環(huán)模制粒機設(shè)計CAD圖紙+說明書

環(huán)模制粒機設(shè)計CAD圖紙+說明書,環(huán)模制粒機,設(shè)計,CAD,圖紙,說明書 目 錄 緒論 3 第1章 課題背景 3 1．1課題背景 3 1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1．3研究內(nèi)容 3 第2章 環(huán)模制粒機高效制粒機理研究 3 2．1環(huán)模制粒機主要結(jié)構(gòu) 3 2．2制粒過程分析 3 2．3平模和壓輥之間物料受力分析 3 2 . 4 壓輥零件圖 3 2 . 5環(huán)模孔中的擠壓力和摩擦力變化分析 3 2．6環(huán)模失效分析 3 2. 7環(huán)模顆粒機總裝圖 3 2．8本章小結(jié) 3 第3章 環(huán)?？椎氖芰\析 3 3．1環(huán)?？椎淖冃渭坝绊?3 3．2影響環(huán)模孔軸向擠壓壓強因素的分析 3 3．3本章小結(jié) 3 第4章 研究的意義及應(yīng)用 3 4 . 1 研究的意義 3 4 . 2 制粒機的設(shè)計優(yōu)化在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用 3 4 . 3飼料顆粒機發(fā)展淺談 3 總 結(jié) 3 致 謝 3 參考文獻 3 摘要 環(huán)模制粒機是飼料機械四大主機之一，很大程度上決定了飼料加工產(chǎn)量，在飼料加工過程中占有非常重要的地位。目前，國內(nèi)在環(huán)模制粒機制粒機理方面的研究幾乎是空白，而且制粒機與國外同類型設(shè)備相比仍然存在結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷，這極大地制約了產(chǎn)品的國際競爭力。研究環(huán)模制粒機理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對提升飼料機械整體設(shè)計、制造水平，促進飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實用價值。 關(guān)鍵詞：環(huán)模，壓輥，制粒機，制粒機理，優(yōu)化 Abstract Rotating ring die pellet mill is the key device of producing pellet feed，to a large extent determines the production of feed processing．And now Rotating ring die pellet mill is widely used in animal husbandry,poultry industry,fisheries，and so on．At present，the pelleting mechanism study ofthe rotating ring die pellet mill is few in china．Comparing the pellet mill with the same type of foreign，there are still many defects，such as irrational structure，low productivity,high energy consumption，which significantly restricted the international competitiveness of our products．studying the pelleting mechanism and structural optimization of rotating ring die pellet mill，to enhance the whole machine designing and manufacturing level，to promote the development of feed industry has an important theoretical significance and practical value． Key words：rotating ring die，roller,pellet mill，pelleting mechanism，optimization 緒論 回顧過去，展望未來中國機械工業(yè)的發(fā)展，我們不難看到，中國機械行業(yè)得到了前所未有的高速發(fā)展。