一種高效益的集中粉碎機設計

謝仲銘，吳峻睿，葉桂良，李 翼

（東莞信易電熱機械有限公司，廣東 東莞 523770）

0 引言

塑料的粉碎是塑料回收利用中必不可少的工序[1]，而粉碎機一直以來都是各注塑及擠出商家的首選粉碎回收工具，隨著注塑行業的不斷發展，市面上出現了各種各樣的粉碎機。用戶在選擇粉碎機時不僅僅只是簡單考慮刀片的材質或是電機的品牌，一款維護起來省時省力、回收顆粒質量高的粉碎機對消費者有很大的吸引力。

劉長華等[2]研究發現即使是熱處理后的SKD11 鋼在使用一段時間過后都會發生磨損，更換刀片是每一個粉碎機使用者都必須進行的操作。而更換刀片中最難的一個地方就是要調整動刀片與定刀片之間的間隙，若間隙調整不合理就會影響粉碎料質量或降低刀片的壽命。為了保證每一組刀片間隙都在合理范圍內，粉碎機維護人員每次在調節刀片間隙時都會花費大量的時間。陳宏親等[3]設計一種顆粒材料風力脫粉設備，表明物料除塵裝置在實際生產應用中具有重要的意義。但此專利提及的設備只能完成對物料中粉塵的初步除粉，若遇到粉塵吸附性較強的原料就很難達到較好的除塵效果，且該設備不能在物料粉碎后的運輸過程中完成除塵工作，無法滿足工業生產對高效除塵的需求。

綜上所述，目前我國傳統粉碎機的刀片安裝設計與粉碎料除塵裝置還存在缺陷，本文通過對傳統粉碎機結構設計與塑料粉塵基本特性的研究，優化了粉碎室刀架軸的結構設計，并設計制造出一種機外調刀器與高效送料風機粉塵分離器。經過實驗測試與實踐證明，這種新型集中粉碎機設計能減少人工調刀時間，提高機器粉碎效率，保證粉碎料的最終質量。

1 設備設計過程

1.1 工作原理

粉碎回收系統工作原理如圖1所示，廢料從進料箱1落下到粉碎室內，動刀片2 與定刀片3 將物料切割粉碎，被破碎物料顆粒的大小由篩網4 孔的尺寸來控制。篩網位于粉碎室的下部，容易更換不同孔徑的篩網。粉碎料通過篩網落入集料盒5后，再通過輸料管7輸送，外設送料風機8 把粉碎料經出料管9 送進旋風分離器10 內。粉碎料在旋風分離器下落后，粉塵分離系統11 會將粉碎料中的粉塵分離。廢料經粉碎后，物料顆粒可直接再利用，或送入另一場所儲存備用。整機操作和安全防護由電器控制箱6控制。

圖1 粉碎回收系統工作原理

1.2 集中粉碎機結構設計

集中粉碎機[4]主要部件結構設計如圖2所示。

圖2 集中粉碎機的結構組成

1.2.1 進料箱

如圖3 所示，進料箱主要由進料口1、擋料皮2、進料箱主體3和擋料板4組成。當廢料從進料口被投入到進料箱內部，擋料皮與擋料板可防止被投入的廢料飛濺出粉碎機，起到保護用戶的作用。

圖3 進料箱結構

1.2.2 粉碎室與刀架軸

粉碎室與刀架軸結構如圖4 所示。粉碎室主要由粉碎箱體1、定刀壓塊2、定刀片3、冷卻水箱4、飛輪5、軸承座6組成。刀架軸主要由刀架軸主體7、動刀壓塊8、動刀片9、擋料板10 組成。粉碎室和刀架軸的零件都是經過數控機床精加工，精度可靠。

圖4 粉碎室與刀架軸結構

1.2.3 電機與傳動件

電機傳動結構如圖5 所示。電機1 采用IE3 高效電機，降低能耗，性能穩定，安全可靠。小皮帶輪3 與大皮帶輪5 靠V 型帶4 來聯動，傳動效率高，噪聲小。而V型帶的松緊程度可以靠調節螺栓2來調節。

圖5 電機傳動結構

1.2.4 篩網架與篩網

篩網架與篩網結構如圖6 所示。篩網架2 通過篩網架轉軸安裝在粉碎機下方，篩網1 安裝在篩網架與篩網架中間。客戶可以選裝不同孔徑大小的篩網來控制粉碎顆粒的大小。

圖6 篩網架與篩網結構

1.2.5 集料盒

如圖7所示，集料盒1安裝在篩網架下方，粉碎料掉落到集料盒后就通過出料管2被送出。集料盒安裝有料位馬達3，在粉碎料滿至料位馬達處時會停轉，通過感應器斷開電路，粉碎室停止工作，并以警報燈來提醒用戶。

