9FQ-21型錘片式
粉碎機主要用于玉米等顆粒狀物料的粉碎加工，因其價格低廉、使用維修方便等優點在我國廣大農村丘陵山區用得較為普遍。錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數量作為錘片式粉碎機最為重要的三個主參數，研究它對噸料電耗、生產率、成品粒度等作業性能指標的影響，對于改進機器，從而對節省能源、提高生產效率、控制物料的粉碎粒度、提高飼料產出性價比具有十分現實而重要的意義。
1主參數的選定
1.1錘篩間隙
錘篩間隙是指轉子旋轉時錘片末端與篩片內表面之間距離，合適的錘篩間隙是保證較高生產率、較低能耗和適當的成品粒度的前提。通常，對于一定物料應有其最佳的錘篩間隙。國外認為錘篩間隙△f與粉碎谷粒的直徑dW的關系為：
△l=(1.5～2)d (1)
也有學者認為這一設計公式未反映粉碎機出料全部規律，忽略了篩孔直徑這一重要因素，認為錘篩間隙△l與篩孔直徑d。的關系應為：
△f=(2～5)d。 (2)
綜合以上兩個公式，對粉碎谷物類飼料，篩片孔徑d。為Ø2.0 mm時，錘篩間隙設計值一般為△L=6～10 mm。
1.2錘片末端線速度
錘片末端線速度對粉碎機生產率和能耗影響很大。線速度過低，錘片對物料顆粒的打擊力度不夠，抽吸粉料的風力也小，故生產率低，而電耗缺增加；線速度過高，粉碎機的空載功率加大，物料速度過高，排出篩孔的機會減弱，生產效率反而下降，每一種型號的粉碎機都有一個合適的速度范圍。錘片末端線速度與轉子轉速的關系為：
v=2πn1d/60*2*1000=5.23*10
-5n
1d (3)
式中：v為錘片末端線速度( m/s)；
n
1—為轉子轉速(r/min)；
d為轉子直徑( mm)；
9FQ-21型粉碎機轉子直徑為210 mm。
9FQ-21型錘片式粉碎機設計轉速一般在4500～5500 r/min，由公式(3)，相應得到錘片末端線速度的設計值v=49～60 m/s。
1.3錘片數量
粉碎機錘片數量的多少與打擊物料的機會和次數有關。錘片數量過少，會因打擊物料的次數減少而降低粉碎機產量。錘片數量過多會增加轉子質量，不僅將增大轉子啟動轉矩，還會引起粉碎機空載能耗增加，反而減少了實際用于粉碎的功率，使產量降低，能耗增加。合適的錘片數量還是保證粉碎粒度大小的前提。錘片數量跟粉碎室轉子寬度的關系通常由公式
(4)確定：
Z=K
1B/e(取整數) (4)
式中：B為粉碎室寬度(mm)； ，
E為垂片厚度(mm)；
K
1錘片配置密度系數，K
1=0.28～0.42，取小值時粉碎顆粒較粗。
試驗樣機粉碎竄寬度為150 mm，錘片厚度為3 mm，樣機轉子含四組錘片，每組錘片按3～5片設計，則樣機錘片總數量設計值Z=12～20片。
2試驗方法
2.1試驗儀器設備
本試驗主要采用儀器沒備為：DZFC-1型電能綜合分析測試儀，準確度1.0級；MA45型快速水分測定儀；HGT-1000A型容重器；TCS-75A型電子臺秤；JJ2000型電子天平，精度0.1 g；DM6234P+型轉速表；Ø1.0 mm標準分離篩；游標卡尺。
2.2試驗樣機
2.2.1樣機及篩片
本試驗所選樣機為切向進料。篩片孔徑為Ø2.0mm，孔間距為4.2 mm，有效篩理理面積的百分率為20.6%；為提高篩片的篩理效率，減少篩片上的物料堆積帶，篩片的篩孔排列方式如圖1所示；篩片的厚度為1.0mm；安裝篩片時，光滑的一面朝下，有毛刺的一面朝上。
2.2.2樣機配套動力
配套動力為Y90L-2型、標定功率為2.2 kW、標定效率為80.5%的2級單相電機。
2.3試驗原料
試驗原料為玉米，在試驗原料中隨機抽取3個玉米小樣進行分析測試，測試結果取平均值，玉米含水率為13.4%，容重為708 kg/m
3。
2.4試驗條件
2.4.1試驗電壓
試驗電壓在220 V±5%。
2.4,2試驗中電機負荷程度
性能試驗時，操作人員一邊觀察電能綜合分析測試儀顯示的負載功率的大小，一邊適時控制喂料流量的大小，以確保各次性能試驗的測試數據在相近的負荷條件下測得。按GB/T 6971-2007的要求，電機的平均負荷程度應控制在p=85%—110%。
