一种多功能挤切机及其应用的制作方法

本发明涉及粉磨、破碎和剥壳设备技术领域，更具体的说是涉及一种多功能挤切机及其应用。

背景技术：

粉体工程学把粉碎设备分成破碎设备和粉磨设备两大类。破碎设备的产成品粒径1mm以上。粉磨设备的产成品粒径1mm以下。剥壳设备是一种特殊的破碎设备。剥壳设备的功能是把来料(通常是植物果实)的坚硬外壳剥开，同时大多要求不伤及或少伤及种仁或果仁。

粉体工程学归纳出的粉碎方式有挤压粉碎、冲击粉碎、摩擦剪切粉碎和劈裂粉碎四种。2015年前所有技术资料都没有关于挤切粉碎的记载，国内外市场也没有挤切粉碎机。

中国发明专利号为201510793292.3，专利名称为高速挤切粉碎机的专利(为本申请发明人的专利)，公布了一种具有挤切粉碎功能的设备。该专利权利要求1要求保护的主要技术特征是外表面呈v字型的耐磨构件。该耐磨构件前部两个交汇的光滑平面只有将物料引导汇聚到柱销两侧的功能，没有挤切粉碎功能。此技术方案不仅导致设备粉碎功能和效果打折扣，而且把该设备的应用范围局限在将2mm～6mm粒径的物料颗粒粉碎成粉状的范围内。该机即无力把6mm～50mm以大颗粒物料粉磨或破碎，更没有剥皮剥壳功能。

按工作原理发明人把《粉体工程与设备》一书记载的十种粉磨机械分成碾压粉磨设备(轮碾机、辊式磨机、莱歇磨、立式磨、雷蒙磨)，冲击粉磨设备(笼式粉碎机和高速冲击磨)和介质冲击粉磨设备(球磨机、振动磨和搅拌磨)三大类。碾压粉磨设备主要靠碾压力粉磨物料。因碾压作用力巨大，粉碎作业时间长(一般以秒计)，所以设备和被粉磨物料温升高，粉磨效率较低。冲击粉磨设备靠高速运动的锤、棒和片等构件冲击筒体内的物料达到粉磨物料目的。冲击粉磨的机理是转子构件的传递给物料颗粒的动能超过物料颗粒的结合能即导致物料颗粒破碎。因物料颗粒承受冲击力时是可以自由移动的，所以设备构件的动能有相当大的一部分要消耗在推动物料颗粒运动上。设备结构决定转子旋转一圈转子构件能接触到的物料只占筒体内物料的十几至几十分之一，而且除转子构件正面冲击的物料可能被粉碎外，其它绝大部分接触的物料颗粒都不可能被粉碎，因此，转子动能绝大部分用来做无用功了。除推动物料运动外，无用功还显现在物料和设备的温升上。转子构件数十上百次冲击才能粉碎物料，由此造成的能耗通常是设备高耗低效的主要因缘。介质冲击粉碎设备是筒体或转子转动带动介质运动，靠介质冲击、研磨物料达到粉碎物料目的。以球磨机为代表的介质冲击粉碎设备是现有技术资料公认的低效(有效动能利用率2％左右)粉磨设备。导致球磨机低效的原因除了前面所述外，电机带动装载数十吨介质的上百至几百吨磨机运转耗费大量电能是另一重要原因。综上所述，由于设备结构和工作原理先天不足，现有所有粉磨机械都普遍存在体积庞大，结构复杂，占地面积大，成本价格高，效率低下和电耗高等重大缺欠。

《粉体工程与设备》一书记载的破碎机械有：颚式破碎机，圆锥破碎机，辊式破碎机，锤式破碎机和反击式破碎机五种。其中颚式破碎机和圆锥破碎机大多用于本发明无法加工的大块物料,而辊式破碎机与粉磨机械中的辊式磨机是同一种机械，只不过后者的磨辊轧距比前者明显大；而锤式破碎机也是与粉磨机械中的高速冲击磨结构和工作原理完全相同的同一种机械，只不过后者配筛网的孔径比前者明显大。据此分析，现有破碎机械的缺欠应与对应的粉磨机械完全相同。

