CN112024081A - 一种高效能鲜湿生物质粉碎机及定刀系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效能鲜湿生物质粉碎机及定刀系统，其主要结构包括机座、粉碎室、定刀系统、转子、进料口、出料口、直联传动机构和电动机。本发明还公开了应用于上述高效能鲜湿生物质粉碎机的定刀系统，定刀系统包括定刀、定刀架和定刀调节机构。本发明还公开了应用于高效能鲜湿生物质粉碎机的同轴风机，同轴风机包括一个叶片轴套和三个机翼型空心叶片。本发明针对各种鲜湿生物质原料的物理特性进行了针对性设计，极大的提高了粉碎效率，并使物料粉碎粒度散布范围大幅缩小(平均粒径0.1‑2.5mm)，勿需筛理，可广泛适用于各种不同水分含量的农作物秸秆、藤蔓、蔬菜、各种牧草、中药残渣等物料的精细粉碎。在农业生产领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域，特别是涉及一种高效能鲜湿生物质粉碎机及定刀系统。
背景技术
进入21世纪以来，随着中国经济的迅猛发展，环保意识快速提升，生态循环农业生产模式方兴未艾，各种农林废弃物资源、食品生产副产物、中医药生产副产物的资源化高效利用得到越来越高度的重视，各种农作物秸秆、藤蔓、尾菜、中药废渣、牧草等可再生生物质原料被广泛应用于养殖动物饲料和有机肥生产，这类生物质原料水分含量较高，干燥后再粉碎成本高、损耗大，因此，市场对鲜湿生物质粉碎机的需求极为旺盛。
由于上述生物质原料水分大、木质素和纤维素含量高，打击作用和摩擦作用的破碎效能较差，主要依靠剪切作用实现粉碎目的。同时，前述生物质原料特殊的物理特性导致无法通过筛孔保证物料粉碎的粒度要求，只能采用无筛粉碎模式。目前常见的生物质粉碎机存在两大主要技术缺陷：
1、大多数的鲜湿植物通常粉碎后用于动物饲养，用于单胃动物、水产动物和禽类时需要较小的粉碎粒度，一般要求达到3mm以下，市场现有这类粉碎机很难达到所需粉碎粒度或者粒度散布范围过大；
2、粉碎能耗较高，增加了鲜湿生物质原料的生产成本，市场现有这类粉碎机单位生产能耗普遍高达20～50kwh/吨不等。
现有的粉碎机，进料时，均是物料垂直于动刀的旋转轴，依靠重力落下，即物料是垂直下落，然后经过动刀旋转，与定刀交错时形成剪力将物料剪断。但是这样的粉碎方式存在如下问题：定刀通常沿粉碎筒下半部周向布置，布置数量有限导致形成的剪切点有限，即物料下落时经过的剪切次数有限，此外，物料下落的轨迹基本是竖直下落，因此每次剪切时对物料的剪切角度基本不变导致后续剪切粉碎效率越来越低，因此现有的粉碎机粉碎时，通常会设置过滤筛，将粉碎细度不够的物料循环粉碎。但是生物质物料由于含有大量水分，因此不能堆积过筛，否则会粘附在一起，将筛网堵塞。因此现有的粉碎机不能适用于生物质的粉碎，尤其是要求径粒比较小的生物质的粉碎。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种高效能鲜湿生物质粉碎机及定刀系统。本发明的物料进入粉碎室后由风机沿主轴的轴向吹风，并通过旋向设置的定刀形成螺旋的风，从而吹动物料沿粉碎室周向旋转，这样物料自身随风旋转，经过动刀和定刀形成的剪切点时受到的剪切角度相对自身实时变化，从而不会出现剪切粉碎效率衰减的问题；同时由于物料沿粉碎室的轴向运动，从而使得物料经过的剪切次数不受定刀数量影响，而是依据动刀数量而定，而理论上转轴可以沿轴向无限延伸，且同体积内可布置数量也远大于定刀的数量，因此相比原来的粉碎机，即使在相同体积内，本发明物料经过的剪切点也增加了几十乃至上百倍，从而一次粉碎机可以达到原粉碎机循环几十次的效果，保证了生物质物料经过一次粉碎即可达到需要的毫米级粉碎要求。