椰殼粉碎機的研制

孫 忠 張 燕 梁 棟

（海南大學機電工程學院，海南 海口 570228）

海南島享有“椰島”的美譽［1］，椰子產量占中國總量的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，綜合利用經濟價值極高，椰肉可食，亦可榨油；椰子水（胚乳）可為飲料等，椰殼可以制成優質活性炭［3］。然而海南椰子產業發展還相對落后，對于椰子的綜合利用率還很低［4］。其中沒有一個良好的椰殼的粉碎辦法是阻礙椰子產業發展的障礙之一。若想獲得椰衣內的營養物質及椰殼，椰殼的粉碎工作是必不可缺少的程序。但是椰子殼質地極其堅硬，冷熱不變形很難實現粉碎。目前普遍采取的傳統的方法是用刀具人工進行粉碎，該方法耗費大量人力物力且效率很低效果不佳。為此本項目研究需設計一套機械裝置以實現自動有效地將椰殼粉碎的目的。

1 研究目的

椰殼粉碎機的實現可有效解決勞動力不足、降低工人勞動強度、提高工人勞動舒適性和安全性、簡化椰殼粉碎工作程序、降低椰殼粉碎成本、提高勞動生產率、椰殼粉碎后可獲得椰子的其他產物進而提高了椰子的綜合利用率，實現經濟效益的最大化。

2 國內外粉碎機的發展歷程

粉碎機是將大尺寸的固體原料粉碎至要求尺寸的機械。粉碎機由粗碎、細碎、風力輸送等裝置組成，以高速撞擊的形式達到粉碎的目的。中國粉碎設備主要應用于礦山、建材、飼料、藥材、秸桿等多種行業之中。市場上粉碎機種類大體分為齒式粉碎機、錘式粉碎機、刀式粉碎機、渦輪式粉碎機、氣流粉碎機、低溫粉碎機、超微粉碎機［5］等。

齒爪式粉碎機常用于飼料、醫藥、食品等各種行業中原料的粉碎。機型從最小9FZ160型（1.1kW）到大型的ZY－6型（110kW）均有生產。中國常用稱呼“齒爪式粉碎機”，又叫“萬能粉碎機”，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都以“自由式粉碎機”為名稱。中國消化吸收“齒爪式粉碎機”技術之后，開始研制出9FZ系列齒爪式粉碎機，大量使用于飼料行業的中、小規模高細度粉碎［6］。

中國錘片式粉碎機于20世紀50年代開始研制，當時動力都是在13kW以下的小型錘片是粉碎機。1980年商業部無錫糧食科研設計所研究設計制造了FSP112×30型錘片是粉碎機（55～75kW），填補了中國40kW以上粉碎機的空白。目前中國粉碎機的動力已達到上百千瓦，性能和水平已達到了較先進的水平［7］。

上海市藥材有限公司中藥機械廠的孫德平［8］設計研發了立軸刀式粉碎機，它集粉碎和分級于一體，結構緊湊簡單，彌補了臥式粉碎機無軸向動力進而粉碎不徹底的缺點。

浙江豐利粉碎設備有限公司向市場推出一款最新型國家專利產品——WDJ系列的渦輪式粉碎機。該粉碎機是應用高速旋轉渦輪和裝在篩網上的磨塊結構相互作用，工藝方面上使用迷宮式密封措施，從而使設備具有產量較高、噪聲小、能耗低、無污染、顆粒度細、運動平穩、緊湊的結構、機械密封性好等特點［9］。

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

伊啟平［11］設計一款上下兩個磨盤組合的磨盤磨，分析磨盤磨工作原理，用材料學的知識解析了機器對粉碎物料的作用。其粉碎機為LDG－500型，磨輪直徑D ＝500mm，電機功率15kW，主軸轉速為1 200r／min，生產能力150～800kg／h，入料粒度≤15mm，產品粒度10～500目。

張翼飛等［12］研究立軸分級粉碎機即可避免物料過粉碎，而且產品粉碎粒徑也可調節。張永林［13］設計了一新型立式微粉碎機，機型為SFL43。其主要是針對食品物料共同的熱敏性特點。也達到一定的細度、粒度分布及純度，使其可替代高價氣流式粉碎機。微粉碎機有懸輥磨、球磨機、氣流式粉碎機、膠體磨、沖擊式微粉碎機［14］。

德國Erema公司的雙盤切割系統突破了通常Erema使用單盤底部切割、搗碎裝置在進入擠出設備前切割、混合和壓縮薄膜的技術限制。新型的雙盤系統中的一個盤安裝在另一個之上，第一個盤用于對不符合要求的原料進行粗加工。雙盤系統可以接受未經過精加工的原料，并且運行得更加順暢。Erema公司說在處理PE薄膜時，可以提升15%的產量。

奧地利的 NGR Next Generation Recycling Maschinen公司的粉碎／擠出設備配有新的165mm直徑模具，當生產全尺寸產品時，即使是非常堅硬的OPP纖維，它的產量也可以達到1 500kg／h。

