破碎機的性能和發(fā)展
破碎機是相對簡單的機器, 由一對或多對安裝在一個機架的破碎輥組成。安裝在軸承上的破碎輥由電機通過皮帶輪和皮帶驅(qū)動進行運轉(zhuǎn)。為了獲得所需要破碎效果和粒度大小, 設計時一條輥可調(diào)節(jié), 另一條輥固定在機架上。
破碎機是大豆預處理中破碎、脫皮必要的設備。正確地操作和管理破碎機可獲得大小一致的顆粒和較好的殼分離效果,同時產(chǎn)生最少量的粉末。因為整粒大豆具有相當大的研磨性,當操作和維護這些機器時,應考慮它對輥齒的磨耗。另外,如今的大豆加工商對預處理車間的單機設備日加工能力要求較高,并尋求在有限工作空間可獲最大加工量。
1. 歷史概要
1940年,為了提取植物油,破碎機首先用于大豆的預處理。雙對輥(二雙高對輥)和三對輥(三雙高對輥)機器被用于將整粒大豆破碎到期望的小粒子。軋坯機普遍裝有直徑20in輥子,可加工相對小的薄片,現(xiàn)有的浸出器設計例如立式籃筐浸出器依靠小的薄片取得適當?shù)娜莘e密度進而達到浸出器的加工能力。
這些最初的機器通常裝有直徑10in的對輥,而且大部分有簡單的平軸承;巴氏合金軸承襯或青銅軸套。由于軸承材料的原因,這些早期的機器在輥子速度和荷載兩方面都受到限制。普通的動力傳輸系統(tǒng)依靠平皮帶將動力傳輸?shù)狡扑闄C，它限制了輥子加工率,降低了輥間差速。輥齒重新拉絲時間間隔相當長,因為處理能力(t/d)是相當有限的。對于10×24的機器,輥速度通常在200～300r/min,其處理能力為200～250t/d。
在二十世紀40年代后期和50年代,大多新的機器被設計成使用滾珠或輥柱摩擦軸承,對于特定的輥子尺寸而言,輥速、荷載得以提高,從而獲得更高生產(chǎn)能力。在動力傳輸設備方面也有了改善,例如,無聲鏈和V形帶的應用使得設備荷載能力和生產(chǎn)能力得以提高。輥速在300～450r/min的10×42的輥,其生產(chǎn)能力可達350t/d。
在二十世紀60年代和70年代,許多生產(chǎn)廠家開始通過分離破碎大豆中的部分殼而生產(chǎn)高蛋白粕。這就引起大豆加工者開始較多注意由破碎機生產(chǎn)出來粒子的大小和分布狀態(tài)。由于殼分離大部分是由吸風完成的,任何小顆粒(粉末)容易與殼一并隨風吸走而造成殼中脂肪含量高,使大多榨油廠出現(xiàn)經(jīng)濟上的損失。輥子速度繼續(xù)提高,而且雙對輥配置成為絕大多數(shù)的加工者的標準。由于增加加工能力(t/d),對輥齒重新拉絲變得更頻繁。因此設備制造者逐漸地設計出易于保養(yǎng)維修的破碎機。對于10×42、輥速在550～750r/min范圍的輥子,其生產(chǎn)能力可達250～400t/d。這時期一些較大的輥開始采用,尤其是12×52的輥子。由于相對低的速度和有限的壓力,這些機器的生產(chǎn)能力被限制在400～550t/d。
在二十世紀80年代內(nèi)，Sulzer/EscherWyss公司的熱脫皮系統(tǒng)使破碎機的速度和差速比提高。到目前為止,快速輥輥速在800～900r/min之間,而且2∶1速度比的輥是被應用于有效地剪切熱的、有彈力的大豆顆粒。大豆熱脫皮系統(tǒng)要求采用相當銳利的齒形以避免搗碎大豆,而且在許多情況下對輥齒重新拉絲的時間間隔減少到數(shù)星期左右。一個10×42輥的最大生產(chǎn)能力可達450t/d左右,比較長的輥(10×52)其生產(chǎn)能力可達550t/d。當這些機器每天增大處理能力時,其輥齒壽命(輥重新拉絲周期是數(shù)星期或數(shù)月)相應減短。
