饲料加工粉碎系统.docx
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饲料加工粉碎系统
第一节概述
粉碎是用机械的方法克服固体物料内聚力而使之破碎的一种操作。
饲料原料的粉碎是饲料加工过程中的最主要的工序之一。
它是影响饲料质量、产量、电耗和加工成本的重要因素。
粉碎机动力配备占饲料厂总功率配备的1/3左右。
微粉碎能耗所占比例更大，因此如何合理选用先进的粉碎设备、设计最佳的工艺路线、正确使用粉碎设备，对于饲料生产企业至关重要。
一、粉碎的目的与要求
饲料粉碎对饲料的可消化性和动物的生产性能有明显影响，对饲料的加工过程与产品质量也有重要影响。
适宜的粉碎粒度可显著提高饲料的转化率，减少动物粪便排泄量，提高动物的生产性能，有利于饲料的混合、调质、制粒、膨化等。
（一）粉碎目的
1、增加饲料的表面积，有利于动物的消化和吸收。
动物营养学试验证明，减少颗粒尺寸，改善了干物质、蛋白质和能量的消化和吸收，降低了料肉比。
2、
改善和提高物料的加工性能。
通过粉碎可使物料的粒度基本一致，减少混合均匀后的物料分级。
对于微量元素及一些小组分物料，只有粉碎到一定的程度，保证其有足够的粒子数，才能满足混合均匀度要求；又如对于制粒加工工艺，粉碎物料的粒度必须考虑粉碎粒度与颗粒饲料的相互作用，粉碎的粒度会影响颗粒的耐久性和水产饲料在水中的稳定性。
（二）
粉碎粒度要求
对于不同的饲养对象、不同的饲养阶段，有不同的粒度要求，而这种要求差异较大。
在饲料加工过程中，首先要满足动物对粒度的基本要求，此外再考虑其它指标。
1、
猪饲料的适宜粉碎粒度
1）仔猪饲料粉碎粒度：
各项研究结果表明，仔猪饲料中谷物原料的粉碎粒度以300～500为最佳。
其中，断奶仔猪在断奶后0～14天，以300为宜。
断奶后15天以后以500为宜。
2）育肥猪饲料的粉碎粒度：
饲料试验表明，谷物粒度减小会改善体增重和饲料转化率，但小粒度时，出现猪胃肠损伤和角质化现象。
试验表明，生长育肥猪的适宜粉碎粒度在600～500。
采用粒度小的饲料进行制粒后的饲喂育肥猪，粪内的干物质减少27%。
3）母猪饲料的粉碎粒度，适宜的粉碎粒度同样可提高母猪的采食量和营养成分的消化率，减少母猪粪便的排出量，大量试验表明母猪饲料的粉碎粒度以400～500最适宜。
2、
鸡饲料粉碎粒度要求
通过大量综合研究结果，鸡采食小粒度饲料的增重显著高于采食大粒度。
肉鸡饲料中谷物的粉碎粒度在700～900为宜。
产蛋鸡对饲料的粉碎度反应不敏感，一般控制在1000为宜。
3、
鱼虾饲料对粉碎粒度的要求
NRC（1993）的鱼类营养需要标准中推荐鱼配合饲料的粒度应小于等于0.5mm。
一般鱼用配合饲料的原料的粉碎要求全部通过40目筛（0.425mm筛孔），60目筛（0.250mm筛孔）筛上物不大于20%。
鱼饲料的对数几何平均粒径应在200以下。
我国水产标准（SC2002-94）对中国对虾配合饲料粉碎粒度要求是全部通过40目筛（0.425mm筛孔），60目筛（0.250mm筛孔）筛上物不大于20%，其粒径在200以下。
鳗鱼、甲鱼饲料要求粉碎的要求很细，一般仔鳗和稚鳖要求98%的过100目筛，平均粒径小于100；成鳗和成鳖饲料，一般控制98%的过80目筛，粒径控制在150以下。
二、粉碎粒度及其测定
（一）
粒度
物料颗粒的大小称之粒度，它是粉碎程度的代表性尺寸。
对于球形颗粒来说，其粒度即为直径。
对于非球形颗粒，则有的以面积、体积或质量为基准的各种名义粒度表示法。
在饲料行业一般采用粒度来表示物料的粒径。
（二）
粒度分布
粉碎后的固体颗粒不仅形状不一致，其大小也不一致。
一般采用在全部颗粒中粒度小于d的所有颗粒的粒数、表面积和体积，占全部颗粒的粒数、表面积和体积的百分率，分别称为粒数、表面积与体积的累积分布函数，以符号A（d）表示之。
如将累积分布函数对粒度d微分，即得频率分布函数?
