破碎机的性能和发展

破碎机是相对简单的机器, 由一对或多对安装在一个机架的破碎辊组成。安装在轴承上的破碎辊由电机通过皮带轮和皮带驱动进行运转。为了获得所需要破碎效果和粒度大小, 设计时一条辊可调节, 另一条辊固定在机架上。

破碎机是大豆预处理中破碎、脱皮必要的设备。正确地操作和管理破碎机可获得大小一致的颗粒和较好的壳分离效果,同时产生最少量的粉末。因为整粒大豆具有相当大的研磨性,当操作和维护这些机器时,应考虑它对辊齿的磨耗。另外,如今的大豆加工商对预处理车间的单机设备日加工能力要求较高,并寻求在有限工作空间可获最大加工量。

1.  历史概要

1940年,为了提取植物油,破碎机首先用于大豆的预处理。双对辊(二双高对辊)和三对辊(三双高对辊)机器被用于将整粒大豆破碎到期望的小粒子。轧坯机普遍装有直径20in辊子,可加工相对小的薄片,现有的浸出器设计例如立式篮筐浸出器依靠小的薄片取得适当的容积密度进而达到浸出器的加工能力。

这些最初的机器通常装有直径10in的对辊,而且大部分有简单的平轴承;巴氏合金轴承衬或青铜轴套。由于轴承材料的原因,这些早期的机器在辊子速度和荷载两方面都受到限制。普通的动力传输系统依靠平皮带将动力传输到破碎机，它限制了辊子加工率,降低了辊间差速。辊齿重新拉丝时间间隔相当长,因为处理能力(t/d)是相当有限的。对于10×24的机器,辊速度通常在200～300r/min,其处理能力为200～250t/d。

在二十世纪40年代后期和50年代,大多新的机器被设计成使用滚珠或辊柱摩擦轴承,对于特定的辊子尺寸而言,辊速、荷载得以提高,从而获得更高生产能力。在动力传输设备方面也有了改善,例如,无声链和V形带的应用使得设备荷载能力和生产能力得以提高。辊速在300～450r/min的10×42的辊,其生产能力可达350t/d。

在二十世纪60年代和70年代,许多生产厂家开始通过分离破碎大豆中的部分壳而生产高蛋白粕。这就引起大豆加工者开始较多注意由破碎机生产出来粒子的大小和分布状态。由于壳分离大部分是由吸风完成的,任何小颗粒(粉末)容易与壳一并随风吸走而造成壳中脂肪含量高,使大多榨油厂出现经济上的损失。辊子速度继续提高,而且双对辊配置成为绝大多数的加工者的标准。由于增加加工能力(t/d),对辊齿重新拉丝变得更频繁。因此设备制造者逐渐地设计出易于保养维修的破碎机。对于10×42、辊速在550～750r/min范围的辊子,其生产能力可达250～400t/d。这时期一些较大的辊开始采用,尤其是12×52的辊子。由于相对低的速度和有限的压力,这些机器的生产能力被限制在400～550t/d。

在二十世纪80年代内，Sulzer/EscherWyss公司的热脱皮系统使破碎机的速度和差速比提高。到目前为止,快速辊辊速在800～900r/min之间,而且2∶1速度比的辊是被应用于有效地剪切热的、有弹力的大豆颗粒。大豆热脱皮系统要求采用相当锐利的齿形以避免捣碎大豆,而且在许多情况下对辊齿重新拉丝的时间间隔减少到数星期左右。一个10×42辊的最大生产能力可达450t/d左右,比较长的辊(10×52)其生产能力可达550t/d。当这些机器每天增大处理能力时,其辊齿寿命(辊重新拉丝周期是数星期或数月)相应减短。

在二十世纪80年代后期和90年代初期，快速辊的技术被应用在破碎机，用于传统的预处理系统和热脱皮系统。采用现有辊子的尺寸,当辊速度较高时可获较高生产能力,而且可根据情况调整辊速,生产大小适当的豆粒而不产生不必要的粉末。由于增加生产能力,机器在需要重新拉丝之前所运转的小时数减少。较大的辊子可提高产量,辊齿重新拉丝时间间隔适中。12×52的辊处理量为750t/d,而12×72的辊处理量为1000t/d。各种尺寸轧辊在不同年代的产量见图1,图2为破碎机轧辊转速与圆周

2.  破碎机生产能力

破碎机生产能力本质上取决于辊子的大小和运转速度。预知破碎机的生产能力的一个方法是计算辊子的表面积及辊子圆周速度,破碎机产量计算公式如下:

（D×L×RPM×d×Eff×60×38×24）÷1728÷2200

D=直径，π=3.14159，L=长度，d=轧距（inch），

Eff=Roll Nip Efficiency（辊子间隙入料效率），

60min/h,38/ft3,24h/d,1728in/ ft3,2200/Mton

基于物料以缎带形式通过辊子间隙,可以测定物料体积。假定有了物料的容积密度和充填入料效率,对于特定尺寸的对辊,就可预测它的实际生产能力。破碎机轧辊尺寸与产量的关系见表1。正如大家所预期的那样,当辊子尺寸增大(长度和直径),机器的生产能力将会增加。显然,辊子长度是它的一个关键要素,但是随着长度加大,辊子直径一定随着加大以维持坚挺度。在油料破碎的实际应用中,6∶1的直径与长度比仍可达到适当的坚挺度。