3試驗設計
3.1正交試驗表
錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數量作為錘片式粉碎機主參數，各個參數的變化均會對試驗結果有所影響，故因素確定為：錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數量。以上因素按其設計值各取三個水平，按三因素三水平進行正交試驗，試驗按b( 34)排列，并按表1、表2所示的正交試驗表設定的條件分別進行9次試驗。
表1影響因素及水平
|
項目 |
A錘篩間隙（mm） |
B錘片末端線速度（m/s） |
C錘片數量 |
|
1 |
6 |
49 |
12 |
|
2 |
8 |
55 |
16 |
|
3 |
10 |
60 |
20 |
表2正交試驗
|
項目 |
A錘篩間隙 |
B錘片末端線速度 |
C錘片數量 |
D孔列 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
|
3 |
1 |
3 |
3 |
3 |
|
4 |
2 |
1 |
2 |
3 |
|
5 |
2 |
2 |
3 |
1 |
|
6 |
2 |
3 |
1 |
2 |
|
7 |
3 |
1 |
3 |
2 |
|
8 |
3 |
2 |
1 |
3 |
|
9 |
3 |
3 |
2 |
1 |
3.2結果評價指標
生產率，以具體時間內的產量來計算，數值高為佳。
噸料電耗，以具體產量內的電耗來計算，數小為佳。成品粒度，用Ø1.0 mm標準分離篩對取樣的成品物進行篩分，統計篩下物占取樣成品物的百分比。以數值高為佳。
由于試驗中要考核生產率、噸料電耗、成品粒度3個指標，屬多指標試驗，而且各個指標的量綱和重要程度不一致，各個因子及其水平對各指標的影響也不相同，為了尋找使各指標都盡可能好的優組合，本試驗采用綜合加權評分法。
4正交試驗結果與分析
4.1正交試驗結果
正交試驗結果如表3所示。
表3正交試驗結果
|
試驗號 |
原料質量/KG |
試驗時間（S） |
電耗（KW·h） |
生產率（KG/h） |
噸料電耗（KW·h/t） |
負載功率（KW） |
通過Ø1mm篩孔粒度（%） |
|
1 |
40 |
1115 |
0.76835 |
129.1 |
19.2 |
2.5 |
55 |
|
2 |
40 |
748 |
0.552134 |
192.5 |
13.0 |
2.5 |
65 |
|
3 |
40 |
950 |
0.65890 |
151.6 |
16.5 |
2.5 |
70 |
|
4 |
40 |
845 |
0.59329 |
170.4 |
14.8 |
2.5 |
60 |
|
5 |
40 |
718 |
0.48855 |
200.6 |
12.2 |
2.5 |
66 |
|
6 |
40 |
849 |
0.5914 |
129.6 |
14.8 |
2.5 |
62 |
|
7 |
40 |
857 |
0.61142 |
168.0 |
15.3 |
2.5 |
58 |
|
8 |
40 |
751 |
0.51953 |
191.4 |
13.0 |
2.5 |
54 |
|
9 |
40 |
630 |
0.44011 |
228.6 |
11.0 |
2.5 |
65 |
4.2綜合加權評分
4.2.1確定各項試驗指標的權分值
以W
1表示第j項試驗指標的權分值，總權為100分。對粉碎機，噸料電耗指標由于涉及到節能減排，因此排第一，生產率和成品粒度均次之，取：
生產率W
1=35，噸料電耗W
z-=40，成品粒度W
3=25。三個指標中，噸料電耗越小越好，其余大為好，故噸料電耗的權分為負值。
4.2.2確定各項試驗指標的評分值
由于各項指標的量綱均不相同，不利于綜合加權評分，因此須通過式(5)把試驗指標觀察值變換為無量綱參數。