目前国内外剥壳的基本方法有搓擦、撞击、轧辊挤压和刀板剪切四种。现有的圆盘剥壳机、离心剥壳机、轧辊破碎机和刀板剥壳机等设备基本上能满足花生、葵花籽、蓖麻子、棉籽等的剥壳需求。但现在市场上基本没有能有效剥除皮壳坚硬，形状和粒径差异大山核桃和山茶籽的皮壳的机械。许多榨油厂还不得不把内壳和果仁一起破碎后榨油。此无奈之举导致出油率低，经济效益低下和宝贵资源浪费等重大弊端发生和并长期存在。

因此，如何提供一种能够应用于磨粉、造粒和剥壳的多功能挤切机是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种多功能挤切机及其应用，能高效低耗把粒径小于50mm除橡胶、软塑料等韧性和塑性很高的物料外的几乎所有固体物料一次加工成粉状物料；能高效低耗把玉米、秸秆、贝壳、动物骨头等物料破碎成1～3mm的颗粒状物料；能高效低耗把核桃、山茶籽、杏仁、桃仁等植物果实的皮壳剥除的多功能挤切机。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能挤切机，包括电机、机壳、转子部件、定子部件兼盖板和机座，所述机壳固定在电机法兰盘上，所述电机固定在机座上；

所述转子部件包括轮毂、固定在轮毂上的转子盘和转子柱销，其中所述转子柱销以所述转子盘的轴线为中心，沿圆周方向均匀分布安装或焊接在所述转子盘上1-3圈且每圈设置有若干个；所述转子盘位于所述机壳内并通过所述轮毂固定在所述电机的旋转轴上；

所述定子部件兼盖板包括定子盘和定子柱销，其中所述定子柱销以所述定子盘的轴线为中心沿圆周方向均匀分布安装或焊接在所述定子盘上1～3圈且每圈设置若干个；所述定子部件兼盖板中心位置设置进料口，所述定子部件兼盖板固定在所述机壳面部；

所述转子柱销和定子柱销结构相同，均包括横截面为正方形的四棱柱形柱销钢坯，柱销钢坯上设有与所述转子盘或所述定子盘连接的螺杆或光杆；四棱柱形柱销钢坯上两个直接接触物料的表面焊接或粘接耐磨构件；

所述耐磨构件的内侧水平表面和垂直表面为光滑平面，所述耐磨构件外侧上表面由若干个台阶齿组成，下表面由一个直角台和一个光滑倾斜平面组成，下表面的倾斜光滑平面与上表面最低台阶面汇合呈尖顶状，汇合处是圆弧面过渡；所述定子部件兼盖板上安装的所述定子柱销的台阶齿表面面向内侧，所述转子部件上安装的所述转子柱销的台阶齿表面面向外侧，且所述转子柱销的台阶齿尖顶与所述定子柱销台阶齿尖顶相对设置。

优选的，在上述一种多功能挤切机中，在所述耐磨构件外侧上表面在穿过柱销钢坯轴线的垂直截面内投影面积是下表面投影面积的三倍以上。

优选的，在上述一种多功能挤切机中，所述耐磨构件外侧上表面的台阶齿数量为4-12个。

优选的，在上述一种多功能挤切机中，所述耐磨构件用硬质合金或特种陶瓷类超硬耐磨材料制造而成。

一种多功能挤切机在磨粉设备上的应用，转子柱销和定子柱销之间间隙为l，所述l值为0.2～1.5mm之间；转子柱销的线速度v值在50m/s～150m/s之间。

一种多功能挤切机在破碎设备上的应用，所述转子柱销和定子柱销之间间隙l值与设计要求的产品粒径值相同；转子柱销的线速度v值在5m/s～30m/s之间。

一种多功能挤切机在剥壳设备上的应用，所述转子柱销和定子柱销之间间隙l值与被加工的植物最大果仁粒径值等同；转子柱销的线速度v值在2m/s～10m/s之间。

本发明的工作原理是转子柱销和定子柱销钳持住物料颗粒并对其施加挤压剪切作用力迫使物料颗粒破碎。本发明所述技术特征保证本发明的结构和工作原理与现有技术相比具有如下优势：

