粉碎机作为粉碎加工的主要设备，已经在农业生产等许多领域和行业被广泛应用。特别是锤片式粉碎机，因其具有结构简单、造价低、通用性好和维修方便等特点，应用十分普遍。但就目前的生产情况来看，仍然存在功耗大、度电产量低和粉碎粒度不均匀等问题。为了有效提高粉碎机的综合性能，本文在分析研究锤片式粉碎机粉碎机理的基础上，提出采用间隔圆弧异型粉碎室，改善粉碎机性能。
1、锤片式粉碎机粉碎机理和粉碎过程
粉碎是工农业许多产品生产过程中不可缺失的重要工序。粉碎可以减小物料的粒度，并使物料的表面积增加。物料被粉碎后，提高了其物理作用和化学反应的效果，使物料中的不同组分得到单体分离。
锤片式粉碎机工作时，物料从喂料装置进入粉碎室后，受到高速旋转锤片的冲击而破裂，以较高的速度飞向筛片，与筛片撞击后继续破碎，经过多次冲击和撞击，物料被粉碎成小颗粒。此外，物料还受到锤片端部和筛片的摩擦和搓擦作用，以及物料之间的相互作用。物料在这些力的综合作用下，得到粉碎。在粉碎时，物料颗粒在离心力作用下，贴着筛面作与锤片运动方向相同的圆周运动，产生物料一空气环流层，环流运动的速度约为锤片速度的70%左右，一方面造成了过度粉碎，另一方面还减少了受冲击和出筛的机会，从而影响锤片式粉碎机的粉碎效率，造成能耗增加、度电产量低和粒度不均匀等问题。要想解决上述问题，关键在于改变粉碎机粉碎室的结构或形状，从而改变物料的运动状态和粉碎室内的气流状态，达到破坏物料一空气环流层的目的。
2、异型粉碎室粉碎机性能分析
2.1物料在间隔圆弧异型粉碎室内的运动分析
锤片式粉碎机的粉碎过程中，碎颗粒在环流层内的运动是无规则的，但是大方向是环流运动[6]。本文采用间隔圆弧形异型粉碎室破坏环流层，提高粉碎性能。根据工程流体力学一元气流流动特性理论，当流体是亚音速流动，流体流道的横截面积一定是逐渐缩小的，流体的速度随着流体通道横截面积的减小而增加。反之，当流道横截面积逐渐增大时，则流体的速度反而下降。对于超音速流动，结论相反。而由间隔圆弧异型粉碎室正是通过改变气固流体的通道横截面积来实现其流速的变化，进而破坏物料一气流环流层，提高粉碎机的粉碎性能和粉碎效率。当物料在间隔圆弧异形粉碎室内做环流运动时，由于运动半径的不断变化，使得运动速度大小和方向不断变化。如当物料运动到不同半径圆弧连接区域时，物料一空气环流层会形成缩径气流喷射，速度会发生很大变化，更有利于物料的粉碎。与此同时，高速转动的转盘与物料不断碰撞、摩擦，使得离心力不断变化，进而带动气流流速变化，产生径向气流小旋流，并在径向气流的边缘产生负压区。这样，喷射流作为主旋流与径向气流相遇，二者运动激烈，碰撞后形成涡流颤振区，更利于粉碎与出筛。
2.2物料在间隔圆弧异型粉碎室内的受力分析
物料在粉碎室内的受力情况比较复杂，主要有物料本身的重力、转子高速旋转而引起的离心力、锤片与碎物料或颗粒之间的碰撞冲击力、摩擦力、剪切力和气流对物料施加的作用力等，如图l所示。根据粉碎理论，物料颗粒在粉碎室内的粉碎主要有3种，即冲击粉碎、剪切粉碎和摩擦粉碎。物料进人间隔圆弧异型粉碎室后，旋转着的锤片给物料以强大的冲击力，使物料得到初次粉碎，而且获得一定的动能。此外，物料还受到涡流场中高速气流的作用高速旋转，使物料受到作用沿离心切向飞出。物料碰到筛片上，受到反击作用而被进一步粉碎，运动方向也随之变化。同时在间隔圆弧异型粉碎室内，涡流场中气流速度沿径向和环向是变化的，而物料颗粒由于大小不同所受的离心力也不同，这样各物料颗粒的运动速度、方向各不相同，极易在各间隔圆弧内形成小涡流，加大了物料颗粒间的碰撞机会和小颗粒出筛的机会。再者，当物料运动到不同半径圆弧连接处，通道局部收缩，导致流动阻力增大，物料汇集在一起，物料颗粒之间的密度增大，相互之间的摩擦和挤压作用随之加剧，摩擦和剪切作用增强，物料更易于被粉碎。