Y’
ij=（Y
ij-Y
mj）/R (5)
式中，R
j為第J項試驗指標觀察值的極差，即為第j項指標的最大值與最小值之差；y為第i號試驗第i項指標的觀察值。
4.2.3計算綜合加權評分值yi*
同一試驗號的各項指標的權分與其無量綱參數乘積之和即為該號試驗的綜合加權評分。如第2號試驗的綜合加權評分y*2為：
依次計算1～9號試驗的綜合加權評分值，正交試驗結果得分如表4所示。
表4正交結果試驗分析
|
因子 |
試驗結果 |
|
生產率 |
噸料電耗 |
Ø1mm篩孔粒度（%） |
綜合加權給分 |
|
1 |
129.1 |
19.2 |
55 |
1.56 |
|
2 |
192.5 |
130 |
62 |
65.05 |
|
3 |
151.6 |
16.5 |
70 |
15.09 |
|
4 |
170.4 |
4.8 |
60 |
45.37 |
|
5 |
200.6 |
12.2 |
66 |
78.05 |
|
6 |
169.6 |
14.8 |
62 |
48.21 |
|
7 |
168.0 |
15.3 |
58 |
38.96 |
|
8 |
191.7 |
13.0 |
54 |
52.26 |
|
9 |
228.6 |
11.0 |
65 |
92.19 |
|
極差R1 |
99.5 |
8.2 |
16 |
|
4.3極差分析
依據正交表的綜合可比性，通過極差分析法確定試驗因子的主次、各試驗因子的優水平及試驗范同內的最優組合。極差分析如表5所示。從極差分析的結果來看，對綜合加權評分影響因子的主次依次為：B（錘片末端線速度）→C(錘片數量) →A（錘篩間隙）。即錘片末端線速度的影響最為顯著，錘片數量的影響次之，錘篩間隙的影響排最后。
表5極差分析
|
項目 |
A錘篩間隙 |
B錘片末端線速度 |
C錘片數量 |
|
綜合 |
112.7 |
85.9 |
102.0 |
|
171.6 |
195.4 |
202.3 |
|
183.4 |
186.5 |
163.1 |
|
均值 |
37.6 |
28.6 |
34.0 |
|
57.2 |
65.1 |
37.5 |
|
61.1 |
62.2 |
54.4 |
|
極差 |
23.5 |
36.5 |
33.5 |
|
因子主次 |
BCA |
BCA |
BCA |
|
較佳組合 |
B2C2A3 |
B2C2A3 |
B2C2A3 |
較佳組合為：B
2錘片末端線速度為55 m/s[按公式(3)，轉子轉速為5 000 r/min、C2錘片數量為16片、A3錘篩間隙為10mm。經驗證試驗得到生產率為244.5 kg/h，噸料電耗為10.0 kW - h/t，通過Ø1.0mm篩孔粒度為58%。生產率和噸料電耗指標比得分最高的9號試驗更優秀。
4,4方差分析
利用方差分析法分析各因子水平的變化和誤差各自對試驗指標的影響，并將它們進行比對，以判斷試驗因子及交互作用的主次與顯著性，給m所作結論的置信度，確定最優組合及其置信度區間。
從方差分析表上統計分析可知，錘片末端線速度和錘片數量在0.1的水平下對綜合評分的影響是顯著的，說明錘片末端線速度和錘片數量對生產率、噸料電耗、成品粒度三個指標均有影響。此外，錘篩間隙在0.25的水平下對綜合評分有一定影響，由于在室外試驗，可以認可，說明錘篩間隙對生產率、噸料電耗、成品粒度三個指標也有一定影響。
5結語
針對9FQ-21型錘片式粉碎機設計并開展的錘篩間隙、錘片末端線速度、錘片數量3因子3水平正交試驗研究結果表明：影響其作業性能指標的試驗因子主次順序為：錘片末端線速度、錘片數量、錘篩間隙。當錘片末端線速度為55 m/s(轉子轉速5 000 r/min)、錘片數量為16片、錘篩間隙為10 mm時，試驗得到的生產率、噸料電耗、成品粒度性能指標綜合加權評分最高。這一試驗結果可為企業對9FQ-21型錘片式粉碎機的優化設計和生產提供參考性的意見。
三門峽富通新能源銷售粉碎機、破碎機、顎式破碎機、圓錐式破碎機等機械設備。