在21世紀，世界機械工業(yè)進入前所未有的高速發(fā)展階段，特別是作為有“世界工廠”之稱的中國，機械行業(yè)更是迅猛發(fā)展。在向機械行業(yè)提供了新的機遇的同時，也向我們提出的新的挑戰(zhàn)；機械行業(yè)涉及面相當廣泛，如：工程、建筑、汽車、船舶、電子、石化、電力、電氣、儀器儀表、物流、醫(yī)療、飲食、環(huán)保、紡織等等，涉及到一個國家的國計民生的方方面面，都是國家支柱性的重要行業(yè)，對這些行業(yè)的發(fā)展和影響也起著至關(guān)重要的作用。 經(jīng)過半個多世紀的努力，我國機械工業(yè)已經(jīng)逐步發(fā)展成為具有一定綜合實力的制造業(yè)，初步確立了在國民經(jīng)濟中的支柱地位。 “十五”期間，黨明確提出要把機械工業(yè)、汽車工業(yè)建成國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。按照這一戰(zhàn)略要求，原機械工業(yè)部會同原國家計劃委員會制定了《機械工業(yè)振興綱要》，經(jīng)國務(wù)院批準頒布實施，要求到基本實現(xiàn)機械工業(yè)的振興，使之成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。 “十一五”初期，原機械工業(yè)部按照黨的會議精神，制定了著重打好“三大戰(zhàn)役”的戰(zhàn)略方針。在此期間，機械工業(yè)取得了長足的發(fā)展。突出表現(xiàn)在機械工業(yè)產(chǎn)值在全國工業(yè)中的比重逐步上升，生產(chǎn)保持穩(wěn)定增長，為國民經(jīng)濟提供了大量可靠裝備；先進制造技術(shù)得到大量采用，同時在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面取得重大進展；研制、制造重大、精密、成套裝備的能力顯著提高；全方位、多層次的對外開放格局基本形成，機械行業(yè)產(chǎn)品出口的迅速增長，有力地支持了機械工業(yè)乃至全國經(jīng)濟的發(fā)展；體制改革取得突破性進展，市場機制已在機械工業(yè)發(fā)展中起主導(dǎo)作用，以建立現(xiàn)代企業(yè)制度為目標的國有企業(yè)改革穩(wěn)步推進，民營企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)成為機械工業(yè)發(fā)展的新興力量。 簡而言之，機械行業(yè)已成為國家支柱性的重要行業(yè)，是國民經(jīng)濟的重要組成部分，同時對其他行業(yè)的發(fā)展和影響也起著至關(guān)重要的作用。 第1章 課題背景 1．1課題背景 飼料工業(yè)是隨著動物營養(yǎng)和飼料科學的發(fā)展，在工業(yè)化水平提高并達到一定階段后逐步發(fā)展起來的跨行業(yè)、跨部門、跨學科的新興工業(yè)。它包括五大部分：飼料原料生產(chǎn)、飼料加工、飼料添加劑生產(chǎn)、飼料機械生產(chǎn)和飼料科研教育、制標、監(jiān)測檢測等服務(wù)體系。近年來，中國飼料工業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展，目前全國有飼料企業(yè)1．5萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，中國飼料業(yè)改革開放后年平均發(fā)展速度保持在20％以上，已完成了從手工作坊式的生產(chǎn)到世界第二大飼料生產(chǎn)國的飛越，飼料工業(yè)已成為中國國民經(jīng)濟重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著飼料工業(yè)的迅速發(fā)展，飼料機械的需求越來越大，要求也來越高。研發(fā)高品質(zhì)、高效率的飼料機械產(chǎn)品已成為支持飼料工業(yè)發(fā)展的迫切需求。 　 飼料顆粒機是飼料機械行業(yè)必不可少的機械，可分為環(huán)模飼料顆粒機、平模飼料顆粒機、對輥飼料顆粒機。 