1.如图5所示，本发明转子柱销和定子柱销施加在物料颗粒上的力是标准的挤压力和剪切力。高速挤切粉碎机和本发明开拓了一种前所未有的高效粉碎方式—挤切粉碎方式。

2.根据动力学公式可计算出用于粉磨的本发明的每一个转子柱销都具有高达数万至十几万焦耳的动能(整个转子的动能就是每个转子柱销的动能，这是设备结构决定的)。转子柱销拥有远超物料颗粒结合能的动能使本发明拥有无坚不摧的粉碎功能。

3.若把一个转子柱销从靠近到离开任意一个定子柱销的过程当作柱销的一次挤切粉碎作业(以下简称柱销粉碎)的话，可计算出用于粉磨的本发明一次柱销粉碎作业耗用的时间只有数十微秒。显然，作业时间短是本发明高效的重要保障。

4.如图5所示，耐磨构件上表面全部为台阶齿的结构特征保障柱销最前端的台阶齿就能在钳持住物料颗粒后将其粉碎。因此，用于粉磨设备的本发明能加工物料的粒径可比高速挤切粉碎机扩大近十倍，同时磨粉效率和效果大幅度提高。此外，通过适当增大转子柱销与定子柱销之间间隙值和大幅度降低转子柱销线速度的方法，可设计生产能控制产成品粒径和具有剥壳功能的挤切机。

5.如果按剪切破碎的结果是一分为二或四分析，如图5所示转子柱销和定子柱销最前端台阶齿钳持并破碎大颗粒物料后的状态应先后如图6和图7所示。转子柱销沿圆周方向运动逐渐进一步靠近定子柱销时，转子柱销耐磨构件上每一个台阶齿从靠近到离开定子柱销耐磨构件每一个台阶的过程都是一次挤切粉碎作业(以下把每对台阶齿汇合称一次挤切粉碎)。根据前面第二和第三条分析，每一次挤切粉碎都肯定有上佳的粉碎效果。假定按一个耐磨构件有6个台阶齿推算，一次柱销粉碎就包含36次挤切粉碎。又按一台挤切机采用100个转子柱销和150个定子柱销推算，转子旋转一周可形成1.5万次柱销粉碎。这些柱销粉碎包含54万次挤切粉碎。若按挤切机转子转速2900r/min推算，本发明运转时，一分钟形成4350万次柱销粉碎。这些柱销粉碎包含1.566亿次挤切粉碎。显然，耐磨构件的形状和本发明结构特征决定本发明运转一分钟即可形成上亿计挤切粉碎！显然，这是本发明拥有巨高效节能大优势的又一重要保障。

6.设计耐磨构件外侧上表面在穿过柱销钢坯轴线的垂直截面内投影的面积是下表面投影面积的三倍以上。使上表面引导聚集物料颗粒的能力比高速挤切粉碎机高出1/4，即把入机物料颗粒被挤切粉碎的几率提高1/4。这也是本发明高效的一项重要保障。

7.根据只安装两圈转子柱销和定子柱销的本发明样机试验显示，一次加工的粉碎比接近100分析，根据上述第5条所述一次挤切粉碎的粉碎比肯定远大于前面假设的一分为二或四。又根据两圈柱销决定进入机壳的每个物料颗粒都只有经两次柱销粉碎的机会，再根据假定一次挤切粉碎的粉碎比达到6分析，一个物料颗粒在一次柱销粉碎中也只有两次被挤切粉碎的机会。按上述分析推算，本发明每次挤切粉碎的粉碎比应在20上下。显然，如此高的粉碎比是现有粉体工程相关理论都根本无法解释的。此项特征不止是本发明高效优势的一大保障，而且证明挤切粉碎很可能是一项意义重大的原理性创新。

8.本发明耐磨构件用硬质合金或特种陶瓷类超硬耐磨材料制造保证本发明的使用寿命比现有同类设备长3～5倍。

根据本发明工作原理的上述优势，可分析推断出本发明的应用优势是：

一、仅根据所有固体材料抗剪切强度都不到抗压强度的一半分析推断，本发明粉碎等量物料的电耗至少比现有所有粉碎设备都至少节能30％。

二、根据本发明转子柱销拥有的巨大动能使本发明拥有无坚不摧的粉碎功能分析推断，本发明的适用范围远比所有现有粉碎设备广。理论上它能高效低耗把粒径小于50mm除橡胶、软塑料等韧性和塑性很高的物料外的几乎所有固体物料颗粒一次加工成粉状物料。

