飼料粉碎機作為飼料工業(yè)的主要裝備，對飼料質(zhì)量、飼料加工成本等起著關(guān)鍵的作用。自擊式飼料粉碎機是一種新型飼料粉碎設(shè)備，可以控制出料粒度大小，并能有效地降低粉碎能耗。本文用故障樹分析法對自擊式飼料粉碎機樣機試驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了具體分析，并對飼料粉碎機的臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行了計算，找出了自擊式飼料粉碎機的設(shè)計缺陷，在此基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，富通新能源生產(chǎn)銷售是飼料粉碎機如下所示：1、工作原理
    頂部電機通過聯(lián)軸節(jié)直接帶動內(nèi)轉(zhuǎn)盤，底部電機通過皮帶輪，經(jīng)三角皮帶帶動外轉(zhuǎn)盤。工作時，內(nèi)轉(zhuǎn)盤、外轉(zhuǎn)筒以相反方向高速旋轉(zhuǎn)。塊狀飼料通過進(jìn)料口下落，經(jīng)進(jìn)料預(yù)篩分，放走細(xì)顆粒后，進(jìn)入內(nèi)轉(zhuǎn)盤區(qū)，飼料即在該區(qū)內(nèi)受到撒料盤的拋撒及打擊板錘的沖擊并獲得高速而被拋向外轉(zhuǎn)筒區(qū)（該區(qū)由拋物線反擊板構(gòu)成），此時飼料轉(zhuǎn)而受到高速且旋轉(zhuǎn)方向相反的外轉(zhuǎn)盤拋物線反擊板的強烈反沖擊，部分飼料被急劇破碎。同時，在內(nèi)轉(zhuǎn)盤、外轉(zhuǎn)盤間隙處飼料被剪切或被反彈與后續(xù)高速塊狀飼料相遇而發(fā)生高速碰撞破碎，然后叉以高速從外轉(zhuǎn)盤反擊板處被拋向內(nèi)轉(zhuǎn)盤，再次接受打擊板錘沖擊。飼料經(jīng)過在上述三個區(qū)受到的強烈沖擊、剪切和互相碰撞等作用而被破碎成為粉料，經(jīng)出料篩篩分后，合格產(chǎn)品通過底部上的出料口卸出，大塊的未破碎飼料在離心力驅(qū)動下沿篩面斜坡爬升至外轉(zhuǎn)盤內(nèi)襯下部，再次進(jìn)入破碎區(qū)被破碎。
2、樣機故障與故障分析
2.1樣機故障
    在自擊式飼料粉碎機完成初次設(shè)計、加工后首次試機時，對整個系統(tǒng)進(jìn)行運行狀況監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)飼料粉碎機振動的振幅隨轉(zhuǎn)速上升而由弱到強遞增，并且徑向振動比軸向振動劇烈，在內(nèi)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速上升到1300r/min左右時（內(nèi)轉(zhuǎn)盤工作轉(zhuǎn)速為1450r/min;外轉(zhuǎn)盤工作轉(zhuǎn)速為700r/min），整個系統(tǒng)發(fā)生異常強烈的振動，致使電機毀壞，整個系統(tǒng)也隨之崩潰。整個系統(tǒng)開機運行到產(chǎn)生這一重大故障的過程只發(fā)生在很短的時間內(nèi)。
2.2故障分析
    從飼料粉碎機振幅隨轉(zhuǎn)速上升來看，故障可能與內(nèi)轉(zhuǎn)盤不平衡、軸承早期損傷、內(nèi)轉(zhuǎn)盤缺損或有裂紋、內(nèi)轉(zhuǎn)盤零部件配合松動或地腳螺栓聯(lián)接松動有關(guān)。考察了解到該飼料粉碎機是參照國內(nèi)外類似產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的，對具有較高轉(zhuǎn)速的內(nèi)轉(zhuǎn)盤僅用一般常規(guī)設(shè)計方法，而沒做結(jié)構(gòu)模態(tài)分析和動態(tài)設(shè)計計算，所以，內(nèi)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速上升到一定程度振動突然加劇，也可能存在設(shè)計失誤，致使內(nèi)轉(zhuǎn)盤臨界轉(zhuǎn)速靠近工作轉(zhuǎn)速引起了系統(tǒng)共振。此外，還可能同時存在聯(lián)軸器安裝不正、內(nèi)轉(zhuǎn)盤局部碰摩等原因，從而加劇系統(tǒng)的振動。
  　結(jié)合飼料粉碎機結(jié)構(gòu)特點、故障現(xiàn)象及旋轉(zhuǎn)機械通常的故障機理，對飼料粉碎機故障作故障樹分析。
    經(jīng)對飼料粉碎機逐步進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)在所有的基礎(chǔ)事件（除共振外）中，同時存在內(nèi)外轉(zhuǎn)盤沒有進(jìn)行動平衡、加工裝配精度低、內(nèi)轉(zhuǎn)盤上的零件裝配精度低、內(nèi)轉(zhuǎn)盤長期存放不當(dāng)及安裝時造成軸彎曲變形等事件，這些事件均會不同程度地造成飼料粉碎機的振動。但振動如此劇烈，除此之外是否還存在設(shè)計缺陷，飼料粉碎機工作轉(zhuǎn)速是否接近內(nèi)轉(zhuǎn)盤臨界轉(zhuǎn)速呢？從現(xiàn)象上分析，此次劇烈振動與共振很相似，但還需從理論上進(jìn)行確定。
3、飼料粉碎機內(nèi)轉(zhuǎn)盤臨界轉(zhuǎn)速計算
3.1臨界轉(zhuǎn)速計算方法
    根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)，臨界轉(zhuǎn)速定義為：系統(tǒng)共振時發(fā)生響應(yīng)的特征轉(zhuǎn)速。由于軸是一個彈性體，其旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生以離心力為表征的干擾力，從而引起軸的彎曲振動，當(dāng)這種強迫振動的頻率與軸彎曲自振頻率相重合時，就出現(xiàn)彎曲共振現(xiàn)象。從理論上說，此時軸的彎曲變形將無限制地增加，以致造成軸的破壞。