環(huán)模制粒機是飼料機械四大主機之一，其生產(chǎn)的顆粒飼料以其眾多優(yōu)點在我國得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。相應(yīng)地，制粒工藝是絕大多數(shù)飼料廠采用的加工工藝技術(shù)，也是飼料工業(yè)十分重視并不斷取得進展的重要工藝，世界谷物飼料有將近75％是以顆粒形狀生產(chǎn)的。可見，環(huán)模制粒機是生產(chǎn)顆粒飼料的主要飼料機械設(shè)備，其性能在很大程度上決定了飼料加工產(chǎn)量，在飼料加工過程中占有非常重要的地位。 近年來，國內(nèi)飼料機械企業(yè)在環(huán)模制粒機的設(shè)計、制造領(lǐng)域不斷進步，產(chǎn)品的外觀、性能指標不斷提高，與國外同類產(chǎn)品的差距也在不斷縮小，但我國的環(huán)模制粒機大都是在國外制粒技術(shù)發(fā)達國家先進產(chǎn)品基礎(chǔ)之上進行變型設(shè)計而生產(chǎn)制造的，在制粒機理方面的研究還幾乎是空白，這直接導(dǎo)致與國外同類型設(shè)備相比較，我國的制粒機仍然存在結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷。其中，環(huán)模的使用壽命和生產(chǎn)效率低下問題尤為突出，國內(nèi)生產(chǎn)的環(huán)模使用壽命短已成為一個不爭的事實，在實際生產(chǎn)過程中，環(huán)模制粒機的環(huán)模容易出現(xiàn)使用壽命短、堵模、制粒質(zhì)量差等諸多問題，這極大地制約了產(chǎn)品的國際競爭力。 研究環(huán)模制粒機理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對設(shè)計出具有國際先進水平的制粒機具有積極的推進作用，對提高制粒質(zhì)量與制粒效率，提升我國制粒機產(chǎn)品的國際競爭力、進而提升飼料機械整體設(shè)計、制造水平，促進飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實用價值。 1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 制粒的歷史實際上可以追溯到1900年，近一個世紀來，飼料工作者在實踐中積累了寶貴的經(jīng)驗，致力于改善制粒機性能，提高顆粒飼料性能。 1．2．1環(huán)模制粒機國內(nèi)外發(fā)展概況 圖1．1鑄模式制粒機示意圖圖 1．2擠壓式制粒機示意圖 圖1．3 Schueler型制粒機示意圖 圖1．4平模制粒機示意圖 圖1．5環(huán)模制粒機示意圖 世界上第一臺與制粒機有相似功能的機器是一臺鑄模式設(shè)備，如圖1．1所示。在其機械結(jié)構(gòu)上類似于現(xiàn)在的煤球機，由一對形狀相同、等速相對旋轉(zhuǎn)的壓輥(壓輥表面鑄有凹穴)組成，物料進入壓輥表面的凹穴，自上而下受到壓縮，壓制成形的顆粒具有兩個凹穴的合成形狀。用該設(shè)備可以壓制成各種形狀的顆粒，如三角形、菱形、橢圓形、紐扣形、圓形等等。這種形式的鑄模式設(shè)備，由于其壓縮時間非常短，飼料顆粒的密度低、強度較小，生產(chǎn)效率低下，能耗高，所以，該工藝并沒有被廣泛采用。 1910年左右，世界上第一臺擠壓式制粒機問世，如圖1．2所示。該制粒機的工作原理與現(xiàn)在的擠壓式制粒機基本相同，靠旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器強制將物料向前推進、擠壓并通過環(huán)?？仔纬芍鶢铑w粒，并在出料口切刀的作用下，切斷成粒狀顆粒。這種制粒機的生產(chǎn)效率不高，而且需要使用蒸煮膨化機，生產(chǎn)成本大大提高。 到1920年，斯凱勒(SchMeler)提出了壓縮法制粒，這種設(shè)備安裝有兩個帶有排出孔的齒輪成形模具的軋輥，如圖1．3所示。在牙狀形齒輪根部有圓柱形的小孔，齒輪等速相對旋轉(zhuǎn)，物料進入齒輪的嚙合空間，受到擠壓力的作用，經(jīng)根部小孔擠出，被裝在齒輪內(nèi)腔的切刀切斷成顆粒，并排出孔外。與鑄模法和擠壓法相比，這種制粒方法或多或少帶有剛性擠壓，機械磨損程度大，費用也高。 1920年期間，在總結(jié)了許多制粒機工作原理的基礎(chǔ)上，研制成功了第一臺平模制粒機，如圖1．