孫 忠 張 燕 梁 棟

（海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，海南 ?？?570228）

海南島享有“椰島”的美譽(yù)［1］，椰子產(chǎn)量占中國(guó)總量的99%以上［2］。椰子是典型的熱帶木本油料作物和食品能源作物，用途十分廣泛，綜合利用經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高，椰肉可食，亦可榨油；椰子水（胚乳）可為飲料等，椰殼可以制成優(yōu)質(zhì)活性炭［3］。然而海南椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展還相對(duì)落后，對(duì)于椰子的綜合利用率還很低［4］。其中沒(méi)有一個(gè)良好的椰殼的粉碎辦法是阻礙椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙之一。若想獲得椰衣內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及椰殼，椰殼的粉碎工作是必不可缺少的程序。但是椰子殼質(zhì)地極其堅(jiān)硬，冷熱不變形很難實(shí)現(xiàn)粉碎。目前普遍采取的傳統(tǒng)的方法是用刀具人工進(jìn)行粉碎，該方法耗費(fèi)大量人力物力且效率很低效果不佳。為此本項(xiàng)目研究需設(shè)計(jì)一套機(jī)械裝置以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)有效地將椰殼粉碎的目的。

1 研究目的

椰殼粉碎機(jī)的實(shí)現(xiàn)可有效解決勞動(dòng)力不足、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工人勞動(dòng)舒適性和安全性、簡(jiǎn)化椰殼粉碎工作程序、降低椰殼粉碎成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、椰殼粉碎后可獲得椰子的其他產(chǎn)物進(jìn)而提高了椰子的綜合利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2 國(guó)內(nèi)外粉碎機(jī)的發(fā)展歷程

粉碎機(jī)是將大尺寸的固體原料粉碎至要求尺寸的機(jī)械。粉碎機(jī)由粗碎、細(xì)碎、風(fēng)力輸送等裝置組成，以高速撞擊的形式達(dá)到粉碎的目的。中國(guó)粉碎設(shè)備主要應(yīng)用于礦山、建材、飼料、藥材、秸桿等多種行業(yè)之中。市場(chǎng)上粉碎機(jī)種類大體分為齒式粉碎機(jī)、錘式粉碎機(jī)、刀式粉碎機(jī)、渦輪式粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)、低溫粉碎機(jī)、超微粉碎機(jī)［5］等。

齒爪式粉碎機(jī)常用于飼料、醫(yī)藥、食品等各種行業(yè)中原料的粉碎。機(jī)型從最小9FZ160型（1.1kW）到大型的ZY－6型（110kW）均有生產(chǎn)。中國(guó)常用稱呼“齒爪式粉碎機(jī)”，又叫“萬(wàn)能粉碎機(jī)”，起源于日本，是奈良自由于1924年研制成功的。所以日本的齒爪式粉碎機(jī)都以“自由式粉碎機(jī)”為名稱。中國(guó)消化吸收“齒爪式粉碎機(jī)”技術(shù)之后，開始研制出9FZ系列齒爪式粉碎機(jī)，大量使用于飼料行業(yè)的中、小規(guī)模高細(xì)度粉碎［6］。

中國(guó)錘片式粉碎機(jī)于20世紀(jì)50年代開始研制，當(dāng)時(shí)動(dòng)力都是在13kW以下的小型錘片是粉碎機(jī)。1980年商業(yè)部無(wú)錫糧食科研設(shè)計(jì)所研究設(shè)計(jì)制造了FSP112×30型錘片是粉碎機(jī)（55～75kW），填補(bǔ)了中國(guó)40kW以上粉碎機(jī)的空白。目前中國(guó)粉碎機(jī)的動(dòng)力已達(dá)到上百千瓦，性能和水平已達(dá)到了較先進(jìn)的水平［7］。

上海市藥材有限公司中藥機(jī)械廠的孫德平［8］設(shè)計(jì)研發(fā)了立軸刀式粉碎機(jī)，它集粉碎和分級(jí)于一體，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，彌補(bǔ)了臥式粉碎機(jī)無(wú)軸向動(dòng)力進(jìn)而粉碎不徹底的缺點(diǎn)。

浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司向市場(chǎng)推出一款最新型國(guó)家專利產(chǎn)品——WDJ系列的渦輪式粉碎機(jī)。該粉碎機(jī)是應(yīng)用高速旋轉(zhuǎn)渦輪和裝在篩網(wǎng)上的磨塊結(jié)構(gòu)相互作用，工藝方面上使用迷宮式密封措施，從而使設(shè)備具有產(chǎn)量較高、噪聲小、能耗低、無(wú)污染、顆粒度細(xì)、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、緊湊的結(jié)構(gòu)、機(jī)械密封性好等特點(diǎn)［9］。

上海化工機(jī)械三廠從1982年起開始研制氣流粉碎機(jī)，目前已有圓盤式、靶式、循環(huán)管式3種機(jī)型［10］。

伊啟平［11］設(shè)計(jì)一款上下兩個(gè)磨盤組合的磨盤磨，分析磨盤磨工作原理，用材料學(xué)的知識(shí)解析了機(jī)器對(duì)粉碎物料的作用。其粉碎機(jī)為L(zhǎng)DG－500型，磨輪直徑D ＝500mm，電機(jī)功率15kW，主軸轉(zhuǎn)速為1 200r／min，生產(chǎn)能力150～800kg／h，入料粒度≤15mm，產(chǎn)品粒度10～500目。

張翼飛等［12］研究立軸分級(jí)粉碎機(jī)即可避免物料過(guò)粉碎，而且產(chǎn)品粉碎粒徑也可調(diào)節(jié)。張永林［13］設(shè)計(jì)了一新型立式微粉碎機(jī)，機(jī)型為SFL43。其主要是針對(duì)食品物料共同的熱敏性特點(diǎn)。也達(dá)到一定的細(xì)度、粒度分布及純度，使其可替代高價(jià)氣流式粉碎機(jī)。微粉碎機(jī)有懸輥磨、球磨機(jī)、氣流式粉碎機(jī)、膠體磨、沖擊式微粉碎機(jī)［14］。

德國(guó)Erema公司的雙盤切割系統(tǒng)突破了通常Erema使用單盤底部切割、搗碎裝置在進(jìn)入擠出設(shè)備前切割、混合和壓縮薄膜的技術(shù)限制。新型的雙盤系統(tǒng)中的一個(gè)盤安裝在另一個(gè)之上，第一個(gè)盤用于對(duì)不符合要求的原料進(jìn)行粗加工。雙盤系統(tǒng)可以接受未經(jīng)過(guò)精加工的原料，并且運(yùn)行得更加順暢。Erema公司說(shuō)在處理PE薄膜時(shí)，可以提升15%的產(chǎn)量。

奧地利的 NGR Next Generation Recycling Maschinen公司的粉碎／擠出設(shè)備配有新的165mm直徑模具，當(dāng)生產(chǎn)全尺寸產(chǎn)品時(shí)，即使是非常堅(jiān)硬的OPP纖維，它的產(chǎn)量也可以達(dá)到1 500kg／h。

瑞典的Rapid Granulator AB公司開發(fā)出專為粉碎塑料設(shè)計(jì)單軸粉碎機(jī)。粉碎機(jī)一般用于木料和市政廢物的粉碎。Rapid的新型粉碎機(jī)在一個(gè)軸的不同深度放置了27個(gè)成人字形排列的刀片，而傳統(tǒng)的木頭粉碎機(jī)只在同一深度十字交叉放置刀片。這個(gè)新機(jī)器擁有560，1 100，1 650mm 3種寬度的進(jìn)料口，更加有效的切割幾何學(xué)使得電機(jī)的功率只有22kW。

德國(guó)的Weima Maschinenbau公司研制開發(fā)了新型快速換篩四軸ZM粉碎機(jī)。以前，篩子是栓死的，需要花很長(zhǎng)的時(shí)間更換，而新型的ZMK－X快速轉(zhuǎn)換型的篩子固定在一個(gè)很容易栓緊的部件上。這樣，可以把篩子輕松的滑進(jìn)粉碎釜中，在更換時(shí)，只要拉出就可以了。ZMK－X型粉碎機(jī)有15kW和30kW兩種機(jī)型，可以用于粉碎大型部件，如緩沖器等。