（d）为：
频率分布函数也有粒数?
（N）、表面积?
（s）和体积?
（v）三种，分别表示粒度为d，粒度增量为1个单位范围为颗粒数目、表面积和体积所占的百分率。
（三）
粉碎比
物料粉碎前后的粒度比称为粉碎比或粉碎度。
它主要是指粉碎前后的粒度变化，同时近似反映出粉碎设备的作业情况。
一般粉碎设备的粉碎比为3～30，但微粉碎和超微粉碎远远超过这个范围，达到300～1000以上。
对于一定性质的物料来说，粉碎比是确定粉碎作业程度、选择设备类型和尺寸的主要根据之一。
对于大颗粒物料粉碎成细粉的粉碎操作，如要通过一次粉碎完成则粉碎比太大，设备的利用率低，故通常分成若干级，每级完成一定的粉碎比。
这时可用总粉碎比来表示，它是物料经几道粉碎后各道粉碎比的总和。
在水产饲料，特别是甲鱼、鳗鱼饲料粉碎中常采用粗饲料和微粉碎两道工艺组分来达到微粉碎的目的。
（四）
饲料粉碎粒度的测定
确定散粒体的组成，有平面筛筛分法、显微镜法和沉降法等多种方法。
在饲料行业，除对个别微小的组分因粒度极微，采用显微镜法外，通常采用筛分法。
1、
配合饲料粉碎粒度测定法
据GB5917-86《配合饲料粉碎粒度测定法》，本法适用于标准编织筛测定配合饲料成品粉碎粒度。
使用的仪器包括7层（含底筛一个）标准编织筛，由上至下依序是：
4、6、8、12、16目和底筛；统一型号的电动机、摇筛机和感量为0.01克的天平各一台。
测定时，从原始样品中称取试样100克，放入规定筛层的标准编织筛内，开动电动机连续筛理10分钟。
筛完后，将各层筛上物分别称重，计算。
该层筛上物留存重量
该层筛上物留存百分率（%）=
试样重量
应注意过筛的损失不得超过1%。
双试验允许误差不超过1%，双试验两次检验结果得平均数既为检测结果，检验结果计算到小数点后第一位。
2、
算术平均粒径法
又称四层筛法。
用10、18、40目和底筛（盲筛）的标准编织筛组成的筛箱，取样100g，用感量为0.01g的天平称重。
在振动机上振动筛理10min。
按下式计算：
mm
式中：
a0、a1、a2、a3—由底筛上数各层筛子的孔径（mm）（当采用国际标准时，10、16、40目的筛孔尺寸分别为2.0、1.0和0.425mm）；
a4—假想的10目筛上物能全部通过的孔径（mm），a4=4mm（5目筛）;
p0、p1、p2、p3—由底筛向上数各筛子的筛上物重（g）
3、饲料粗细度的筛分测定表示方法
该法称为对数正态概率纸表示法，也称为十五层筛法。
我国的国标《饲料粉碎试验方法》（GB6971-86）粉碎产品粒度测定采用此法，它与美国农业工程协会制定的ASAES319标准《用筛分法测定和表示饲料粒度得方法》几乎相同。
该法采用普通振动筛驱动，套筛是直径8英寸（204min）的钢丝标准筛。
十五层筛的筛号依次为4、6、8、12、20、30、40、50、70、100、140、200、270和底筛。
筛分时，取试样100g，放在最上层筛子的筛面上，后开动振筛机，先筛分10min，以后每隔5min检查称重一次，直到最小筛孔的筛上物重量稳定为止（前后称重的变化为试样重量得0.2%以下），即认为筛理完成。
十五层筛法的概率统计理论基础，是假设被测粉体的重量分布是对数正态分布，粒度大小以重量几何平均直径dgw表示，粒度分布状况以质量几何标准差Sgw表示。
式中：
di—第i层筛几何尺寸（μm）
di+1—比i层筛大一号的筛孔尺寸（μm）
i—第i层筛上物得几何平均直径（μm），
（μm）
wi—第i层筛上物重（g）
通过270目筛的物料（底筛的筛上物）几何平均直径可按44μm计算。