4所示。這種機器裝有圍繞中心軸回轉(zhuǎn)的滾輪，迫使物料擠壓向下，通過水平固定模板的?？?，旋轉(zhuǎn)切刀把飼料切割成一定長度的顆粒飼料。平模制粒機的平模和滾輪上各處的圓周速度不等，平模上的物料受到的離心力大小也不相同，因而在平模工作平面上的負荷是不均勻的。不過，當時歐洲許多飼料廠與干草廠卻普遍采用一種平置鑄模制粒機，其數(shù)個壓輥置于同一平面繞直立軸旋轉(zhuǎn)，而將粉料經(jīng)由固定的水平鑄模?？讛D出。 幾乎在同一時期，世界上第一臺環(huán)模制粒機研制成功，如圖1．5所示。到了1920年，制粒機已發(fā)展成使用環(huán)模結(jié)構(gòu)，迫使物料通過環(huán)模孔的機器設(shè)備，最初的環(huán)模制粒機只使用一個壓輥，以后演變成兩個、三個壓輥，利用壓輥的擠壓力將粉狀物料經(jīng)由環(huán)模的環(huán)?？字袛D出。經(jīng)過不斷地改進，現(xiàn)在的環(huán)模制粒機不僅采用了主動滾輪，而且還采用更為普遍的主動環(huán)模。環(huán)模制粒機是環(huán)?？恐鬏S傳動而回轉(zhuǎn)，其內(nèi)有兩個或者三個壓輥，工作時壓輥將粉狀物料壓入環(huán)?？字?，擠出成形后呈圓柱形，并被固定切刀切斷成顆粒飼料。其主要特點是環(huán)模與壓輥接觸線上各處線速度相等，所以無額外的摩擦力，全部的擠壓力都被用來制粒。這種環(huán)模式制粒機制粒質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率高，能耗比其他幾種要少，在飼料加工廠中應(yīng)用最為廣泛。在此基礎(chǔ)上，環(huán)模制粒機性能不斷被改善，而于其后的60年，支配了整個飼料業(yè)。環(huán)模式顆粒機的進一步發(fā)展，提高了其機械性能和強度。根據(jù)生產(chǎn)的實際需要，今后制粒機的設(shè)計將向大環(huán)模、大功率和大型號方向 發(fā)展。 從環(huán)模制粒機發(fā)展的整個歷程來看，環(huán)模制粒機的工作原理沒有變化，而環(huán)模制粒機的制造水平和技術(shù)性能大有改進。目前世界上使用較為廣泛，比較典型的環(huán)模制粒機主要有以下幾種： CPM公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機采用斜齒齒輪減速箱傳動結(jié)構(gòu)，齒輪減速箱可以通過手動換擋實現(xiàn)雙速交換。環(huán)模固定在大齒輪傳遞的空心軸上旋轉(zhuǎn)，壓輥則固定在用制動裝置固定的實心軸上，為動模型制粒機。環(huán)模采用三分式環(huán)模夾固定，裝拆方便，配有自動循環(huán)潤滑系統(tǒng)設(shè)備，使用更安全。 Biflaler公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機機采用雙壓輥、環(huán)模式、單電機三角皮帶傳動結(jié)構(gòu)。單位生產(chǎn)效率高，運行費用低，結(jié)構(gòu)比較簡單，操作維修方便。系統(tǒng)可以方便地實行自動潤滑和自動控制。采用單電機側(cè)傳動，空心軸、環(huán)模、主軸、壓輥和大皮帶傳動等總成，外加皮帶傳動的張力等均由主軸尾部懸臂支承，承載負荷大、且屬于偏載荷狀態(tài)。設(shè)計、驗算和裝配的配合要求較高。 國內(nèi)生產(chǎn)顆粒機的著名企業(yè)主要有兩家：江蘇牧羊集團(沿用英國UMT公司的技術(shù))和江蘇正昌集團(沿用美國CPM公司的技術(shù))。1960年江蘇牧羊集團引進了英國UMT公司的顆粒機，在逐步消化吸收的過程中，70年代研制出了我國第一臺顆粒機。通過多年努力，江蘇牧羊集團現(xiàn)已開發(fā)研制了各種性能優(yōu)越的飼料、糧食機械產(chǎn)品100多個系列，600多個品種，可以承接從普通畜禽飼料到高檔水產(chǎn)膨化料的各類飼料成套交鑰匙工程，充分滿足了用戶的需求。同時，一些科研機構(gòu)和高校也開始對環(huán)模制粒機進行研制，先后有商都牧機廠、阜新牧機總廠、華中農(nóng)學院、中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所、漁業(yè)機械儀器研究所和上海市飼料研究所對環(huán)模顆粒機進行了研制。