椰殼自動(dòng)粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)椰子（Cocos nucifera L.）殼質(zhì)地堅(jiān)硬、難以粉碎的特點(diǎn)，結(jié)合目前中國(guó)南方熱帶城市的椰子加工現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種椰殼粉碎設(shè)備，介紹了其擠壓裝置、液壓傳動(dòng)裝置、粉碎刀的設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的椰殼自動(dòng)粉碎機(jī)粉碎率為93%，粉碎時(shí)間不到人工粉碎時(shí)間的1/5。該設(shè)備的實(shí)現(xiàn)可降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，操作簡(jiǎn)便，可靠性高，提高了椰子產(chǎn)品的綜合利用率，符合目前椰子綜合處理的需求。

關(guān)鍵詞：椰子（Cocos nucifera L.）；椰殼；粉碎機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：S226.4；S667.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）07-1739-03

椰子（Cocos nucifera L.）屬棕櫚科椰子屬單子葉多年生常綠喬木，其主要產(chǎn)物為椰子果，簡(jiǎn)稱(chēng)椰子。海南享有“椰島”的美譽(yù)，其椰子產(chǎn)量占中國(guó)椰子總產(chǎn)量的80%[1]。椰子表皮由革質(zhì)粗纖維組成，強(qiáng)度大，韌性高，木質(zhì)素含量較高[2]。由于椰子殼質(zhì)地堅(jiān)硬，冷熱不變形，很難粉碎，目前普遍采取用刀具人工粉碎的方法[3]，但這種方法不僅效果不佳，人工勞動(dòng)強(qiáng)度高，還容易導(dǎo)致工人誤傷自己。

目前海南省有椰子加工企業(yè)近300家，但是大部分企業(yè)規(guī)模小、技術(shù)薄弱，產(chǎn)品加工的機(jī)械化水平較低，難以提高椰子的經(jīng)濟(jì)效益和資源利用率[4]。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)粉碎機(jī)種類(lèi)繁多，中國(guó)粉碎設(shè)備主要應(yīng)用于礦山、建設(shè)、飼料、藥材、秸稈等行業(yè)，如廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)的中小規(guī)模粉碎的齒爪式粉碎機(jī)，即“萬(wàn)能粉碎機(jī)”[5]。但是鮮有專(zhuān)門(mén)為椰殼這種較為特殊的原料設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)，為此，設(shè)計(jì)了一種可以有效粉碎椰殼的機(jī)械裝置，以期為中國(guó)熱帶椰子產(chǎn)區(qū)椰子的綜合處理打下基礎(chǔ)。

1 椰殼粉碎機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

機(jī)構(gòu)主要由粗粉碎裝置、擠壓裝置和細(xì)粉碎裝置組成。粗粉碎裝置為類(lèi)似于鄂式粉碎機(jī)的釘板機(jī)構(gòu)，活動(dòng)釘板連接凸輪機(jī)構(gòu)用來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)；擠壓裝置為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，推桿連接液壓沖頭實(shí)現(xiàn)左右運(yùn)動(dòng)；細(xì)粉碎裝置由伺服電機(jī)加粉碎刀具構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)二次粉碎。圖1為椰殼粉碎機(jī)整體結(jié)構(gòu)。

1.2 工作原理

椰殼自動(dòng)粉碎機(jī)主要由兩部分構(gòu)成?；谝瑲ね獗砻鏋榻茩E圓型結(jié)構(gòu)，上半部分設(shè)計(jì)為改裝后的鄂式粉碎機(jī)，這樣的裝置擠壓椰殼圓形表面時(shí)不易打滑；下半部分為主要的粉碎裝置；椰殼由上方的入料口進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，經(jīng)過(guò)鄂式粉碎機(jī)擠壓變形，使它大大減小弧度結(jié)構(gòu)，這樣更利于粉碎。底部的液壓結(jié)構(gòu)主要用于改變椰殼的粉碎速度，如果僅僅由重力作用使椰殼經(jīng)過(guò)粉碎刀粉碎，必然粉碎得不是很完全。經(jīng)過(guò)液壓裝置的推動(dòng)，不僅能提高機(jī)械效率，更能控制椰殼的粉碎率。