辊速提高虽然可增大产量,但是辊子的磨损度和物料粉末度也会增大。在如今的实践中,破碎机辊速通常被降低30%～50%以提高辊齿的寿命。当加工厂家一个或多个破碎机,出现故障时,可通过加大通过设备的物料流率来实现整厂满负荷连续生产。如降低生产能力则可减少辊子间负荷,这样也可少产生粉末。实际的辊子圆周速度的变化范围将会在1500ft/min到3000ft/min。

3.  破碎辊齿介绍

图3中有3种辊齿齿形可被选用。它们是锯齿形(sawtooth)、圆底V形(RBVorRoundBottomVee)和B&W形。

采用粗大的辊齿可获得大小合适的豆粒,是将粉末度降到最小程度和提高辊齿寿命的最好方法。对于热脱皮系统,上部对辊需每英寸含有3～1/2个辊齿,底部对辊通常需每英寸含有5个辊齿。对冷脱皮加工,上部对辊需每英寸含有3～1/2或5个辊齿,这取决于加工的大豆品种和大小。底部对辊通常需每英寸含有5个或6个辊齿。在顶部和底部都使用一个5-5组合辊可减少备件的储存量,极大减少辊子安装错位的机会。

使用B&W齿形可获得最佳辊齿寿命,因为此类齿有深的凹槽深度和相当数量的辊齿可维系生产。锐利的齿尖非常有效、整洁地将大豆切成碎块,而且有助于壳分离。需要特别注意的是,当这些辊是被重新拉丝、辊安装和运转操作时,要确保他们齿形关系的正确(锋对锋)。因为B&W辊齿是较难机加工的,有必要与专业拉丝的单位合作,确保维持适当的辊齿齿形。

对于热脱皮系统,要求破碎机有较高的辊速差速比,通常是2∶1的速比可保证大豆切口的整洁。虽然如此,来自热脱皮系统的破碎大豆会被拉长并且它的粒子长度比在冷脱皮处理要长。当单对辊设备被简单地使用于破碎豆子成1/2瓣时,采用1.5∶1较低速比通常是可行的。

在冷加工处理中,1.5∶1辊速比对减少粉末产生来说效果最佳,同时有利于壳分离。如果破碎机得到适当的维护和操作,1.5∶1辊速比也将会提高辊齿的寿命。

破碎机快速辊的辊速对于提高机器生产能力和减少皮带的张紧都是重要的。对于各种辊子直径,快速辊辊速从750～1000r/min,产生圆周速度从2500ft/min(10in直径)到3100ft/min(12in和16in直径)的辊最能提高生产能力。较低的辊速可能由于滑料减少而提高辊齿寿命,但是会导致产品粉末度加大,因为辊间夹缝处有更高的载荷力。

4.  破碎辊的调整维护

破碎辊必须安装调整平行以达到其最高生产运行水平。通过适当调整轧辊之间的间隙，大豆 (或葵花籽, 红花籽等) 可破碎成生产加工所需要的颗粒度。当使用一对以上的破碎辊时, 每对辊所做的工作需要仔细调整分工, 以确保工作效果和磨损在两对辊之间平衡。辊间距调整不当会导致某对轧辊磨损严重, 也会损坏驱动元件。如果。例如, 在一台机器上的上对辊破碎大豆的安全间隙太近，上对辊的磨损将大大加快，同时，下对辊的磨损度会减少很多。通常的做法是一次更换四条辊子, 这将导致下对辊在正常合理的磨损之前被换掉, 也就是说下对辊在合理磨损之前的这部分寿命将被丢失。当然。在一些工厂中，辊的维护成本可以通过正确调整上对辊、下对辊之间的安全间隙来减少一半。

也许比不合理增加辊的磨损程度更加严重的是, 粒度不符合要求的破碎豆对所有后续生产过程的质量及指标影响。如果辊间距不当调整, 并通过整豆，生产出的豆粕可能含有高水平的纤维并降低蛋白质含量，这种低质量的豆粕销量将会减少，从而减少收入, 减少利润率。至少，高纤维，低蛋白的产品会导致客户的投诉和索赔, 并会损害和客户或者供应商的关系。另一方面。 如果滚间距设置得太近,破碎粒度过小产生粉末, 也会造成经济后果。脱皮系统可能吸入粉末和小颗粒。导致了豆皮含油升高。因为油和豆皮之间的价格差别大概是5倍，对工厂收入及经济的影响是相当可观的。

关于调整和维护破碎辊的最后一个考虑是工厂生产和维修周期。平均来讲，根据设备磨损及工厂实际特殊情况更换破损辊需要耗费2个人4至8个小时。不仅更频繁的辊更换导致成本的直接增加 (劳动力、维修及辊处理), 对于生产加工也会带来不可避免的损失。如此以来，实际的设备喂料速率将不得不调整加快, 以减少因更换辊导致的产量损失，其他设备生产的质量将也因此下降。