我國的環(huán)模制粒機技術(shù)正朝著自主創(chuàng)新的道路前進，己取得了一定的成效，產(chǎn)品的外觀、性能指標不斷提高，與國外同類產(chǎn)品的差距也在不斷縮小。 1．2．2環(huán)模制粒機制粒原理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近20年來，顆粒飼料以其眾多優(yōu)點在我國得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，但在飼料生產(chǎn)中，顆粒飼料質(zhì)量問題仍很常見。究其原因，主要是國內(nèi)廠家對顆粒飼料的制粒機理及其影響因素缺乏深入的研究。國外針對環(huán)模制粒機制粒機理的研究很多，也很全面，但是大部分研究成果都處于保密狀態(tài)。目前，國內(nèi)環(huán)模制粒機機理研究很少，缺乏對制粒過程全面系統(tǒng)的研究。主要的研究有：中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所的鐘啟新和齊廣海從物料特性和粉狀物料之間的作用力之間的關(guān)系分析了制粒機理，并結(jié)合試驗，分析了影響制粒過程的物料特性因素和環(huán)模、壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)。南京農(nóng)業(yè)大學的李忠平教授對制粒過程中飼料發(fā)生的物理和化學變化進行了探討，指出正確認識這些變化，對合理選擇制粒參數(shù)，提高飼料產(chǎn)品質(zhì)量，免除不必要的損失，增強產(chǎn)品在市場上競爭能力有重要的現(xiàn)實意義。 現(xiàn)如今通常把制粒室內(nèi)分布的物料層分為三個不同的區(qū)域：供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)。重慶通威飼料有限公司的田鵬飛發(fā)現(xiàn)供料區(qū)內(nèi)物料層厚度發(fā)生變化時，變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的長度也會發(fā)生變化，分析了供料區(qū)內(nèi)物料層厚度存在一最佳值，能最大程度地提高環(huán)模制粒機的生產(chǎn)效率。粉狀物料特性，如泊松比、摩擦系數(shù)等，對環(huán)模制粒機環(huán)?？字械妮S向擠壓力和環(huán)?？妆谂c物料的摩擦力大小的影響較大；而環(huán)?？组L徑比也會對軸向擠壓力和摩擦力的大小造成一定的影響，因此，針對不同特性的物料時，應(yīng)該設(shè)計出不同長徑比的環(huán)模。鄭州大學的孟令啟等對環(huán)模和壓輥系統(tǒng)進行了設(shè)計，詳盡闡述了設(shè)計方法、原理、過程及一般原則，從而使環(huán)模和壓輥系統(tǒng)設(shè)計有一定的規(guī)律可循。當壓制不同物料時，需要對環(huán)模制粒機的主要參數(shù)進行分析與設(shè)計，主要包括環(huán)模的轉(zhuǎn)速、尺寸、環(huán)?？椎慕Y(jié)構(gòu)等。 1．2．3環(huán)模制粒機性能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 環(huán)模制粒機性能主要從制粒質(zhì)量、生產(chǎn)效率、環(huán)模使用壽命和制粒機能耗四個方面來評價。目前國內(nèi)的環(huán)模制粒機性能仍然存在制粒質(zhì)量差，生產(chǎn)效率偏低、使用壽命很短以及能耗偏高等缺陷，這極大地限制了國內(nèi)環(huán)模制粒機技術(shù)的發(fā)展。相關(guān)的研究現(xiàn)狀如下： 在制粒質(zhì)量方面，研究表明，飼料顆粒的性能可隨顆粒質(zhì)量的改善而得到提高。影響顆粒質(zhì)量的幾個因素及比重分別為：配方40％、粉碎粒度20％、調(diào)質(zhì)20％、環(huán)模工藝參數(shù)15％、冷卻干燥5％t17J。通過對干燥的與脫水的苜蓿草在相同的調(diào)制水分與溫度下進行的顆粒質(zhì)量對比試驗，可以看出物料特性對飼料顆粒質(zhì)量的影響。