三、根据本发明的结构特征和工作原理与现有粉碎设备对比分析，本发明拥有可替代现有大部分粉磨和破碎设备的潜力。同时具有结构简单、价格低廉、占地面积小和安装维修方便等优势。

四、根据前面论述本发明工作原理的优势分析推断，本发明替代任何种类的现有粉磨设备，都有肯定有高效和节能的巨大优势。

五、本发明唯一易损件是柱销钢坯。柱销钢坯与物料直接接触的两个表面用硬质合金制造的耐磨构件保护起来，保证本发明的使用寿命比现有粉碎机械长3～8倍，同时设备使用功能基本不降。

六、根据本发明结构和工作原理分析，并经样机试验验证证明，转子柱销与定子柱销之间间隙等于设计产成品粒径值，转子柱销的线速度v值在5m/s～30m/s之间，且转子柱销和定子柱销的圈数只有1～2圈的本发明具有良好的破碎功能。样机试验检测数据显示：与现有破碎设备相比，本发明具有高效、节能和产出细粉状物料少等显著优势。

七、鉴于用现有剥壳设备给粒径大小和形状差异都很大的山茶籽剥壳，一次加工剥壳率不到40％，而山茶仁的破碎率却超10％和山核桃的外壳很坚固，至今未见能剥山核桃壳的设备及现在我国山茶籽和山核桃榨油企业大多是带壳破碎后榨油的现状，本发明设计转子柱销与定子柱销之间间隙与被加工植物种仁最大粒径大体等值，转子柱销的线速度在2m/s～10m/s之间。且转子柱销和定子柱销只有1圈的挤切剥壳机。

该机的突出特征是一个转子柱销和一个定子柱销把一两个植物果实夹在两者之间，施加巨大的挤切力，迫使皮壳破碎。根据本发明结构和工作原理的分析论证，本发明能給山茶籽和山核桃剥壳毫无疑义。样机试验检测数据显示，山茶籽一次加工剥壳率达95％以上的同时能保证果仁的破碎率在5％以下。显然，剥壳功能优越的本发明必定能大幅度提高山茶籽和山核桃等榨油行业的出油率和综合经济效益，并大幅减少宝贵资源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是转子柱销或定子柱销构造示意图的主视图；

图3是转子柱销或定子柱销构造示意图的俯视图；

图4是转子柱销和定子柱销的相对位置示意图；

图5是挤切粉碎方式作用力示意图一次柱销粉碎作业的开端；

图6是挤切粉碎方式作用力示意图一次柱销粉碎作业的中间阶段；

图7是挤切粉碎方式作用力示意图一次柱销粉碎作业的末尾；

图中：1.机壳；2.定子盘；5.定子柱销；6.进料口；8.转子柱销；9.转子盘；10.轴冒；11.轮毂；12.电机；15.机座；16.出料口；22耐磨构件；23柱销钢坯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所述多功能挤切机包括电机12、机壳1、机座15、转子部件和定子部件兼盖板。其中机壳1是一个周边有高边的圆盘状壳体，机壳1下方设有一个长方形出料口16，机壳1的左端面与电机12固定连接，机壳1的右端面的圆环形法兰与定子部件相连，电机12固定在机座15上，转子部件通过轮毂11，并用轴冒10和螺栓固定在电机12的轴上。

转子部件包括轮毂11、固定在轮毂11上的转子盘9和安装在转子盘9上的1～3圈每圈数十个转子柱销8，转子柱销8以转子盘9的轴线为中心沿圆周方向均匀分布。

定子部件兼盖板包括定子盘2和安装在定子盘2上1～3圈每圈数十个定子柱销5，定子柱销5以定子盘2的轴线为中心沿圆周方向均布，定子部件中心位置设置进料口6。定子盘2兼做盖板。