在二十世紀80年代后期和90年代初期，快速輥的技術被應用在破碎機，用于傳統(tǒng)的預處理系統(tǒng)和熱脫皮系統(tǒng)。采用現(xiàn)有輥子的尺寸,當輥速度較高時可獲較高生產(chǎn)能力,而且可根據(jù)情況調(diào)整輥速,生產(chǎn)大小適當?shù)亩沽６划a(chǎn)生不必要的粉末。由于增加生產(chǎn)能力,機器在需要重新拉絲之前所運轉(zhuǎn)的小時數(shù)減少。較大的輥子可提高產(chǎn)量,輥齒重新拉絲時間間隔適中。12×52的輥處理量為750t/d,而12×72的輥處理量為1000t/d。各種尺寸軋輥在不同年代的產(chǎn)量見圖1,圖2為破碎機軋輥轉(zhuǎn)速與圓周
2. 破碎機生產(chǎn)能力
破碎機生產(chǎn)能力本質(zhì)上取決于輥子的大小和運轉(zhuǎn)速度。預知破碎機的生產(chǎn)能力的一個方法是計算輥子的表面積及輥子圓周速度,破碎機產(chǎn)量計算公式如下:
（D×L×RPM×d×Eff×60×38×24）÷1728÷2200
D=直徑，π=3.14159，L=長度，d=軋距（inch），
Eff=Roll Nip Efficiency（輥子間隙入料效率），
60min/h,38/ft3,24h/d,1728in/ ft3,2200/Mton
基于物料以緞帶形式通過輥子間隙,可以測定物料體積。假定有了物料的容積密度和充填入料效率,對于特定尺寸的對輥,就可預測它的實際生產(chǎn)能力。破碎機軋輥尺寸與產(chǎn)量的關系見表1。正如大家所預期的那樣,當輥子尺寸增大(長度和直徑),機器的生產(chǎn)能力將會增加。顯然,輥子長度是它的一個關鍵要素,但是隨著長度加大,輥子直徑一定隨著加大以維持堅挺度。在油料破碎的實際應用中,6∶1的直徑與長度比仍可達到適當?shù)膱酝Χ取?/p>
輥速提高雖然可增大產(chǎn)量,但是輥子的磨損度和物料粉末度也會增大。在如今的實踐中,破碎機輥速通常被降低30%～50%以提高輥齒的壽命。當加工廠家一個或多個破碎機,出現(xiàn)故障時,可通過加大通過設備的物料流率來實現(xiàn)整廠滿負荷連續(xù)生產(chǎn)。如降低生產(chǎn)能力則可減少輥子間負荷,這樣也可少產(chǎn)生粉末。實際的輥子圓周速度的變化范圍將會在1500ft/min到3000ft/min。
3. 破碎輥齒介紹
圖3中有3種輥齒齒形可被選用。它們是鋸齒形(sawtooth)、圓底V形(RBVorRoundBottomVee)和B&W形。
采用粗大的輥齒可獲得大小合適的豆粒,是將粉末度降到最小程度和提高輥齒壽命的最好方法。對于熱脫皮系統(tǒng),上部對輥需每英寸含有3～1/2個輥齒,底部對輥通常需每英寸含有5個輥齒。對冷脫皮加工,上部對輥需每英寸含有3～1/2或5個輥齒,這取決于加工的大豆品種和大小。底部對輥通常需每英寸含有5個或6個輥齒。在頂部和底部都使用一個5-5組合輥可減少備件的儲存量,極大減少輥子安裝錯位的機會。
使用B&W齒形可獲得最佳輥齒壽命,因為此類齒有深的凹槽深度和相當數(shù)量的輥齒可維系生產(chǎn)。銳利的齒尖非常有效、整潔地將大豆切成碎塊,而且有助于殼分離。需要特別注意的是,當這些輥是被重新拉絲、輥安裝和運轉(zhuǎn)操作時,要確保他們齒形關系的正確(鋒對鋒)。因為B&W輥齒是較難機加工的,有必要與專業(yè)拉絲的單位合作,確保維持適當?shù)妮価X齒形。