3、间隔圆弧异型粉碎室设计及粉碎性能试验
本研究采用的试验样机如图2所示，为仿丹麦锤片式粉碎机（配套电机1. 5KW，粉碎室宽度86mm，转子直径360mm）。
考虑到结构的可操作性，异型粉碎室结构设计参数包括3种：①每隔15度改变圆弧半径1次，半径分别为56mm和181mm，构成24等分异型粉碎室；②每隔30度改变圆弧半径1次，半径分别为76mm和181mm，构成12等分异型粉碎室；③每隔45度改变圆弧半径1次，半径分别为113mm和181mm，构成8等分异型粉碎室。
采用的试验物料是含水率为13. 53 010的玉米。试验过程是先采用圆环形粉碎室进行试验，然后采用间隔圆弧异型粉碎室进行试验。本次试验所需要的仪器设备主要有：三相四线有功电度表( 200r/kW.h)，水银温度计（精度为l℃）以及秒表和台秤。测定的时间控制在从粉碎机在标定运转15min后开始，每1种筛片做3次试验，每次15min，然后取3次试验测定数据的平均值进行计算。粉碎机性能测试指标包括：生产率、度电产量和温升。
3.1生产率Yl
是指单位时间内锤片式粉碎机粉碎饲料的质量。
3.3饲料温升Y4
是指加工前后物料的温度差值。操作方法是在每次试验前用水银温度计测量原料的温度，试验结束后结立即在出口处的饲料成品中测定温度值，从而利用进料温度和出料温度的差值来表示饲料的温度变化。
试验结果如表l所示。试验结果表明，锤片式粉碎机在使用间隔圆弧异型粉碎室后，粉碎机性能得到的改善，生产率平均提高10.5%，度电产量平均提高8.3%，温升平均降低1.1℃。试验结果与理论分析是相符的。
4、结束语
利用气固两相流理论分析了物料在间隔圆弧异型粉碎室内物料的运动特性，指出了异型粉碎室能有效破坏环流层，提高物料的打击次数，增大了筛理面积。使用间隔圆弧异型粉碎室在生产率、度电产量方面都明显改善了粉碎机的性能，生产率平均提高10. 5%，度电产量平均提高8.3%，温升平均降低1. l℃。
1、锤片式粉碎机粉碎机理和粉碎过程
粉碎是工农业许多产品生产过程中不可缺失的重要工序。粉碎可以减小物料的粒度，并使物料的表面积增加。物料被粉碎后，提高了其物理作用和化学反应的效果，使物料中的不同组分得到单体分离。
锤片式粉碎机工作时，物料从喂料装置进入粉碎室后，受到高速旋转锤片的冲击而破裂，以较高的速度飞向筛片，与筛片撞击后继续破碎，经过多次冲击和撞击，物料被粉碎成小颗粒。此外，物料还受到锤片端部和筛片的摩擦和搓擦作用，以及物料之间的相互作用。物料在这些力的综合作用下，得到粉碎。在粉碎时，物料颗粒在离心力作用下，贴着筛面作与锤片运动方向相同的圆周运动，产生物料一空气环流层，环流运动的速度约为锤片速度的70%左右，一方面造成了过度粉碎，另一方面还减少了受冲击和出筛的机会，从而影响锤片式粉碎机的粉碎效率，造成能耗增加、度电产量低和粒度不均匀等问题。要想解决上述问题，关键在于改变粉碎机粉碎室的结构或形状，从而改变物料的运动状态和粉碎室内的气流状态，达到破坏物料一空气环流层的目的。
2、异型粉碎室粉碎机性能分析
2.1物料在间隔圆弧异型粉碎室内的运动分析