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高效能鲜湿生物质粉碎机，包括粉碎室，粉碎室顶部成形有进料口，底部成形有出料口，沿所述粉碎室的轴向安装有主轴，主轴连接有旋转装置；主轴上固定有若干动刀组，粉碎室侧壁上沿周向固定有定刀系统，所述定刀系统包括若干定刀，定刀长度方向沿主轴的轴向延伸，且定刀长度延伸方向与主轴的轴向呈5-8°夹角，并在径向与主轴旋向呈15-45°迎角；定刀与动刀组间成形有间隙，所述间隙为2-8mm；配合进料口安装有风机。
进一步的改进，所述主轴与地面平行设置；所述风机为安装在主轴上的同轴风机；出料口沿粉碎室的下半部圆筒底部切线方向水平开出。
进一步的改进，所述定刀在径向与主轴旋向呈30°迎角；定刀的数量为5-8片。
进一步的改进，所述动刀组为4-8组，每组动刀组包括10-90个动刀片，相邻两组动刀组的动刀片沿轴向交错排列；动刀组的线速度为87-93m/s。
进一步的改进，所述动刀片末端成形有折弯部，折弯部折弯方向与物料行进方向相同。
进一步的改进，所述旋转装置为电动机，电动机通过联轴器与主轴相连。
进一步的改进，所述定刀固定安装在定刀座上；定刀座连接有定刀调节机构；所述定刀调节机构包括与定刀座相连的调节螺杆，调节螺杆穿过支承座并与处于支承座两侧的螺母螺纹连接；定刀座两侧安装有刀架板；刀架板和支承座与粉碎室内壁固定连接。
进一步的改进，所述风机包括一个叶片轴套和三个机翼型空心叶片；机翼型空心叶片通过紧固件按120°均布安装于叶片轴套上。
一种定刀系统，包括若干定刀，定刀与固定有动刀组的主轴旋向呈15-45°迎角；定刀长度方向沿主轴的轴向延伸，且定刀长度延伸方向与主轴的轴向呈5-8°夹角。
进一步的改进，所述定刀固定安装在定刀座上；定刀座连接有定刀调节机构；所述定刀调节机构包括与定刀座相连的调节螺杆，调节螺杆穿过支承座并与处于支承座两侧的螺母螺纹连接；定刀座两侧安装有刀架板；刀架板和支承座与粉碎室内壁固定连接。
本发明的有益效果在于：
本发明基于对大量鲜湿生物质原料品种物理特性的深入研究，发现各种鲜湿生物质原料品种具有的共性特点，纤维含量高，韧性好，不易通过打击和摩擦破碎；水分含量高，纤维管束易纠结，不能通过筛理分级实现粒度控制；不同鲜湿生物质原料物理性状差异化较大。基于上述研究结论，本发明确定了以高速剪切为主要粉碎作用方式为主的技术方案，并在细节上进行了针对性设计，产生了多种有益效果：
1、粉碎室定刀系统的设计，一方面有效的解决了影响粉碎效率的环流层问题，同时还增加了更多剪切点，极大的提高了粉碎效率，显著降低粉碎能耗。
2、定刀与轴向夹角5-8°的设计，使粉碎物料通过定刀刃口时形成切削作用而非斩切作用，同时利于刃口下物料的及时排空，避免因刃口下物料堆积降低切削作用，进一步提高粉碎效率。
3、动刀与定刀的配合、动刀片规律性的交错排列等，在物料运行的路线上形成了密布的剪切点，使物料受到充分且均匀的剪切作用，从而使物料粉碎粒度均匀，粒度散布(平均粒径0.1-2.5mm)范围小，勿需筛理即可满足后续工艺要求。
4、定刀调节机构的设计，一方面使用者可通过调整动刀与定刀的间隙获得所需的粉碎粒度，同时也使定刀得以通过重新开刃反复使用，降低了粉碎机使用者的易损件更换费用。
5、动刀线速度设计为87-93m/s，既具有高强度的剪切能力，又不至于因为提高线速度导致动力消耗的大幅度增加。