    臨界轉(zhuǎn)速分析的主要目的在于確定轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的各階臨界轉(zhuǎn)速，并按照經(jīng)驗或有關(guān)技術(shù)規(guī)定，調(diào)整轉(zhuǎn)速，使其適當(dāng)遠(yuǎn)離機械的工作轉(zhuǎn)速，以得到可靠設(shè)計。例如，設(shè)計地面旋轉(zhuǎn)機械時，一般要求：對于工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子，應(yīng)使n<0.75n；對于工作轉(zhuǎn)速高于其一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子。
    目前已經(jīng)發(fā)展出多種較為完善的臨界轉(zhuǎn)速計算方法，如矩陣迭代法、傳遞矩陣法、能量法、特征方程法和數(shù)值積分法等。其中傳遞矩陣法是各類旋轉(zhuǎn)機械制造工業(yè)中最為通用的臨界轉(zhuǎn)速計算方法，發(fā)展得也最為完善。內(nèi)轉(zhuǎn)盤的臨界轉(zhuǎn)速用傳遞矩陣法計算。
  　傳遞矩陣法的基本原理是：取不同轉(zhuǎn)速值，循環(huán)進(jìn)行各軸段截面狀態(tài)參數(shù)的逐段推算，直至滿足轉(zhuǎn)軸另一端的邊界條件。計算轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速時，要把轉(zhuǎn)軸分成許多等截面段（軸段），凡是輪盤、集中質(zhì)量、聯(lián)軸器、軸承等所在位置。
3.2內(nèi)轉(zhuǎn)盤臨界轉(zhuǎn)速計算
    為了便于計算，把內(nèi)轉(zhuǎn)盤簡化為具有若干個集中質(zhì)量的多自由度系統(tǒng)。即沿軸線把轉(zhuǎn)子質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量集中到若干結(jié)點上，結(jié)點一般選在有集中質(zhì)量的葉輪、聯(lián)軸器和軸截面有突變處及軸支承點、軸端部等位置。結(jié)點的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量除本身以外，還應(yīng)加上左右軸段二分之一的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。
    對于內(nèi)轉(zhuǎn)盤，最后一段是一個懸臂，沒有外力和力矩，即M與Q均等于零，因此在方程中其系數(shù)的行列式△等于零。首先選取轉(zhuǎn)速n=1 300 r/min計算，輸入各軸段參數(shù)計算得：A=101270，用n=1 325 r/min計算，得：A=-9710，△變?yōu)樨?fù)值，可見等于零的值存在于1300~1325。這時，可根據(jù)兩次計算所得行列式之值應(yīng)用插值法，求得一階臨界轉(zhuǎn)速為1 322.8r/min。
  　　臨界轉(zhuǎn)速的計算結(jié)果與現(xiàn)場實際相吻合，說明在轉(zhuǎn)速上升過程中激勵了內(nèi)轉(zhuǎn)盤的固有頻率，發(fā)生了共振。因此，初始設(shè)計存在失誤，設(shè)計缺陷是造成本次故障的主要原因。同時，結(jié)合對內(nèi)轉(zhuǎn)盤的故障分析可以看出，設(shè)備在加工制造過程中留下的工藝缺陷及安裝不當(dāng)?shù)仍�因加劇了設(shè)備開機后的振動，從而一并造成此次樣機試驗中的重大故障。
4、飼料粉碎機改進(jìn)
    針對以上分析和內(nèi)轉(zhuǎn)盤臨界轉(zhuǎn)速的計算結(jié)果，以及設(shè)備的特點，對自擊式飼料粉碎機提出如下改進(jìn)措施：①重新確定工作轉(zhuǎn)速，在不明顯影響粉碎效率的情況下，將工作轉(zhuǎn)速重新調(diào)整到為900r/min，以避免激勵內(nèi)轉(zhuǎn)盤的固有頻率；②增加內(nèi)轉(zhuǎn)盤軸的支承剛度，并適當(dāng)減小內(nèi)轉(zhuǎn)盤直徑尺寸，以增加其固有頻率；③提高加工精度、焊接質(zhì)量，嚴(yán)格、正確地進(jìn)行裝配；④將反擊板等易損件換為新型耐沖擊、抗磨損特殊材料；⑤按技術(shù)要求對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡處理。
 　 通過采取上述措施，對飼料粉碎機結(jié)構(gòu)設(shè)計等進(jìn)行改進(jìn)后，重新試機，其運行狀況良好，振動幅度明顯降低在正常范圍之內(nèi)。
5、結(jié)語
    飼料原料的粉碎是飼料加工中非常重要的一個環(huán)節(jié)。自擊式飼料粉碎機科學(xué)地綜合了塊狀飼料沖擊破碎與打擊破碎及動態(tài)篩分的功能，可以較好地控制出料粒度大小，獲得較為顯著的節(jié)能效果。通過改進(jìn)后，飼料粉碎機機件負(fù)荷達(dá)到了較合理的配置，穩(wěn)定性有了較大幅度的提高。隨著產(chǎn)品設(shè)計與制造的進(jìn)一步完善，該機有望成為一種應(yīng)用廣泛的新型高效飼料粉碎設(shè)備。
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