1.3 工作流程圖

廢棄椰殼由進(jìn)料口進(jìn)入粗粉碎裝置，凸輪擠壓活動(dòng)釘板對(duì)椰殼進(jìn)行一次粉碎。完成一次粉碎后，活動(dòng)釘板后移，椰殼下落進(jìn)入細(xì)粉碎通道，推桿連接液壓活塞將椰殼向刀具方向傳送擠壓。粉碎刀具后方連接還田出料口，刀具在此完成二次粉碎。工作流程圖如圖2。

2 椰殼粉碎機(jī)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 擠壓裝置

為了確定椰殼擠壓后實(shí)際變形尺寸，進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，研究椰殼在不同力的擠壓下可達(dá)到的最大變形尺寸，分為橫向擠壓和縱向擠壓兩組試驗(yàn)，結(jié)果如表1。

由表1可知，椰殼橫向壓縮基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這主要因?yàn)橐瑲ぷ陨淼慕Y(jié)構(gòu)與硬度所致?；诖祟?lèi)情況，在壓縮板與椰殼的接觸面上安裝了許多尖銳的釘狀物，這樣不僅能起到一定的粉碎效果，還能破開(kāi)椰殼堅(jiān)韌的表面，使后續(xù)的粉碎過(guò)程更加容易?？v向椰殼壓縮率取88%較為合適，壓縮出料口設(shè)計(jì)為23 mm（不包含釘狀物長(zhǎng)度），釘狀物之間最小間距為1.5 mm左右。由于椰殼含水量較低，在鋼材的選擇方面不用考慮腐蝕性問(wèn)題，應(yīng)側(cè)重耐磨性能與抗拉性能，所以壓縮板與釘狀物的材料建議選用ZG310-570。壓縮頻率不宜過(guò)低，否則將給后續(xù)的粉碎裝置帶來(lái)麻煩，過(guò)高則會(huì)浪費(fèi)不必要的機(jī)械效率。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，壓縮頻率應(yīng)控制在200～300 Hz。另外，由于裝置的封閉式滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)，在其外殼上應(yīng)延伸一段弧形擋板，防止卡料。

2.2 液壓傳動(dòng)裝置

2.2.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式，傳遞能量的方式主要是利用液體的壓力能。液壓傳動(dòng)相比其他傳動(dòng)，眾多優(yōu)點(diǎn)在近幾年逐年顯現(xiàn)，因此，它被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是極為重要的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用液壓傳動(dòng)可完成數(shù)據(jù)系統(tǒng)程序下達(dá)的信號(hào)指令，保證了數(shù)控設(shè)備按照原先設(shè)計(jì)好的指令完成加工處理。

相比其他傳動(dòng)方式，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：①液壓傳動(dòng)可以輸出大的推力，實(shí)現(xiàn)大噸位運(yùn)動(dòng)，這樣可保證椰殼順利傳送至粉碎刀具，不會(huì)產(chǎn)生阻塞等問(wèn)題；②相同功率條件下，液壓傳動(dòng)元件體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，在機(jī)構(gòu)中的布局、安裝將會(huì)有很大的靈活性；③液壓傳動(dòng)反應(yīng)速度快，可以實(shí)現(xiàn)頻繁換向，保證了機(jī)械在椰殼推遞中不會(huì)因傳動(dòng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定而產(chǎn)生大的故障；④操作簡(jiǎn)單，機(jī)電聯(lián)合使用時(shí)可以更方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)；⑤機(jī)構(gòu)在進(jìn)行椰殼粉碎工作中，由于椰殼投入量不同，機(jī)器極有可能會(huì)過(guò)載運(yùn)行；而液壓系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，使用安全可靠。

