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顆粒飼料壓制機模輥間隙的探討 已關閉
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摘 要 根據環模式顆粒飼料壓制機壓模壓輥的工作過程，分析了模輥間隙大小對制粒性能參數如生產率、電耗和顆粒加工質量的影響；提出了在實際生產中確定模輥大小的原則以及模輥間隙調整方法的改進意見．
關鍵詞 顆粒飼料 壓制機 模輥間隙 1 前言 顆粒的成形是配合飼料生產過程中的一個十分重要的工序，它直接影響產品的質量和生產成本。目前，用于顆粒成形的設備幾乎都采用環模式顆粒飼料壓制機。這種壓制機靠壓模和壓輥將粉狀物料擠壓成粒。模輥之間的工作間隙可通過壓輥處的偏心機構在停機時進行調整，范圍一般為O～4．5mm。將該間隙設計成可調，有兩方面的考慮：一是保證模輥有合適的工作間隙，特別是模輥磨損后可將間隙調小；二是方便壓模的拆裝及堵塞時的清理。幾乎所有壓制機的技術文件及資料均推薦，模輥的工作間隙應在0．1～0．5mm之間，太大會使生產率下降。在實際生產中，因該間隙難以測量，故常采用“間斷接觸法”來調整，即在壓模內表面無物料情況下調整壓輥，使之在壓模轉動時處于似轉非轉狀態．然后，模輥間隙是否在0.1～0．5mm之間呢?加大間隙使生產率下降的原因是什么，影響有多大以及有沒有正面或其他負面影響?迄今為止，還鮮見這方面內容的論述。為此，本文就以上問題進行探討，以祈對壓制機的設計、生產和使用者有所裨益。 2 壓模壓輥的工作情況 壓模在主動力的驅動下以一定的轉速ω順尉針旋轉；厚度為h的料層從A點開始被攝進擠壓區；壓輥借助擠壓區內摩擦力的作用也順時針旋轉。隨著模輥的旋轉，攝入的物料向前移動加快，擠壓力和物料密度度逐漸增加；當擠壓力增大到足以克服模孔內料栓與孔壁的摩擦力時，具有一定密度和粘結力的物料便被擠進模孔內．由于模輥不斷攝入物料，故模孔內的物料經成形后被連續出模孔，成為圓柱狀顆粒。 擠壓區內的擠壓力在物料開始被擠壓進模孔時達到最大值，并基本保持到C點。從C點卸壓開始至F點，擠壓力才逐漸降到零。CF存在擠壓力的原因，是因為經過C點的殘余物料在該段出現膨脹的緣故。F點后，壓模內表面出現了經膨脹的環狀粘附層。該粘附層的厚度與模輥間隙、模輥支承結構的剛性及殘余物料的膨脹程度有關。顯然，模輥間隙越大，殘余物料層越厚，膨脹越甚，粘附層也越厚。 為分析方便，過壓模圓心O引一射線通過擠壓區，交模輥于A，Bx兩點；分別引A1B1的切線相交于D點，∠A1DB1定義為模輥對物料的攝入角β，開始攝入物料時角β-最大，稱為最大攝入角βmax。對某一物料而言，角β隨其被不斷壓實、擠出而減小，直至為零(C點處)；β角實際上是模輥形成的楔形角。據有關資料介紹，物料能被模輥攝入的條件是：βmax小于或等于物料、壓輥之間的摩擦角與物料內摩擦角之和。這一條件說明，當物料性一定時，βmax越小則物料越易被攝入。 3 粘附層使制粒工況發生變化 由前所述可知，當模輥間隙為零時，粘附層厚度主要取決于模輥支承結構的剛性，這里可忽略；當增大模輥間隙時，出現了粘附層。這一粘附層使制粒工況發生了如下變化。 3．1 在相同生產率條件下，增加了需壓實的厚度 相同生產率，意味著進入壓制機制粒腔的物料量相同。增大間隙后壓模內表面的物料層分布情況。 零間隙時，壓模內表面的未壓物料層體積為： 2Rπhb-S (1) 增大間隙時，壓模壓表面的未壓實物料層體積為：2πh2b[R-(△h+h1)]-S1 (2)式中：R———壓模內環半徑，mm， b——壓模有效工作寬度，mm； h——零間隙時未壓實物料環中壓輥占去的體積，mm； S——零間隙時未壓實物料環中壓輥占去的體積，mm3； S1——增大間隙時未壓實物料環中壓輥占去的體積，mm3． 要使制粒生產率相同，則式(1)等于式(2)；又S≈S1，故化簡后有： Rh=[R-(△h+h1)]h2式中：∵R-(△h+h1)<R ∴h2>h h1+h2＞h (3) 式(3)說明，增大間隙后，如生產率與零間隙時相同，則需增加物料的壓實厚度。