6、可更换不同规格的风机叶片，进一步保障了使用者对不同原料品种和相应粉碎粒度的使用体验。
7、机翼型空心叶片设计具有良好的空气动力学特性，有效的克服了直板型叶片因空气湍流导致叶片高频震颤、进而造成金属疲劳损伤易折断的缺陷。
8、适应范围广，可广泛适用于各种不同水分含量的农作物秸秆、藤蔓、蔬菜、各种牧草、中药残渣等物料的精细粉碎。在生物饲料、动物养殖、生物质燃料、有机肥生产等行业均有广阔的应用前景。
9、被粉碎物料经过定刀刃口时将被斜切而非斩切，这一设计对于具有较高韧性和较高纤维含量的植物源性生物质原料粉碎效率具有重要意义，众所周知，斜切比斩切能效高很多，比如用刀断麻绳，割断比斩断更快更省力；
10、5-8片倾斜安装的定刀共同共同构成了一个螺线型腔壁，如同枪管的来复线，促使被粉碎物料在粉碎室呈螺线型运动，从而使动刀组同步获得了斜切的角度，提高了动刀的粉碎能效；
10、粉碎过程中环流层的形成是降低粉碎效能的重要因素，定刀系统的设计直接对环流层的形成产生了抑制，减少了环流层的厚度，提高了整个系统的粉碎能效。
11、定刀刃口在径向与转子旋向呈15-45°迎角，从而使被粉碎物料得以直接迎向定刀刃口并被快速切割，其它任何角度都只能使被粉碎物料被撞击或是摩擦。粉碎硬质物料时，撞击或摩擦作用是有效的，但对于柔软的纤维质原料而言，撞击或摩擦作用效能是极其低效的。
12、定刀调节机构可使定刀与动刀之间的间隙在2-8mm范围内可调，间隙越小，粉碎粒度越小，同时粉碎能效也越高，但动刀与定刀的磨损也会加剧，粉碎机用户可根据自己的工艺指标要求自行调节。同时，有了定刀调节机构，也意味着定刀磨损后可经过打磨锋利后反复多次使用，降低用户的配件更换成本。
13、定刀与动刀除自身构成多重剪切角外，还共同构成了多重剪切角，动刀设计为带有折弯的刀头，动刀刃口也设计为锯齿形，均是为了获得更多的剪切角，从而使被粉碎物料在粉碎室运动过程中被反复剪切破碎，直到达到所需粒度排出机外。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为转子结构图；
图3为定刀系统轴向结构示意图；
图4为定刀系统径向结构示意图
图5为同轴风机结构示意图。
图中：1、机座；2、出料口；3、定刀系统；4、折弯部；5、粉碎室；6、进料斗；7、联轴器；8、电动机；9、主轴；10、同轴风机；11、动刀组；12、支承座；13、调节螺杆；14、定刀座；15、刀架板；16、定刀；17、叶片轴套；18、机翼型空心叶片；19、螺母；20、圆形板20；21、安装轴。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步的详细说明。
如图1-5所示的一种高效能鲜湿生物质粉碎机，其主要结构包括机座、粉碎室、定刀及定刀调节机构、转子、进料口、出料口、直联传动机构和电动机。粉碎室由上下两个半圆筒构成圆筒形粉碎腔，其中下半部半圆筒上装有定刀系统，定刀系统包括定刀、定刀架和定刀调节机构，定刀按照高效能鲜湿生物质粉碎机的型号大小，共有5-8片，在粉碎室下半部半圆筒沿径向均匀分布，与轴向呈5-8°夹角，并在径向与转子旋向呈15-45°迎角。转子由动刀组和同轴风机构成，其中动刀组按不同型号有4-8组共计80-360片动刀构成，相邻两组动刀片间距沿轴向交错排列。动刀片线速度设定为87-93m/s，转子通过直联传动机构与电动机联结，获得稳定的转速和线速度，转子工作直径与电动机转速紧密相关。同轴风机叶片通过叶片轴套和紧固螺栓固定在主轴一端，并可根据粉碎物料的物理性状更换不同型式的叶片。动刀与定刀的工作间隙通过定刀调节机构可在2-8mm之间调整。粉碎室顶部一端设有进料口，底部一侧按转子旋转方向顺向设有出料口，出料口底部沿下半部圆筒底部切线方向水平开出。