因为是对数正态分布，以质量几何平均直径i为横坐标、以累计质量的百分率∑Pi为纵坐标，可在对数概率坐标纸上得到一根直线,图2-1是用孔径为3.17mm筛板的锤片式粉碎机粉碎高粱得样品，得到的粒度对数正态分布图。
三、粉碎方法和粉碎理论
（一）粉碎方法
在饲料加工过程中，对于谷物和饼粕等饲料，常用击碎、磨碎、压碎与劈碎的方式将其粉碎
a.击碎粉碎——物料在瞬间受到外来的冲击而粉碎，它对于粉碎脆性物料最为有利，因其适应性广、生产率高，在饲料厂广泛被应用。
b.磨碎——物料与运动的表面之间受一定的压力和剪切力作用，当剪应力达到物料的剪切强度极限时物料被破碎。
c.压碎——物料置于两个粉碎面之间，施加压力后粉料因压应力达到其抗压强度极限而被粉碎，所以粉碎效果较好。
d.e锯切碎——用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时，物料沿压力作用线的方向劈裂，当劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限时物料破碎。
（二）物料的力学性质
物料的力学性质与所要选择的粉碎方式有很大的关系。
根据物料应变与应力的关系，以及极限应力的不同，其力学性质包括以下5种：
a.强度——物料的强度是指其对外力的抵抗能力。
通常以材料破坏时单位面积上所受的力即或Pa来表示，按受力破坏的方式不同，可分为压缩强度、拉伸强度、扭曲强度、弯曲强度和剪切强度等。
b.硬度——硬度表示物料抵抗其它物料刻划或压入其表面的能力，也可理解为在固体表面产生局部变形所需的能量。
c.脆性——脆性是与塑性相反的一种性质，从变形方面看，脆性材料受力破坏时直到断裂前只出现极小的弹性变形，而不出现塑性变形，因此其极限强度一般不超过弹性极限。
d.韧性——材料的韧性是指在外力的作用下，塑性变形过程中吸收能量的能力。
吸收能量越大，韧性越好，反之亦然。
e.易磨（碎）性——仅用强度和硬度还不足以全面精确地表示材料粉碎的难易程度，因为粉碎过程除决定于材料物理性能外，还受物料粒度、粒形、粉碎方法等诸多因素的影响。
所谓易碎性即在一定粉碎条件下将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需要的功耗比。
对一种具体的物料来说，上述5种力学特性之间有内在的联系，导致物料综合性质的复杂化，这些对于粉碎时所需要的变形力均有影响。
总的来说，凡是强度越强、硬度越小，脆性越小而韧性越大的物料，其所需要的变形能就越多。
选择粉碎方法的重要依据是被粉碎物料的物理性质。
其中，被粉碎物料的强度和破裂性是两个主要指标，对于坚而不韧的物料，撞击和挤压较有效；对于韧性物料以剪切较好，对脆性物料以撞击破碎为宜。
在饲料加工中，谷物原料的粉碎一般用锤片式粉碎机，以撞击粉碎作用为主，含纤维多的如砻糠等原料则以剪切和磨碎为主。
总之，根据物料的物理和机械特性，正确选择粉碎方法，对提高粉碎效能，节约能耗具有重要意义。
（三）粉碎模型
Rosin-Rammler等认为：
粉碎产物的粒度分布具有二成分性，即合格的细粉和不合格的粗粉。
根据这种双成分析，可以推论，颗粒的破坏与粉碎并非由一种破坏形成所致，而是由二种或二种以上破坏作用所共同构成的。
a.体积粉碎模型——整个颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。
随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粉成分，撞击粉碎和挤压粉碎于此模型较为接近。