在實際生產(chǎn)過程中，壓制成形的飼料顆粒會出現(xiàn)粉化率高的現(xiàn)象。研究表明，控制制粒過程中的粉化率的關(guān)鍵在于制粒前處理、環(huán)模制粒機的工況以及制粒后處理。而環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)對環(huán)模制粒機的制粒質(zhì)量有直接的影響，加工配合飼料多選用圓柱形?？椎沫h(huán)模，但是如果飼料中的粗纖維含量高，環(huán)模的環(huán)?？诪橥忮F形孔，可以起到緩壓的作用。環(huán)模的孔徑與環(huán)?？椎拈L度之比稱為長徑比，長徑比是一重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一般孔徑大者開孔率高，環(huán)?？缀穸刃。w粒硬度小，制粒質(zhì)量差。增大環(huán)?？椎暮穸?，可以增加顆粒的硬度，但是制粒產(chǎn)量相應(yīng)減小。過世東教授在對大豆皮制粒的研究中，指出了長徑比對顆粒飼料的硬度、粉化率的影響程度較水分和顆粒粒度要弱。提高飼料顆粒質(zhì)量的方法有很多，可以通過優(yōu)化環(huán)模制粒機的工藝參數(shù)來提高制粒質(zhì)量。 隨著飼料工業(yè)的蓬勃發(fā)展，如何充分發(fā)揮制粒機生產(chǎn)能力，確保其穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)成了各企業(yè)提高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。因此，這方面的研究比較多。中國農(nóng)業(yè)科學院畜牧研究所的付慧生通過改變粉狀物料在調(diào)制器內(nèi)的調(diào)質(zhì)效果和制粒機工藝參數(shù)，分析粉狀飼料水分，模輥間隙及環(huán)模孔長徑比對制粒生產(chǎn)效率、制粒能耗和飼料質(zhì)量的影響。研究結(jié)果證明了在保證顆粒質(zhì)量的前提下，可以通過調(diào)節(jié)水分添加量、模輥間隙和環(huán)?？组L徑比等工藝參數(shù)，實現(xiàn)提高環(huán)模制粒機的生產(chǎn)效率，降低制粒能耗的目的。 國內(nèi)的制粒機與國外相比而言，還有相當?shù)募夹g(shù)上的差距，其中環(huán)模能耗問題尤為突出，如何降低環(huán)模制粒機能耗，降低生產(chǎn)成本已成為現(xiàn)如今研究的一個主要方向。謝正軍等對制粒影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)原料被粉碎得越細，表面積就越大，水熱處理時，易吸水吸熱，易壓制成形。但過細的粒度會使物料的摩擦系數(shù)減小，影響攫取角，即會降低制粒產(chǎn)量，也會增加粉碎電耗；粒度過大，不利于水熱調(diào)節(jié)，制粒質(zhì)量差，還會增加模輥的磨損和制粒機的能耗。Rolfe，L．A．則指出隨環(huán)模轉(zhuǎn)速的增高，擠壓力會減小，但是比機械能會增加，顆粒溫度會升高，環(huán)模制粒機能耗也會增加。一般情況下，環(huán)?？字睆叫〉沫h(huán)模，應(yīng)采用較高的線速度，而環(huán)?？字睆酱蟮沫h(huán)模則應(yīng)采用較低的線速度。環(huán)模的線速度會影響制粒的效率、能耗和顆粒的堅實度。在一定范圍內(nèi)，環(huán)模的線速度提高，產(chǎn)量增加、能耗提高，顆粒的硬度和粉化率指數(shù)上升。粉碎粒度越細，熟化時添加的蒸汽越多，造成能耗和電耗越大；反之，粒度越粗，能耗和電耗越小。 1．3研究內(nèi)容 1．3．1環(huán)模制粒機高效制粒機理的研究 制粒技術(shù)起源于國外，國外畜牧業(yè)較發(fā)達的國家對制粒機理的研究較為全面和深刻。而國內(nèi)制粒設(shè)備大都是購買國外相關(guān)產(chǎn)品進行變型設(shè)計的產(chǎn)物，缺乏自主創(chuàng)新。國外大部分的研究成果處于保密狀態(tài)，國內(nèi)研究院所和企業(yè)在對制粒過程的研究中，很多部分還處于探索階段，缺乏全面系統(tǒng)的研究。本文有必要針對環(huán)模制粒機的制粒過程與機理進行研究，分析制粒過程中的影響因素，為提升環(huán)模制粒機整體性能奠定理論基礎(chǔ)。 1．3．