鲜湿生物质原料通过供料设备(依据生产工艺另配)从粉碎机顶部进料口进入粉碎腔，在离心力和气流双重作用下，沿上下半圆筒壁向出料口呈螺旋形运动，在运动过程中被动刀和定刀共同构成的剪切点反复高速剪切和摩擦粉碎，最终被气流从出料口吹送出机外。
转子由动刀组和同轴风机构成。
定刀为耐磨合金材料制成的矩形刀片，其中一边开有刃口，刃口磨损后经过打磨可多次反复使用。
定刀架固定于粉碎室下半部半圆筒外壁，用于承托定刀和安装定刀调节机构。
定刀调节机构由支撑座、调节螺杆、刀座构成，通过旋转调节螺杆，可使定刀与动刀的工作间隙在2-8mm范围内自由调整，以获得所需的粉碎粒度。通过定刀调节机构调节功能，可使定刀多次反复使用，从而延长定刀的使用寿命。
主轴9通过圆形板20连接有处于主轴9外周的若干安装轴21，安装轴上固定有动刀组11。
实施例1
一种高效能鲜湿生物质粉碎机，其主要结构包括机座、粉碎室、定刀及定刀调节机构、转子、进料口、出料口、直联传动机构和电动机。
转子工作直径600mm，有效粉碎长度600mm，转子由动刀组和同轴风机构成，其中动刀组有4组共计100片动刀构成，相邻两组动刀片间距沿轴向交错排列。配用Y系列37kw二级电动机，动刀组线速度92m/s。
粉碎室由上下两个半圆筒构成圆筒形粉碎腔，其中下半部半圆筒上装有定刀系统，定刀系统包括定刀、定刀架和定刀调节机构，定刀共有5片，在粉碎室下半部半圆筒沿径向均匀分布，与轴向呈5°夹角，并在径向与转子旋向呈30°迎角。动刀与定刀的工作间隙通过定刀调节机构可在2-8mm之间调整。
转子通过直联传动机构与电动机联结，获得稳定的转速和线速度。同轴风机叶片通过叶片轴套和紧固螺栓固定在主轴一端，并可根据粉碎物料的物理性状更换不同型式的叶片，获得相应的风量风速。粉碎室顶部一端设有进料口，底部一侧按转子旋转方向顺向设有出料口，出料口底部沿下半部圆筒底部切线方向水平开出。
鲜湿生物质原料通过供料设备从粉碎机顶部进料口进入粉碎腔，在离心力和气流双重作用下，沿上下半圆筒壁向出料口呈螺线形运动，在运动过程中被动刀和定刀共同构成的剪切点反复高速剪切和摩擦粉碎，最终被气流从出料口吹送出机外。
经样机粉碎鲜收苎麻试产测试，单位产量3.2吨/小时，粉碎平均粒径0.1-2.5mm。
实施例2
一种高效能鲜湿生物质粉碎机，其主要结构包括机座、粉碎室、定刀及定刀调节机构、转子、进料口、出料口、直联传动机构和电动机。
转子工作直径1190mm，有效粉碎长度800mm，转子由动刀组和同轴风机构成，其中动刀组有8组共计280片动刀构成，相邻两组动刀片间距沿轴向交错排列。配用Y系列75kw四级电动机，动刀组线速度92m/s。
粉碎室由上下两个半圆筒构成圆筒形粉碎腔，其中下半部半圆筒上装有定刀系统，定刀系统包括定刀、定刀架和定刀调节机构，定刀共有8片，在粉碎室下半部半圆筒沿径向均匀分布，与轴向呈5°夹角，并在径向与转子旋向呈30°迎角。动刀与定刀的工作间隙通过定刀调节机构可在2-8mm之间调整。
转子通过直联传动机构与电动机联结，获得稳定的转速和线速度。同轴风机叶片通过叶片轴套和紧固螺栓固定在主轴一端，并可根据粉碎物料的物理性状更换不同型式的叶片，获得相应的风量风速。粉碎室顶部一端设有进料口，底部一侧按转子旋转方向顺向设有出料口，出料口底部沿下半部圆筒底部切线方向水平开出。
鲜湿生物质原料通过供料设备从粉碎机顶部进料口进入粉碎腔，在离心力和气流双重作用下，沿上下半圆筒壁向出料口呈螺线形运动，在运动过程中被动刀和定刀共同构成的剪切点反复高速剪切和摩擦粉碎，最终被气流从出料口吹送出机外。