3 椰子殼粉碎機(jī)的原理及主要結(jié)構(gòu)功能

3.1 粉碎機(jī)的原理

基本結(jié)構(gòu)：椰子殼粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1，由進(jìn)料斗、雙子滾齒、粗篩網(wǎng)、細(xì)篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)子、電機(jī)、機(jī)架等組成。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低、傳動(dòng)路線短、安裝調(diào)整方便、噪聲小、操作容易、占地面積小等特點(diǎn)。粉碎率也在90%以上。

在生產(chǎn)應(yīng)用中，機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)平穩(wěn)、震動(dòng)較小，活動(dòng)方便，效率也較高。

工作原理：把椰子殼放入進(jìn)料斗1，椰殼由自身重力下落至雙子滾齒間8，滾齒轉(zhuǎn)動(dòng)把椰殼擠壓粉碎，粗殼片在滾齒與粗篩網(wǎng)2相互作用下沿著滾齒旋轉(zhuǎn)方向向上重新進(jìn)入雙子滾齒間繼續(xù)碾壓，細(xì)殼片通過(guò)粗篩網(wǎng)下落至轉(zhuǎn)子3間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)把細(xì)殼片研磨粉碎。粗粉末不能通過(guò)細(xì)篩網(wǎng)孔4，從粗粉末出口6落入物料筐中，再把粗粉末倒入進(jìn)料斗重新研磨?；蛟诖址勰┏隹谔幇惭b傳送帶，直接由傳送帶自動(dòng)輸送到進(jìn)料斗重新粉碎。細(xì)粉末通過(guò)細(xì)篩網(wǎng)孔從細(xì)粉末口5處流出。如圖2所示。

在椰殼粉碎的過(guò)程中，椰殼經(jīng)過(guò)滾齒擠壓后，能通過(guò)粗篩網(wǎng)的殼片最大線度不大于10mm，再通過(guò)轉(zhuǎn)子二次研磨，最細(xì)能達(dá)到300目，60目以上的粉末才能透過(guò)細(xì)篩網(wǎng)。

圖1 椰子殼粉碎機(jī)簡(jiǎn)圖Figure 1 Coconut shell pulverizer’s diagram

圖2 椰子殼粉碎機(jī)工作流程圖Figure 2 Coconut shell pulverizer’s work flow chart

3.2 主要結(jié)構(gòu)

雙子滾齒：如圖3所示，表面齒形與普通的滾齒有所不同，該表面的齒為錐體，就像是釘子一樣。這種錐形齒碾壓椰殼時(shí)減輕設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，使設(shè)備不易被卡死，粉碎效率提高，粉碎質(zhì)量更好，而且產(chǎn)生的噪聲較小。該滾齒的直徑為850mm，用37kW的電機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速為1 800r／min。

轉(zhuǎn)子：表面光滑且經(jīng)過(guò)熱處理比較耐磨。當(dāng)椰殼片掉入雙轉(zhuǎn)子間，兩個(gè)圓柱相互轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓使椰殼研磨粉碎。如圖4所示。該轉(zhuǎn)子直徑為500mm，使用22kW的電機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速為3 000r／min。

圖3 椰子殼粉碎機(jī)雙子滾齒Figure 3 Twin roll teeth of coconut shell pulverizer

圖4 椰子殼粉碎機(jī)雙子轉(zhuǎn)子Figure 4 Twin rotor of Coconut shell pulverizer

4 結(jié)論

本項(xiàng)目基于海南椰子殼破碎的需求，提出了一種新型破碎機(jī)的設(shè)計(jì)，其中著重介紹了椰子殼的破碎原理、主要結(jié)構(gòu)和破碎流程的設(shè)計(jì)。從椰子殼投料到破碎，整個(gè)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，大大減少了勞動(dòng)力，極大地降低生產(chǎn)成本，使椰子加工的產(chǎn)業(yè)化、自動(dòng)化程度加大，為活性炭產(chǎn)業(yè)提供了良好的原材料，帶動(dòng)椰子產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)椰子的種植生產(chǎn)和椰子食品的擴(kuò)展。

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