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鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 自动磨碎机以及散装流体材料对其的影响 摘要： 在不同阶段的形状、状态和运动的情况下，通过被采用的液体和散装材料（主体松软材料） ， 对 自动磨碎机 以及散装流体材料的影响所做的调查。在散装材料磨碎机应用的基础上，一种新型的循环流体状态自生磨碎机已经发展起来了，自生磨碎机的实验结果与 4R 雷德蒙工厂的实验结果通过比较，及其高精确地获得了更小的微粒。在对散装材料磨碎方面，这种新发展起来的自动研磨机的可行性是被证明成功的。 1、 介绍 粉碎 除了在大多数粉碎机的磨碎过程或是压缩机在散装材料运动中被压碎的过程，只有在很少的一些设备例如 轧辊机和挤压机粉碎时采用的材料才是固定的或可以说是比较固定的。因此，一种关于流体状态的散装材料自动磨碎机的新的构想，通过深刻领会流体材料在研磨过程中的特性而被提出来了。 2、 散装材料的流体状态 体散装材料 在机械学的分支 介质 机械学 中 ，散装材料同样被叫做主体松软材料，它是相互关联的固体微粒的集合体，在这里，每一个单独的微粒都代表着固体的特性，并且是主体松软材料的骨骼。然而，肉眼可见的方面分析，它同样代表流体和流体的一些特性。 （ a） 与流体一样， 散装材料不能保持固定的形状； （ b） 散装材料和流体都 不能承受拉力但可以承受 压力。散装材料与流体的不同是散装材料可以承受较小的正切力，而流体不能，这是由于在散装材料里存在内部摩擦（内部摩擦角）。 也就是说，如果用外部条件施加在散装材料上用以减轻或削减内部摩擦角，散装材料将被流体化。举例来说，把一些如水和胶体材料的介质加入到散装材料中或是在外部施加特殊的力（谐振力等）在散装材料上，散装材料将会被流体化。 装材料状态的影响因素 如上所述， 影响散装材料状态最主要的因素是其内部存在摩擦角。摩擦角越小，散装材料的状态越容易得到。具体说来，影响因素包括： （ a） 散装材料单独微粒体的块状程度。微 粒的块状程度越大，散装材料的状态越难得到。 （ b） 散装材料单元体的重量。单元体的重量越大，散装材料的状态越难得到。 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 （ c） 散装材料的疏松（多孔性）程度。 散装材料越疏松，散装材料的状态越容易得到。 （ d） 散装材料的潮湿程度。当湿度超过临界值时，散装材料开始流动，然而，对于某些散装材料， 在湿度反面附加的东西反过来也带来摩擦角影响因素并且导致散装材料不易流动。 （ e） 微粒的形态和表面粗糙 程度 。 内部的摩擦角与散装材料微粒的形态和粗糙程度有着密切的关系。 （ f） 对于理想状态的散装材料，实际状态的散装材料更难流动。 装材料流体状态的分类 散 装材料流体状态根据是否有承载能量的介质可分类为： （）单阶段流动。但散装材料中没有承载能量的介质，又或者是有介质， 如水和 空气， 但不能起到承载能量作的介质，这样的流动形式都被认为是单阶段流动。 （）双阶段流动。当散装材料中存在大量的能量承载介质，散装材料的微粒是悬浮的或是接近悬浮的，这样的流动形式被认为是双阶段流动。 散装材料的流动速度对于自磨来说是主要参数。根据其速度，流体的状态可分为： （ a） 最低速度 (9m/s)； （ b） 低速 (9100m/s)； （ c） 中速 (20100m/s)； （ d） 高速 (100200m/s)； （ e） 超高速 (2501000m/s)。 当流动速度在最低速度范围内时，自磨的效率是非常低的，作为自动磨碎机来说这种速度几乎不能作为参数。 低速经常被拿来作为水平圆柱磨碎机的参数。介质的速度经常被选来作为纵 向 离心磨碎机的参数，并且极细粉碎中采用高速和超高速。 3 流体磨碎机的分析 磨形式的分类 流体的自磨形式可以分为： （ a） 自磨 的 冲击。 在这种形式下，微粒互相碰撞并且减小； （ b） 自磨的分层。微粒互相撞击互相削减，发生微粒分层 、 减少的现象； （ c） 自磨的疲劳破裂。