锤片式粉碎机的粉碎过程中，碎颗粒在环流层内的运动是无规则的，但是大方向是环流运动[6]。本文采用间隔圆弧形异型粉碎室破坏环流层，提高粉碎性能。根据工程流体力学一元气流流动特性理论，当流体是亚音速流动，流体流道的横截面积一定是逐渐缩小的，流体的速度随着流体通道横截面积的减小而增加。反之，当流道横截面积逐渐增大时，则流体的速度反而下降。对于超音速流动，结论相反。而由间隔圆弧异型粉碎室正是通过改变气固流体的通道横截面积来实现其流速的变化，进而破坏物料一气流环流层，提高粉碎机的粉碎性能和粉碎效率。当物料在间隔圆弧异形粉碎室内做环流运动时，由于运动半径的不断变化，使得运动速度大小和方向不断变化。如当物料运动到不同半径圆弧连接区域时，物料一空气环流层会形成缩径气流喷射，速度会发生很大变化，更有利于物料的粉碎。与此同时，高速转动的转盘与物料不断碰撞、摩擦，使得离心力不断变化，进而带动气流流速变化，产生径向气流小旋流，并在径向气流的边缘产生负压区。这样，喷射流作为主旋流与径向气流相遇，二者运动激烈，碰撞后形成涡流颤振区，更利于粉碎与出筛。
2.2物料在间隔圆弧异型粉碎室内的受力分析
物料在粉碎室内的受力情况比较复杂，主要有物料本身的重力、转子高速旋转而引起的离心力、锤片与碎物料或颗粒之间的碰撞冲击力、摩擦力、剪切力和气流对物料施加的作用力等，如图l所示。根据粉碎理论，物料颗粒在粉碎室内的粉碎主要有3种，即冲击粉碎、剪切粉碎和摩擦粉碎。物料进人间隔圆弧异型粉碎室后，旋转着的锤片给物料以强大的冲击力，使物料得到初次粉碎，而且获得一定的动能。此外，物料还受到涡流场中高速气流的作用高速旋转，使物料受到作用沿离心切向飞出。物料碰到筛片上，受到反击作用而被进一步粉碎，运动方向也随之变化。同时在间隔圆弧异型粉碎室内，涡流场中气流速度沿径向和环向是变化的，而物料颗粒由于大小不同所受的离心力也不同，这样各物料颗粒的运动速度、方向各不相同，极易在各间隔圆弧内形成小涡流，加大了物料颗粒间的碰撞机会和小颗粒出筛的机会。再者，当物料运动到不同半径圆弧连接处，通道局部收缩，导致流动阻力增大，物料汇集在一起，物料颗粒之间的密度增大，相互之间的摩擦和挤压作用随之加剧，摩擦和剪切作用增强，物料更易于被粉碎。
3、间隔圆弧异型粉碎室设计及粉碎性能试验
本研究采用的试验样机如图2所示，为仿丹麦锤片式粉碎机（配套电机1. 5KW，粉碎室宽度86mm，转子直径360mm）。
考虑到结构的可操作性，异型粉碎室结构设计参数包括3种：①每隔15度改变圆弧半径1次，半径分别为56mm和181mm，构成24等分异型粉碎室；②每隔30度改变圆弧半径1次，半径分别为76mm和181mm，构成12等分异型粉碎室；③每隔45度改变圆弧半径1次，半径分别为113mm和181mm，构成8等分异型粉碎室。
采用的试验物料是含水率为13. 53 010的玉米。试验过程是先采用圆环形粉碎室进行试验，然后采用间隔圆弧异型粉碎室进行试验。本次试验所需要的仪器设备主要有：三相四线有功电度表( 200r/kW.h)，水银温度计（精度为l℃）以及秒表和台秤。测定的时间控制在从粉碎机在标定运转15min后开始，每1种筛片做3次试验，每次15min，然后取3次试验测定数据的平均值进行计算。粉碎机性能测试指标包括：生产率、度电产量和温升。
3.1生产率Yl
是指单位时间内锤片式粉碎机粉碎饲料的质量。
3.3饲料温升Y4
是指加工前后物料的温度差值。操作方法是在每次试验前用水银温度计测量原料的温度，试验结束后结立即在出口处的饲料成品中测定温度值，从而利用进料温度和出料温度的差值来表示饲料的温度变化。
试验结果如表l所示。试验结果表明，锤片式粉碎机在使用间隔圆弧异型粉碎室后，粉碎机性能得到的改善，生产率平均提高10.5%，度电产量平均提高8.3%，温升平均降低1.1℃。试验结果与理论分析是相符的。
4、结束语
利用气固两相流理论分析了物料在间隔圆弧异型粉碎室内物料的运动特性，指出了异型粉碎室能有效破坏环流层，提高物料的打击次数，增大了筛理面积。使用间隔圆弧异型粉碎室在生产率、度电产量方面都明显改善了粉碎机的性能，生产率平均提高10. 5%，度电产量平均提高8.3%，温升平均降低1. l℃。