這也意味著最大攝入角β-max也增大了。間隙越大，壓實厚度增加得越多，βmax也越大。 3．2 粘附層的膨脹部分不斷被壓實 模輥工作時，原有的粘附層絕大部分被壓入模孔，并出現新的粘附層。模輥每擠壓一次物料，粘附層的厚度由△h+h1，被壓實至△h，膨脹部分h1被壓實一次。對于兩輥結構的壓制機來說，壓模每轉一周，膨脹部分將壓實四次。當壓制機連續工作時，膨脹部分則不斷被壓實。 3．3 物料受擠壓的行程變長 在同一壓模及物料情況下，物料被壓入模孔時所需的最大擠壓力基本與模輥間隙無關。但由圖2可看出，因出現了粘附層，物料從開始受到最大擠壓力作用到被擠出模孔的行程卻增加了△h。 3．4 壓輥兩側漏料更甚 物料在受擠壓過程中，總是往阻力較小的方向運動。因此，即使模輥處于零間隙工作狀態，壓輥兩側也會出現一定程度的漏料現象。當模輥間隙增大出現粘附層時，壓輥兩側的漏料空間更大，阻力更小，模輥工作時物料被擠向壓輥兩側的現象更嚴重些。 4 間隙大小對制粒性能參數的影響 4．1 生產率與噸產品耗電量 從圖3來分析物料被攝入時的受力情況。圖中，壓模以ω速度旋轉，物料在A點開始被攝入。N為壓輥作用于物料的正壓力，它可分解為水平分力P1(Nsinβmax)和垂直分力P2(Ncosβmax)。從圖中可看出，P1阻止物料的攝入，P2則將物料壓實。由前面分析可知，模輥間有間隙時的最大攝入角大于零間隙時的最大攝入：角。 因P，隨9一的增大而增大；P2隨D一的增大而減小，故增大間隙后有①模輥攝入物料的能力變差，壓輥打滑的機會增加，間隙過大時甚至無法攝入物料．②設模輥有間隙時的最大攝入角與零間隙時的最大攝入角之差為厶D一范圍內，至少P1在壓實物料時多做了功，即多消耗了動力。 此外，增大間隙后粘附層不斷被壓實，物料受擠壓的行程變長，壓輥兩側漏料也 不同程度地消耗了動力。 綜上得出，在壓制機生產率相同條件下，模輥間隙增大，則消耗的動力增加；若消耗的動力增加則生產率下降。 試驗得出的一臺壓制機間隙大小與噸產品耗電量的關系。可看出，模輥間隙由零增大到3．5mm時，噸產品耗電量由14kWh增加到19．5kWh，噸產品耗電量隨間隙的增大呈指數規律增加。 4．2 顆粒加工質量 衡量顆粒加工質量的重要指標是硬度和堅實度．在正常情況下及一定范圍內，顆粒硬度越高，其堅實度也越高，顆粒加工質量越好。 增大模輥間隙后，模的內表面出現了粘附層，使物料被擠壓的行程變大，模孔內的料栓密度增加，溫度上升，糊化變好。料栓的密度增加提高了顆粒的硬度；物料溫度上升，糊化變好，使物料之間的粘結力增大，提高了顆粒的堅實度。壓制機間隙大小與顆粒硬度的關系，它是由試驗得出的，圖中，模輥間隙由零增大到3。5mm時，顆粒硬度由36N增加到65N。顆粒硬度也隨間隙的增大呈指數規律增加。 4．3 成形的顆粒溫度 由前所述，粘附層使制粒工況發生變化，壓制機的能耗增加。這部分增加的能耗，幾乎都轉變成熱能，使成形后的顆粒溫度上升。據試驗，模輥間隙由零增大到4mm時，成形后的顆粒溫度由73℃增加到90℃。這對于后續的冷卻干燥工序是極為有利的。 5 結語 從以上探討可得出結論：在一定范圍內增大壓模壓輥的間隙，會使生產率下降，噸產品耗電量上升，顆粒加工質量變好及成形后的顆粒溫度上升。因此，在一般情況下(特別是新壓模時)壓制機的模輥工作間隙可調至較小或零。此時物料最易被攝入，生產率最高，噸產品耗電量最低，壓制機處于最經濟的運行狀態；如用其他手段無法解決顆粒加工質量問題，或配方中含油脂較高，或無法降低干燥后的產品含水率時，可適當增大模輥間隙。 為避免將模輥間隙調大后造成起動困難，最好能將壓制機設計成在運行中也可調整模輥間隙．這樣，在起動時可將間隙調小；在正常運行時再將間隙按需要調大。其優點除了便于起動外，還可使壓模更換快捷方便，甚至可將間隙的大小隨各種配方編入微電腦中，保證每種配方都有最佳的制粒工作間隙。事實上，國外已出現了此種壓制機。這種技術值得國內的同行借鑒． |