b.表面粉碎模型——在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面产生破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。
这种情形是典型的磨碎和研磨粉碎方式。
a.均一粉碎模型——施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉。
均一粉碎模型仅符合结构极其不紧密的颗粒粉碎。
实际粉碎过程往往是前几工种粉碎模型的综合，前者构成过度成分，后者形成稳定成分。
体积粉碎与表面积粉碎所得的粉碎产物的粒度分布有所不同，体积粉碎后的粒度较窄较集中，但细颗粒比例较小，表面粉碎后细粉粒较多，但粒度分布范围较宽，即粗颗粒也较多。
第二节
粉碎设备
一、粉碎设备的分类
按粉碎机械的结构特征可将粉碎设备分为五类，
锤片式粉碎机：
该机利用高速、旋转的锤片撞击作用使物料破碎。
其结构简单、操作方便、价格便宜、适应性广，除水分较高饲料外，几乎可粉碎所有饲料。
如淀粉含量较高的谷物，含油较高的饼粕，含纤维较高的果壳、秸秆等。
目前国内、外饲料厂普遍采用该种机型。
爪式粉碎机：
主要利用撞击和剪切作用，撞击部件与设备固定，撞击作用强烈，适合粉碎脆性硬质物料。
盘式粉碎机（盘磨）：
利用磨擦与切削作用粉碎饲料。
盘式粉碎机的工作面有圆盘形式或圆锥形，可以一盘固定、一盘转动，或以两盘相向转动。
该机适用于粉碎干燥而不含油的饲料，可得较细的成品。
辊式粉碎机：
常用两个表面带有横向斜齿的同径磨辊，因相向或不同速转动而产生的剪切、挤压作用将物料粉碎，适合粉碎谷物饲料，不适于粉碎含油或含水分大于18%的物料。
破饼机：
将大块油饼破碎成小块，以后经粉碎机细碎。
破饼机有锤片式及对辊式两种。
锤片式机械结构简单，但噪声大，辊式的机械结构复杂。
按产品粒度来分：
粉碎机可分为粗碎机、中碎机、微粉碎机和超微粉碎机。
在饲料生产企业，一般选用中碎的锤片式粉碎机做为主要粉碎机械。
二、锤片式粉碎机
（一）锤片式粉碎机的种类
按粉碎机的进料方向，锤片式粉碎机有径向（顶部）进料式、切向进料式和轴向进料式三种。
按筛板的形式分类有：
有筛式、无筛式。
按粉碎室的形状分类有：
环形粉碎室和水滴形粉碎室粉碎机。
在饲料厂中应用最为广泛的是顶部进料的锤片式粉碎机。
二）一般构造和工作过程
1、一般构造
锤片式粉碎机一般由供料装置、机体、转子、齿板、筛片（板）、排料装置以及控制系统等部分组成。
a.进料口
进料口的作用是使物料能均衡地进入粉碎机。
按进料方向可分为切向、径向和轴向进料式。
切向进料式锤片式粉碎机多用半圆形底筛，通常小型粉碎机中采用较多。
轴向进料可在最大范围内安装筛板，有利于及时地排出粉碎的细物料。
径向进料式锤片粉碎机，适合于加工谷物、饼粕或其它颗粒不很大的原料以及产量较大的粉碎机。
进料挡板可以调节进料方向，转子可作正反向旋转，这样，锤片一个角磨损后，将转子反转不必调换锤片，就可以用锤片的另一个边角锤击物料，减少更换锤片的次数。
b.转子
转子是锤片粉碎机的主要工作部件，包括锤片、销轴、锤片架及中心轴等等。
锤片通过销轴连接在锤片架上，锤片架由主轴带动高速旋转，进而使锤片获得很高的线速度，在锤片的高速撞击下物料被粉碎。
c.筛片
筛片包在转子外面，所包围的空间称为粉碎室，物料在粉碎室内被锤片击碎后，细的粒子通过筛孔排出，故筛片主要起着控制粉碎粒度的作用。