圖7 集料盒結構

2 產品的關鍵技術分析

本文主要探討的是如何降低客戶更換粉碎機刀片的工作難度以及如何在粉碎料輸送的過程中降低粉碎料的含粉量百分比，針對以上問題做如下分析。

2.1 解決客戶更換粉碎機刀片困難的主要技術方案

根據徐永祥[5]提出的一種機外調刀器及應用該調刀器調刀處理的刀架軸，可以解決客戶機內調刀的麻煩。機外調刀器結構如圖8所示，將待調節刀片4放置入機外調刀器的內凹空間中，使得刀片的背部與機外調刀器的豎向凸邊1 緊密抵靠，然后通過旋擰刀片尾部的調節螺絲3 進行刀片尺寸的長度調節，而調刀器上的內凹空間的寬度尺寸即為刀片理想安裝尺寸，待旋擰調節螺絲吃力后即表明已將刀片尺寸調節至理想安裝尺寸，此時松開固定螺絲2取出刀片即完成調刀過程。圖9所示為機外調刀器調刀處理的刀架軸的側面剖視示意圖。刀片壓板1 與鎖緊螺絲3 將機外調刀器調刀處理后的刀片2 固定在刀架軸上，圖中所標示A為動刀片的理想安裝尺寸，B為設計切削半徑軌跡。動刀片安裝在刀架軸的繞軸旋轉動作中，動刀片所形成的軌跡即為B。機外調刀器能夠在粉碎機刀架軸外對刀片進行安裝尺寸的調整，以獲得“理想安裝尺寸”，使得不用調整刀片間隙就能獲得理想的動、定刀配合間隙，以解決機內調機的麻煩。原本更換一套刀片和調節刀片間隙至少需要2 h的時間，現只需1 h就能完成更換刀片的工作，減輕工人勞動強度，提高機器粉碎效率。

圖8 機外調刀架結構

圖9 刀架軸側面剖視圖

2.2 解決粉碎料含粉量百分比過高的主要技術方案

為解決粉碎料含粉量百分比過高的問題，根據徐永祥提出的一種風機送料粉塵分離器[6]，設計出一種可在粉碎料輸送的過程中收集粉塵的粉塵分離系統。圖10 所示為粉塵分離系統結構。將要除塵的塑料顆粒通過送料風機1隨風一起送進旋風分離器3中。由于進風口與旋風分離器外壁相切，此時被風機送入旋風分離器內的塑料顆粒在旋風分離器內是隨風一起旋轉的，在旋轉風力的作用下，塑料顆粒因重力下落，粉塵隨旋轉的風吹出粉塵排出通道4，最后落入集塵布袋5，從而達到塑料顆粒與粉塵的初次有效分離。

圖10 粉塵分離系統結構

隨著塑料顆粒下落，當塑料顆粒進入安裝在旋風分離器下方的除塵器網桶2 時，塑料內的粉塵透過網板再一次被集塵風機7 強力吸出網孔桶外，此時塑料顆粒與粉塵再一次被分離。經過兩次有效的粉塵分離，此時桶內落下的是均勻的顆粒料，粉塵完全被集塵風機吸入集塵布袋6。粉塵分離系統不僅能完成塑料顆粒的輸送，同時還能完成塑料顆粒的粉塵分離，有效地去除塑料顆粒中的粉塵，讓用戶得到清潔、干凈、均勻滿意的塑料顆粒。

圖11 除塵器網桶結構原理

3 實驗測試

測試粉碎料的含粉量百分比一般會采用稱重法[7]，通過三次元振動篩[8]將塑料顆粒與粉塵徹底分離分別稱重，可以精準地計算出粉碎料的含粉料百分比。為證實粉塵分離系統的真實有效性，曾做過實驗測試，使用控制變量法，控制粉碎回收系統有無配備粉塵分離系統，保持其他測試條件不變，使用PET 廢料（厚度為50～100 mm）測試得出數據如表1～3所示。

表1 未配備粉塵分離系統粉碎料含粉量百分比測試

測試數據對比如表3 所示。以上測試數據表明，粉碎回收系統配備粉塵分離系統后，可以大幅度降低粉碎料的含粉百分比，并直接提高生產廠家的收益。

表2 已配備粉塵分離系統粉碎料含粉量百分比測試

表3 測試數據對比

4 結束語

本文結合了刀片式粉碎機的工作原理，通過對粉碎機粉碎室設計結構與塑料粉塵基本特性的研究，針對目前結構設計還存在的缺陷，設計并制作出一種機外調刀器以及可高效除塵的粉塵分離系統，同時優化了粉碎機的結構設計。實踐證明，機外調刀器可大幅度降低更換刀片的難度，減輕用戶工作強度，提高機器的粉碎效率。通過采用稱重法進行計算分析，證明風機送料粉塵分離器可以有效地降低粉碎料的含粉量百分比，提高注塑產品的合格率，增加用戶收益。