在高频率交替脉冲的重压下，材料因疲劳而导致破 裂； 疲鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 劳破裂的自磨过程，用脆性材料被研磨的方式，可以使较硬的材料被研磨。 动磨碎机的 分析 各种各样的散装材料流动形式都是由以下两种流动形式组成：直线流动和旋转流动。实际上， 独立的流动形式常出现在自磨机上，在一些情况下， 两种流动形式在离心自磨机中合成。因此， 为了研究散装自磨机，把自磨机的这两种流动形式分开来研究。而且，流动时不同的阶段和状态会带来不同的自磨形式。因此，散装材料的阶段和状态也必须考虑进去。 线流动 （ a） 单 直线流动。自磨的形式是微粒的撞击和分层。 纵向冲击自磨机的原理是：一个 高速的旋转离心圆盘产生的巨大的离心力场，带动散装材料产生高速直线喷雾，喷雾互相撞击，并且微粒停留在圆筒壁上。同时，不同大小和形态导致喷雾微粒在速度上的不同， 致使微粒撞击和分层，但是磨损和分层的程度是有限的。 （ b） 双直线流动。与流体的流动形式相似， 双 直线流动同样包括层流和乱流。在层流区域流动是稳定的，微粒的速度在同一层上是相同的，而不同层上的速度不同。不同层上的微粒产生摩擦。然而，总所周知，层流区域的速度是非常慢的， 因此层流自磨的程度是有限的。 研磨主要发生在乱流区域，因为在这个区域发生高速流动和强烈骚动。 乱流中产生强烈的微粒撞击，形成撞击粉碎。如果几条喷雾相交，交错的微粒会强烈的碰撞和冲击。速度越高，自磨得效率越高。如，气流自磨机以 固体、气体双直线流动的自磨下 工作 。 转流动 旋转流动是在如密闭管子或圆筒形容器中的产生的外力的作用下形成的。 由旋转流动产生的微粒的径向运动形成的离心力场，使微粒喷雾对管壁和容器壁产生压力，并且使微粒停留在壁上，因此导致微粒间摩擦力和剪切力。旋转流动中产生的特殊的剪切力是促成自磨的主要因素。 （ a） 单旋转流动。由于散装材料的每个微粒大小和形态的不同，导致每个微粒的状态和速度不 同。 因此，微粒间的摩擦剪切力导致的离心压力是一种交替和脉冲的压力，流动的速度越高，交替的频率和强度越高。 高频率的的交替和脉冲剪切力使微粒疲劳破裂，这种被认为是脆性疲劳自磨的疲劳破裂是自磨在旋转流动的主要形式。 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 （ b） 双旋转流动。单旋转流动的自磨形式， 明显地存在于双旋转流动中。然而，由于承载能量的介质的粘度妨碍介质的流动，自磨得形式相对较弱。 与双直线流动相似，高旋转速度的乱流导致微粒的撞击和自磨得冲击。双旋转流动在自磨中同样占据一个重要位置。 4 自磨的影响因素 如上所述的自磨机的基本分析，自磨机的影响因素可以总结 如下： （ a） 散装材料的本质结构和物理性质 有脆性、硬度、易变性、 强度、 连接、裂开和自然缺陷。这些因素对每个自磨形式都非常重要。 （ b） 流动状态。直线流动和双旋转流动适用于 脆性材料，单循环流动适用于硬性材料，原因是高频率脉冲剪切的影响使硬性材料脆性断裂。 （ c） 流动速度。无论是在直线流动状态或是在旋转流动状态，流动的速度是影响自磨效率的一个主要因素。速度越高，自磨得效率越高，获得的微粒越细。 （ d） 集中性（双流动）松散度（但流动）。 在可行性理论的基础上，集中材料的增加会加剧微粒间的撞击，因此影响自磨得效率。因此， 双循环中 集中材料 的增 加和单循环状态松散材料的减少是提高自磨效率的有效途径。 5 实际应用 图 1 机器原理略图 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1 2 3 4 5 6 7 8 空气进入筒 9 10一种旋转流动离心自磨机已经被武汉科技大学成果的研制出。机器的主要图表如图1。这种自磨机与其它纵向自磨机的明显区别是它的工作盘是圆锥形的而其它的事平的。当圆锥工作盘在高速下旋转，强烈的横 向的和纵向的离心力作用在 材料上，材料在圆筒中处于螺旋循环上升状态，材料可以在旋转流中被完全磨碎。图 2 和 3 分别是水平和轴向运动方向。 图 2 水平流动 图 3 纵向流动 这种自磨机工作效率的结果与 4R