瑞典的Rapid Granulator AB公司開發出專為粉碎塑料設計單軸粉碎機。粉碎機一般用于木料和市政廢物的粉碎。Rapid的新型粉碎機在一個軸的不同深度放置了27個成人字形排列的刀片，而傳統的木頭粉碎機只在同一深度十字交叉放置刀片。這個新機器擁有560，1 100，1 650mm 3種寬度的進料口，更加有效的切割幾何學使得電機的功率只有22kW。

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

3 椰子殼粉碎機的原理及主要結構功能

3.1 粉碎機的原理

基本結構：椰子殼粉碎機結構簡圖見圖1，由進料斗、雙子滾齒、粗篩網、細篩網、轉子、電機、機架等組成。該機結構簡單、重量輕、成本低、傳動路線短、安裝調整方便、噪聲小、操作容易、占地面積小等特點。粉碎率也在90%以上。

在生產應用中，機械運動時平穩、震動較小，活動方便，效率也較高。

工作原理：把椰子殼放入進料斗1，椰殼由自身重力下落至雙子滾齒間8，滾齒轉動把椰殼擠壓粉碎，粗殼片在滾齒與粗篩網2相互作用下沿著滾齒旋轉方向向上重新進入雙子滾齒間繼續碾壓，細殼片通過粗篩網下落至轉子3間，轉子轉動把細殼片研磨粉碎。粗粉末不能通過細篩網孔4，從粗粉末出口6落入物料筐中，再把粗粉末倒入進料斗重新研磨。或在粗粉末出口處安裝傳送帶，直接由傳送帶自動輸送到進料斗重新粉碎。細粉末通過細篩網孔從細粉末口5處流出。如圖2所示。

在椰殼粉碎的過程中，椰殼經過滾齒擠壓后，能通過粗篩網的殼片最大線度不大于10mm，再通過轉子二次研磨，最細能達到300目，60目以上的粉末才能透過細篩網。

圖1 椰子殼粉碎機簡圖Figure 1 Coconut shell pulverizer’s diagram

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

3.2 主要結構

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減輕設備的運轉負荷，使設備不易被卡死，粉碎效率提高，粉碎質量更好，而且產生的噪聲較小。該滾齒的直徑為850mm，用37kW的電機帶動，轉速為1 800r／min。

轉子：表面光滑且經過熱處理比較耐磨。當椰殼片掉入雙轉子間，兩個圓柱相互轉動擠壓使椰殼研磨粉碎。如圖4所示。該轉子直徑為500mm，使用22kW的電機帶動，轉速為3 000r／min。

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

圖4 椰子殼粉碎機雙子轉子Figure 4 Twin rotor of Coconut shell pulverizer

4 結論

本項目基于海南椰子殼破碎的需求，提出了一種新型破碎機的設計，其中著重介紹了椰子殼的破碎原理、主要結構和破碎流程的設計。從椰子殼投料到破碎，整個過程可實現自動化控制，大大減少了勞動力，極大地降低生產成本，使椰子加工的產業化、自動化程度加大，為活性炭產業提供了良好的原材料，帶動椰子產業的規模化生產，進而促進整個椰子的種植生產和椰子食品的擴展。

1 秦呈迎，程文靜，牛聰，等.國際旅游島建設環境下海南椰子產業發展的建議［J］.熱帶農業科學，2010，30（10）：70～73.

2 孫程旭，陳華，劉立云，等.椰子副產物的應用與發展［J］.中國熱帶農業，2011（38）：45～47.

3 潘永剛.椰子的綜合利用與加工技術［J］.食品與機械，1997（6）：21～22.

4 鄭淑娟.中國椰子產業發展分析［J］.熱帶農業工程，2009，33（6）：32～34.

5 李亞莎，瞿曉華.超微粉碎設備的發展狀況［J］.礦山機械，2004（10）：21～25.

6 戴林坤，曹念正.齒爪式粉碎機及在水產飼料行業中的應用［J］.飼料工業，2010，31（17）：1～6.

7 梁春鴻.錘片式粉碎機的演變與發展［J］.科技視野，2003（14）：22～23.

8 孫德平.藥用粉碎機械—立軸刀式粉碎機的工作原理及設計［J］.機電信息，2003（24）：53～55.

9 WDJ渦輪式粉碎機投放市場［J］.化工科技市場，2004（6）：1.

10 高春暉.氣流粉碎機原理、特點及工業應用［J］.化工礦山技術，1993（5）：38～41.

11 孫成林，連欽明，王清發.中國超細粉碎機械研發現狀［J］.中國非金屬礦工業導刊，2007（3）：46～49.

12 張翼飛，吳鐵銘.立軸分級式粉碎機分級臨界粒徑的研究［J］.食品與機械，1999（5）：40～41.

13 張永林.新型立式微粉碎機的設計［J］.食品與機械，1999（3）：39～40.

14 龐聲海.低溫升超微粉碎機及其研究［J］.食品與機械，1996（2）：9～11.