同时筛片在粉碎期间也对物料起搓擦、剪切作用。
筛片所包围的粉碎室部分所对应的圆心角，称为包角，包角是筛片的主要参数之一。
筛片属易损部件。
d.机体
粉碎机的机体的作用主要是支撑固定工作部件、保证物料顺利进入粉碎室，在机体的内腔装有筛片，同时将被粉碎且能穿过筛孔的物料收集，使之从下部排料口顺利排出。
2、工作过程
粉碎机的工作机理比较复杂，也有许多研究。
现仅介绍大家公认的顶部进料式锤片式粉碎机的工作机理。
原料由粉碎机顶部靠重力自流进料方式落入粉碎机进料口，下落速度约1.64～3.28m/s，原料在转子的上方受到锤片的第一次打击，在初始破碎区，由于原料与锤片端部的速度差异极大，物料流的大部分被粉碎或破裂。
这个区域也是粉碎室内唯一的物料流与筛面呈几何垂直、可利用筛孔整个直径的筛分能力的区域。
随后，颗粒物料流被锤片加速形成沿着筛片内表面运动的环流层，环流层的速度略低于锤片末端的速度。
愈贴近筛面的料层速度越低，而靠近锤片末端的料层速度则较高。
此区域较窄并被称为加速区。
被粉碎了的物料欲通过筛孔排出，其速度应达到一个与筛面垂直的排出速度。
贴近筛面的粉碎物料受到筛面的磨擦作用而降低其环流速度，并受到与筛面垂直的离心力、压力和气流作用，使其能排出筛外。
但从根本上说，环流层沿筛面的运动速度很高，使受离心力作用影响大的大颗粒贴近筛面，而细颗粒不能及时排出，造成锤片的磨损、料温升高以及过度粉碎。
（三）主要工作部件
1、锤片
锤片是锤片式粉碎机最主要的，也是最易损耗的工作部件，锤片借助销轴连结在锤架板上。
其形状尺寸、工作密度与排列方式、材料材质与制造工艺等，对粉碎效率和工作质量均有较大的影响。
锤片的形状很多，其中矩形锤片因其通用性好、形状简单、易制造和节约原料而应用最广。
它有两个销孔，
其中一销孔连在销轴上，可轮换使用四个角来工作。
在角边堆焊碳化钨或特殊的耐磨合金，可以延长使用寿命2～3倍，但制造成本较高。
阶梯形锤片耐磨性能差，多角形锤片与尖角形锤片相似，它们具有粉碎效果好、使用寿命长的优点，但制造复杂、生产成本高。
我国的锤片式粉碎机的锤片已标准化，1986年由中国农机院拟定的机械工业部部标三种规格，都是矩形双孔锤片，其中I型用于小型粉碎机，锤片的材料与热处理工艺的选择很重要。
目前我国常见的有低碳钢固体渗碳淬火、中碳钢热处理、特种铸铁和在锤片工作棱角堆焊耐磨合金等多种方式。
不论何种方法都应在保证耐磨耐用的同时，保证锤片耐受冲击、生产安全。
当采用45号、65号！
、65Mn、60SiMn等优质钢做锤片的材料时，热处理后淬火区硬度为HRC50～57，非淬火区硬度不超过HRC28。
一般使用60～100小时后锤片应换角使用。
为延长锤片寿命，最常见的方法是堆焊碳化钨合金，焊层厚1～3mm。
其使用寿命比65Mn整体淬火锤片的使用寿命提高了7～8倍，但成本高出2倍。
堆焊碳化钨锤片的缺点是对焊接工艺和转子平衡的要求较高。
锤片安装在转子销轴上的位置，称做排列方式。
它关系到转子平衡、物料在粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度。
对锤片排列的要求：
锤片的运动轨迹不重复、沿粉碎室宽度锤片运动均匀、物料不被推向一侧、有利于转子的平衡。
常用的锤片排列方式有4种。
1〕螺旋线排列：
有单螺旋线与双螺旋线两种。
排列方式简单、轨迹均匀而不重复。
缺点是作业时物料将顺螺旋线的一侧推移，使此侧锤片磨损加剧，粉碎室沿宽度（轴向）方向负荷不均匀。