對于熱脫皮系統(tǒng),要求破碎機有較高的輥速差速比,通常是2∶1的速比可保證大豆切口的整潔。雖然如此,來自熱脫皮系統(tǒng)的破碎大豆會被拉長并且它的粒子長度比在冷脫皮處理要長。當單對輥設備被簡單地使用于破碎豆子成1/2瓣時,采用1.5∶1較低速比通常是可行的。
在冷加工處理中,1.5∶1輥速比對減少粉末產(chǎn)生來說效果最佳,同時有利于殼分離。如果破碎機得到適當?shù)木S護和操作,1.5∶1輥速比也將會提高輥齒的壽命。
破碎機快速輥的輥速對于提高機器生產(chǎn)能力和減少皮帶的張緊都是重要的。對于各種輥子直徑,快速輥輥速從750～1000r/min,產(chǎn)生圓周速度從2500ft/min(10in直徑)到3100ft/min(12in和16in直徑)的輥最能提高生產(chǎn)能力。較低的輥速可能由于滑料減少而提高輥齒壽命,但是會導致產(chǎn)品粉末度加大,因為輥間夾縫處有更高的載荷力。
4. 破碎輥的調(diào)整維護
破碎輥必須安裝調(diào)整平行以達到其最高生產(chǎn)運行水平。通過適當調(diào)整軋輥之間的間隙，大豆 (或葵花籽, 紅花籽等) 可破碎成生產(chǎn)加工所需要的顆粒度。當使用一對以上的破碎輥時, 每對輥所做的工作需要仔細調(diào)整分工, 以確保工作效果和磨損在兩對輥之間平衡。輥間距調(diào)整不當會導致某對軋輥磨損嚴重, 也會損壞驅(qū)動元件。如果。例如, 在一臺機器上的上對輥破碎大豆的安全間隙太近，上對輥的磨損將大大加快，同時，下對輥的磨損度會減少很多。通常的做法是一次更換四條輥子, 這將導致下對輥在正常合理的磨損之前被換掉, 也就是說下對輥在合理磨損之前的這部分壽命將被丟失。當然。在一些工廠中，輥的維護成本可以通過正確調(diào)整上對輥、下對輥之間的安全間隙來減少一半。
也許比不合理增加輥的磨損程度更加嚴重的是, 粒度不符合要求的破碎豆對所有后續(xù)生產(chǎn)過程的質(zhì)量及指標影響。如果輥間距不當調(diào)整, 并通過整豆，生產(chǎn)出的豆粕可能含有高水平的纖維并降低蛋白質(zhì)含量，這種低質(zhì)量的豆粕銷量將會減少，從而減少收入, 減少利潤率。至少，高纖維，低蛋白的產(chǎn)品會導致客戶的投訴和索賠, 并會損害和客戶或者供應商的關系。另一方面。 如果滾間距設置得太近,破碎粒度過小產(chǎn)生粉末, 也會造成經(jīng)濟后果。脫皮系統(tǒng)可能吸入粉末和小顆粒。導致了豆皮含油升高。因為油和豆皮之間的價格差別大概是5倍，對工廠收入及經(jīng)濟的影響是相當可觀的。
關于調(diào)整和維護破碎輥的最后一個考慮是工廠生產(chǎn)和維修周期。平均來講，根據(jù)設備磨損及工廠實際特殊情況更換破損輥需要耗費2個人4至8個小時。不僅更頻繁的輥更換導致成本的直接增加 (勞動力、維修及輥處理), 對于生產(chǎn)加工也會帶來不可避免的損失。如此以來，實際的設備喂料速率將不得不調(diào)整加快, 以減少因更換輥導致的產(chǎn)量損失，其他設備生產(chǎn)的質(zhì)量將也因此下降。
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