綜上所述，液壓系統(tǒng)安全實(shí)用，更適合作為椰殼粉碎機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)。

2.2.2 液壓系統(tǒng)工作原理 圖3為椰殼粉碎機(jī)液壓系統(tǒng)。從圖3可以看出，液壓泵在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱經(jīng)過(guò)濾器被吸入液壓泵。由液壓泵輸入的壓力油經(jīng)過(guò)電磁換向閥、節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸一側(cè)推動(dòng)活塞帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，液壓缸另一腔的油液經(jīng)過(guò)換向閥流回油箱。同時(shí)在連桿的帶動(dòng)下，夾板向內(nèi)收縮夾緊椰子。推桿的移動(dòng)速度可通過(guò)節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油液增多，推桿的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，推桿的移動(dòng)速度減小。液壓泵輸出的壓力油除了進(jìn)入節(jié)流閥外，其余的打開(kāi)溢流閥流回油箱。

2.3 粉碎刀

2.3.1 粉碎刀轉(zhuǎn)速 粉碎裝置為椰殼粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的核心，合理的粉碎刀轉(zhuǎn)速不僅能最大限度地粉碎椰殼，還能降低功率，提高機(jī)械效率。目前，一般的大型粉碎機(jī)粉碎刀轉(zhuǎn)速為200～400 r/min，中小型粉碎機(jī)為750～1 600 r/min。結(jié)合椰殼粉碎機(jī)的綜合設(shè)計(jì)，粉碎刀轉(zhuǎn)速取850 r/min較合適。粉碎刀具為彎齒狀，以便于粉碎，三維圖如圖4。

2.3.2 粉碎刀具的鋼種選擇 用于粉碎的刀具必須具有良好的耐磨性、良好的沖擊韌性且不易變形，以及很高的硬度。由于椰殼含水量較低，如同擠壓裝置一樣，不用考慮其防腐蝕性能。考慮經(jīng)濟(jì)因素與實(shí)用因素，選用T12A比較合理，并在其表面做滲碳處理。

3 試驗(yàn)結(jié)果

接受試驗(yàn)的椰殼基本條件為：椰殼平均縱徑220 mm，平均橫徑40 mm，含水率9%，每組質(zhì)量為3 kg，單個(gè)椰殼平均重250 g。每組12個(gè)椰子，3次重復(fù)，試驗(yàn)共用了36個(gè)椰子，主要測(cè)試其粉碎率、機(jī)械粉碎時(shí)間與人工粉碎時(shí)間。

從試驗(yàn)結(jié)果（表2）可知，設(shè)計(jì)的椰殼粉碎機(jī)粉碎率高于90%，粉碎時(shí)間不到人工粉碎時(shí)間的1/5，且試驗(yàn)測(cè)試期間椰殼粉碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)流暢，異動(dòng)小，粉碎較均勻。表明設(shè)計(jì)的椰殼自動(dòng)粉碎機(jī)符合椰殼粉碎的技術(shù)要求，大大提高了粉碎效率，可以用于實(shí)際生產(chǎn)操作中。

4 小結(jié)

研究表明，設(shè)計(jì)的椰殼粉碎機(jī)平均粉碎率為93%，粉碎時(shí)間不到人工粉碎時(shí)間的1/5，說(shuō)明椰殼自動(dòng)粉碎機(jī)能夠較好地完成粉碎工序；且運(yùn)轉(zhuǎn)流暢，生產(chǎn)率高，可連續(xù)作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，避免人工粉碎時(shí)誤傷自己，提高了機(jī)械化程度，縮短了勞動(dòng)時(shí)間，為之后椰殼烘干、揉絲等工序提供了理想的原料，在椰子主要產(chǎn)區(qū)具有廣闊的推廣前景和很大的利用價(jià)值[6]。

參考文獻(xiàn)：

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