如图2、图3所示，本发明中转子柱销8和定子柱销5结构相同，均包括横截面为正方形的四棱柱形柱销钢坯23和焊接或粘接在柱销钢坯23上的耐磨构件22。耐磨构件22由硬质合金或特种陶瓷类超硬耐磨材料制造而成。柱销钢坯23上设有与转子盘9或定子盘3相连的螺杆或光杆。耐磨构件22的内侧水平表面和垂直表面都是光滑平面，耐磨构件22外侧上表面是4～12个台阶齿，下表面由一个直角台和一个光滑斜面组成，下表面的倾斜光滑平面与上表面最低台阶面汇合呈尖顶状，汇合处是圆弧面过渡。耐磨构件22外侧上表面在穿过柱销钢坯23轴线的垂直截面内投影的面积是下表面投影面积的三倍以上。

耐磨构件22内侧水平和垂直两面与四棱柱形柱销钢坯23相邻两个面焊牢或粘牢。本发明耐磨构件22用硬质合金或特种陶瓷类超硬耐磨材料制造保证本发明的使用寿命比现有同类设备长3～5倍。

如图4所示，本发明总装时，定子部件上安装的定子柱销5的台阶齿表面面向内侧，即靠近定子盘2轴心一侧；转子部件上安装的转子柱销8的台阶齿表面面向外侧，即远离转子盘9轴心的一侧；且转子柱销8台阶齿尖顶对着定子柱销5台阶齿尖顶。即靠近定子盘2轴心一侧；远离所述转子盘轴心的一侧

本发明工作时，物料通过进料口6进入机壳技术1内定子盘2和转子盘9之间的空间。转子部件旋转带动物料颗粒进入转子柱销8与定子柱销5之间狭小的空间时，转子柱销必定对被钳持在转子柱销8和定子柱销5之间的物料颗粒施加巨大的挤压剪切作用力，迫使物料破碎。破碎后的物料穿过两定子柱销之间的空隙再经出料口16排出。

如图5、图6和图7所示，若把本发明一个转子柱销8从靠近一个定子柱销5到离开该定子柱销5的瞬间视为一次柱销粉碎作业，则每次柱销粉碎作业都是从转子柱销8和定子柱销5最前端台阶齿钳持住最大物料颗粒开始。因为本发明高速运转的转子使每一个转子柱销8拥有的动能远超物料颗粒的结合能，所以最大物料颗粒必然迅速被粉碎。最大物料颗粒被粉碎后的状态如图6所示，被挤压在转子柱销8和定子柱销5之间的大小物料颗粒都必然因承受转子柱销8、定子柱销5和相邻物料颗粒施加的挤压和剪切力而被陆续粉碎。直至，如图7所示略大于l值的物料颗粒被钳持粉碎。前文论证本发明和高速挤切粉碎机开拓的这种挤切粉碎方式具有作用力巨大、作业时间极短，粉碎频率特高和粉碎比大等显著优势。

一种多功能挤切机在磨粉设备上的应用，转子柱销8和定子柱销5之间间隙l值为0.2-1.5mm之间；转子柱销8的线速度v值在50m/s～150m/s之间。根据前面论证的本发明结构和作用原理上的显著优势和样机试验检测数据证明，在磨粉设备上的应用的本发明具有能替代现有大部分粉磨设备的潜力，同时具有结构简单、价格低廉、占地面积小、安装维修方便、使用寿命长和高效节能等巨大优势。

一种多功能挤切机在破碎设备上的应用，转子柱销8和定子柱销5之间间隙l值与设计产成品粒径值相同；转子柱销8的线速度v值在5m/s～30m/s之间。根据前面论证的本发明结构和作用原理上的显著优势和样机试验检测数据证明，在破碎设备上的应用具有高效节能等显著优势

一种多功能挤切机在剥壳设备上的应用，转子柱销8和定子柱销5之间间隙l值与被加工的植物最大果仁粒径值等同；转子柱销8的线速度在2m/s～10m/s之间。根据前面论证的本发明结构和作用原理上的显著优势和样机试验检测数据证明，在剥壳设备上的应用本发明的最大优势是能剥除现有技术难以剥除山茶籽和山核桃的皮壳，具有显著经济效益。