲料加工生产过程中主要的工序之一，一般饲 料中需粉碎的原料占配方比例的 50%~80%。我国每年粉 碎总量巨大，原料粉碎已经遍及许多行业。锤片式粉碎机 在加工业机械中占据重要的地位，因此对锤片式粉碎机的 研究显得尤为重要，而此类机械中的工作部件即锤片是决 定其工作性能及质量的关键。另外，锤片是易损部件，所以 对粉碎机锤片进行改造设计，可降低生产成本，提高生产 效率，是当前的一个研究方向。
在 锤 片 工 作 棱 角 处 ，须 堆 焊 碳 化 钨 合 金 ，焊 层 厚 1~3 mm。堆焊碳化钨合金锤片比 65 Mn 整体淬火锤片的 使用寿命将大大提高。堆焊碳化钨锤片的焊接工艺要求 高，而且粉碎转子平衡的要求高；或将原有锤片材料改为 “ZG45#+3%的锰、铬、镍”；浇铸成合金铸钢，同时进行表面 淬火处理，可以提高其表面硬度和耐磨性能。 3.3 锤片在铸造过程中的均匀冷却
使用）。图 2 与图 3 比较，图 2 增加的尺寸只在锤头一小部
分，增加质量 0.19 kg，但在原锤头另一工作面（原工作面）
处减少了 0.19 kg，使总质量 1.60 kg 保持不变，不增加主机
的负荷，不影响主轴及设备的平衡；由于锤片易磨损面是
电机主轴运转方向的逆向面，因此，图 2 的锤片在正面磨
次打击；二是碎粒对筛孔的入射角很大，比筛孔直径小得 个过程的进行。但锤片不能过薄，否则锤片的耐磨性变差，
多的碎粒也不一定能通过筛孔出去，在它碰到筛片孔边后 使用效率下降。因此在不影响锤片使用寿命的情况下，应
跳回而受锤片再次冲击。这两种状况都会造成不必要的特 采用较薄的锤片，一般为 2~5 mm。
细粉末，降低生产效率，浪费能量。如果给冲击部位一个斜
若选用中碳钢，其热处理后淬火区硬度为HRC50~57， 非淬火区硬度不超过 HRC28。整体淬火，易发生裂纹。
特种铸铁有激冷白口铸铁、白口铸铁等温淬火、中锰 球磨淬火和可锻铸铁等。铸铁锤片取材方便，经激冷后， 耐磨性高、成本低；但必须控制锤片的生产工艺，确保质 量，防止使用中发生断裂而导致严重事故。 3.2 根据结构进行局部强化
规律均匀地沿轴向分布排列。
6 7
1
2
6
3
47
5
1 2 3 4
5
（a）切向进料
（b）顶部进料
1.进料口 2.转轴 3.锤片 4.筛片 5.出料口 6.齿板 7.粉碎室 图 1 锤片粉碎机结构
锤片式粉碎机工作时，原料从喂料斗进入粉碎室，受 到高速回转锤片的打击而破裂，以较高的速度飞向齿板， 经齿板撞击进一步破碎，如此反复打击、撞击，使物料粉碎 成小碎粒。在打击和撞击的同时，原料还受到锤片端部与 筛面的摩擦、搓擦作用而进一步粉碎。在此期间，较细颗粒 再次受到粉碎，直到从筛片的筛孔漏出。锤片式粉碎机的 工作过程主要由两方面构成：一是物料受锤片的冲击作 用；二是锤片与物料、筛片（或齿板）与物料，以及物料相互 间的摩擦作用。对于谷物等脆性物料，主要受冲击作用而 粉碎；对于韧性大的物料，主要受摩擦作用而粉碎。无论何 种物料的粉碎，都是冲击、摩擦和搓擦等作用的综合结果。
参考文献 [1] 吴克坚,于晓红,钱瑞明.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2003. [2] 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社,2006. [3] 刘曼茹.锤片粉碎机的研究[J].农业机械学报,1990,(9):66- 68. [4] 于翠平,赵凡琳.锤片式粉碎机隔振系统的设计[J].粮食与饲料工业,2000.(10):18- 20. [5] 王成熹.现代机械设计思想与方法[M].上海：上海科学技术文献出版社,1999.(4):22- 24. [6] 沈再春.锤片磨损性能的研究[J].畜牧机械,1987.(5):17. [7] 宿坤根,程国华.关于粉碎机锤片和筛片的寿命问题[J].畜牧机械,1987.(7):28. [8] 刘四麟等.粮食工程设计手册[M].郑州：郑州大学出版社,2005. [9] 邓洁虹,曹乐平.锤式粉碎机的优化设计[J].粮油食品科技,2005.(6):70- 75.
[收稿日期] 2012- 01- 09 [邮编] 043000 [作者简介] 李更强（1964－），男，山西稷山人，工程师，主要从事农业机械推广工作。
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2012.03
总第 233 期
片对物料的相对冲击速度，降低了物料的破碎效率。如果 损后，可将锤片反过来安装，一块锤片可 2 次使用，锤片寿
只加大工作部分的面积，减少非工作部分的面积，既可提 命比原锤片寿命延长 1 倍。
粒，几乎与锤片冲击面成垂直的角度返回。玉米碎粒的这 片高速冲击使物料颗粒粉碎；在粉碎茎蔓类物料时，则是
种运动路线存在两个问题：一是碎粒不能很快逃离锤片打 靠锤片的高速冲击而使物料与筛片、锤片棱角，以及齿板
击范围。由于碎粒速度比锤片速度慢得多，它会被锤片再 发生剧烈搓擦来粉碎物料。试验证明，薄锤片有利于这两
角 α，使玉米与锤片冲击面斜碰，这样，受锤片冲击的物料
碎粒就向筛片方向反射，大大减小了物料碎粒对筛孔的入
射角。这样就加快了物料的排出速度，减少了重复冲击，因
而提高了效率，降低了能耗，而且提高了物料颗粒的均匀
Hale Waihona Puke Baidu度。
2.1.3 T 型锤片的装机数量减少 由于锤片工作部位面 积加大，它的装机数量减少，粉碎机转子的体质量也随之