销轴I和III（或II或IV）上离心力的合力R1和R3（或R2和R4）的作用线相距e>0，两力不能平衡，当转子旋转时，出现不平衡力矩，使机器产生震动。
故应用渐少。
2〕对称排列：
即对称轴I和III、II和IV上的锤片对称安装。
对称排列的锤片运动轨迹重复，在相同轨迹密度下，需用较多锤片。
优点是对称销轴的离心力合力作用线重合e=0且大小相等，因此可以相互平衡，故转子运行平稳，物料也无侧移现象，锤片磨损比较均匀，故应用最广。
3〕交错平衡排列：
有单片与双片两种，双片交错排列。
锤片轨迹均匀而不重复，对称轴上离心力、合力可相互平衡，转子运转平衡。
缺点是作业时物料略有推移，销轴间隔套规格较多,在更换锤片时较繁杂。
4〕对称交错排列：
轨迹均匀而不重复，锤片排列左右对称，四根销轴的离心合力作用在同一平面上，对称轴相互平衡，故平衡性好，也是应用较广的一种锤片排列方式。
锤片粉碎机更换锤片，必须按说明书或完全恢复锤片排列方式进行重新安装，以免破坏转子平衡。
2、筛片
筛片是锤片式粉碎机主要的工作部件和易损件之一。
其对粉碎效率和粉碎质量有较大影响。
锤片式粉碎机上所用的筛片有圆柱形孔筛、圆锥形孔筛和鱼鳞孔筛三种。
由于圆柱形孔筛结构简单、制造方便，应用最广。
圆柱形孔筛又有冲孔筛和钻孔筛两种。
因冲孔筛的开孔率高于钻孔筛，所以冲孔筛的粉碎效率优于后者。
筛片安装在粉碎机转子外围，根据不同的进料形式筛片形成不同的包角。
轴向进料的粉碎机一般形成环筛筛片有360o包角，切向进料粉碎机筛片包角为180o，也称半筛。
径向进料（顶部进料）粉碎机，筛片包角为300o，有时也制成水滴形。
因顶部进料或切向进料，物料随气流直接进入锤片最大线速度区内，所以粉碎效果较好。
3、齿板
齿板的作用是加强对物料的碰撞、搓擦作用，同时可以阻滞粉碎室内物料环流层的运动并降低其速度。
对于纤维多、韧性大、水分高的物料作用较明显。
齿板由铸铁制造，表面激冷成白口，增强耐磨性能。
齿板通常安装在进料口的两侧，
三、粉碎机负荷自动控制
粉碎是饲料加工的重要环节。
过去，饲料厂对粉碎机负荷控制大多采用手动开环控制。
由于粉碎机的工作负荷（电流）往往受到物料、吸风、电控等诸多因素的变化而偏离设定值。
所以，专职操作员需做经常性调整。
粉碎机自动控制，其手段就是通过控制器调节粉碎机的进料流量来修正偏离了设定值的值。
其目的是保证粉碎过程基本质量指标的前提下，使粉碎机在满负荷（额定电流）工况下高效运行。
粉碎机通常是饲料厂电耗最大的设备之一。
消耗每度电所得到的粉碎产量愈高，则粉碎机效能也愈高。
但是，粉碎机负荷也不能经常超过其额定负荷10%状态下运行，否则将造成跳闸停机，甚至造成机电设备损坏。
因此，要保持粉碎机高效、稳定和安全状态下工作，对粉碎机负荷进行自动控制以及对其工况进行监控是必须的。
（一）
粉碎机自控特点与功能要求
1、
恒值控制：
对于粉碎机负荷控制是一种典型的恒值控制系统。
对于不同品种的物料，人工设定不同的粉碎机核定负荷。
当设定电流（输入量）恒定时，通过控制器调节，粉碎机负荷（输出量）将与设定电流保持一致。
2、
纯滞后环节：
所谓纯滞后，通俗一点讲，就是当粉碎机给料流量发生变化时，粉碎机工作电流需要滞后一些时间后才会发生相应变化。
根据粉碎机设备的固有特点以及选用执行机构的不同，纯滞后时间也有所不同，从自动控制角度看，纯滞后时间愈短，控制的响应速度则愈快，系统的控制对象则愈稳定。
3、
主要参数及功能
（1）
控制范围0～100%FS（任意设定）。
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