经样机粉碎鲜收杂交构树试产测试，单位产量13.6吨/小时，粉碎平均粒径0.1-2.5mm。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当了解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种高效能鲜湿生物质粉碎机，包括粉碎室(5)，粉碎室(5)顶部成形有进料口(6)，底部成形有出料口(2)，其特征在于，沿所述粉碎室(5)的轴向安装有主轴(9)，主轴(9)连接有旋转装置；主轴(9)上固定有若干动刀组(11)，粉碎室(5)侧壁上沿周向固定有定刀系统，所述定刀系统包括若干定刀(17)，定刀(17)长度方向沿主轴(9)的轴向延伸，且定刀(17)长度延伸方向与主轴(9)的轴向呈5-8°夹角，并在径向与主轴(9)旋向呈15-45°迎角；定刀(17)与动刀组(11)间成形有间隙，所述间隙为2-8mm；配合进料口(6)安装有风机。
2.如权利要求1所述的高效能鲜湿生物质粉碎机，其特征在于，所述主轴(9)与地面平行设置；所述风机为安装在主轴(9)上的同轴风机(10)；出料口(2)沿粉碎室(5)的下半部圆筒底部切线方向水平开出。
3.如权利要求1所述的高效能鲜湿生物质粉碎机，其特征在于，所述定刀(17)在径向与主轴(9)旋向呈30°迎角；定刀(17)的数量为5-8片。
4.如权利要求1所述的高效能鲜湿生物质粉碎机，其特征在于，所述动刀组(11)为4-8组，每组动刀组(11)包括10-90个动刀片，相邻两组动刀组(11)的动刀片沿轴向交错排列；动刀组(11)的线速度为87-93m/s。
5.如权利要求4所述的高效能鲜湿生物质粉碎机，其特征在于，所述动刀片末端成形有折弯部(4)，折弯部(4)折弯方向与物料行进方向相同。
6.如权利要求1所述的高效能鲜湿生物质粉碎机，其特征在于，所述旋转装置为电动机(8)，电动机(8)通过联轴器(7)与主轴(9)相连。
7.如权利要求1所述的高效能鲜湿生物质粉碎机，其特征在于，所述定刀(17)固定安装在定刀座(14)上；定刀座(14)连接有定刀调节机构；所述定刀调节机构包括与定刀座(14)相连的调节螺杆(13)，调节螺杆(13)穿过支承座(12)并与处于支承座(12)两侧的螺母(19)螺纹连接；定刀座(14)两侧安装有刀架板(15)；刀架板(15)和支承座(12)与粉碎室(5)内壁固定连接。
8.如权利要求1所述的高效能鲜湿生物质粉碎机，其特征在于，所述风机包括一个叶片轴套(17)和三个机翼型空心叶片(18)；机翼型空心叶片(18)通过紧固件按120°均布安装于叶片轴套上。
9.一种定刀系统，其特征在于，包括若干定刀(17)，定刀(17)与固定有动刀组(11)的主轴(9)旋向呈15-45°迎角；定刀(17)长度方向沿主轴(9)的轴向延伸，且定刀(17)长度延伸方向与主轴(9)的轴向呈5-8°夹角。
10.如权利要求9所述的定刀系统，其特征在于，所述定刀(17)固定安装在定刀座(14)上；定刀座(14)连接有定刀调节机构；所述定刀调节机构包括与定刀座(14)相连的调节螺杆(13)，调节螺杆(13)穿过支承座(12)并与处于支承座(12)两侧的螺母(19)螺纹连接；定刀座(14)两侧安装有刀架板(15)；刀架板(15)和支承座(12)与粉碎室(5)内壁固定连接。
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