2環(huán)模制粒機環(huán)模和壓輥結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化 環(huán)模制粒機中，環(huán)模和壓輥是最重要的工作部件和磨損部件，其性能和質(zhì)量好壞將直接影響制粒機的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)對制粒過程的影響很大，一個性能良好的環(huán)模設(shè)計時應(yīng)考慮到環(huán)模的選材、直徑、壓縮比、模孔形狀、開孔率、環(huán)模厚度、有效長度、?？椎呐挪挤绞降纫蛩?。通過優(yōu)化環(huán)模和壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對提升環(huán)模制粒機的整體性能具有重要的作用。 1．3．3環(huán)模制粒機能耗分析研究 環(huán)模制粒機能耗問題一直被很多科研院所和生產(chǎn)廠家所忽視，制粒能耗在制粒成本中占有一定的比重，能耗過高制約了企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，有必要通過理論分析與工藝試驗來研究環(huán)模制粒機能耗影響因素，為實現(xiàn)節(jié)能降耗提供依據(jù)。 第2章 環(huán)模制粒機高效制粒機理研究 環(huán)模制粒機機理的研究對提高環(huán)模制粒機性能起著至關(guān)重要的作用，但是目前國內(nèi)針對環(huán)模制粒機機理的研究很少，基本屬于空白狀態(tài)。本章將通過物料受力分析、環(huán)模孔受力淺析等，為制粒機性能優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。 2．1環(huán)模制粒機主要結(jié)構(gòu) 環(huán)模制粒機主要由喂料器、調(diào)質(zhì)器、顆粒制造器、調(diào)節(jié)機構(gòu)及潤滑系統(tǒng)組成，(如圖2．1所示)。 1．機座2．磁鐵3．下料斜槽4．壓粒室5．門蓋6．主傳動箱7．調(diào)速電機 8．減速器9．料斗10．下料插f-j 1 1．給料器12．調(diào)質(zhì)器13．調(diào)質(zhì)器減速器 14．調(diào)質(zhì)器電機15、端蓋16．聯(lián)軸器17．主電機18．行程開關(guān)19．加油系統(tǒng) 圖2．I環(huán)模制粒機基本結(jié)構(gòu) 喂料器由電磁調(diào)速電機、減速器、聯(lián)軸器、絞龍軸及絞龍殼體等組成。調(diào)速電機是由變頻電機和減速器組成，它與變頻器配合使用，通過變頻器控制調(diào)速電機，可改變其輸出轉(zhuǎn)速。喂料絞龍由絞龍殼體、絞龍軸和帶座軸承等組成，由可調(diào)速電機通過聯(lián)軸器帶動絞龍軸。 調(diào)質(zhì)器由電機、傳動機構(gòu)、調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)子和殼體、加蒸汽口等部分組成。其功能是注入蒸汽，將配合粉狀物料調(diào)質(zhì)到一定的溫度和濕度后送入制粒室制粒。調(diào)質(zhì)器殼體由不銹鋼制成。 顆粒制粒室主要由主電機、傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)子、環(huán)模、壓輥、刮刀、切刀組件及機身和門等組成。經(jīng)過調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)的粉狀物料，由旋轉(zhuǎn)喂料錐和前板上兩個偏轉(zhuǎn)刮刀將物料均勻地送入兩個壓輥與環(huán)模組成的壓制區(qū)，通過環(huán)模和壓輥兩個相對旋轉(zhuǎn)件對粉狀物料逐漸擠壓而擠入環(huán)?？字谐尚危⒉粩嘞蛲舛藬D出，并由切刀把成形顆粒切成所需的長度，最后成形顆粒從出料口排出。 環(huán)模制粒機中，環(huán)模和壓輥是最重要的工作部件和磨損部件，其性能和質(zhì)量好壞將直接影響制粒機的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。環(huán)模是一種多孔環(huán)形易損件，薄壁、環(huán)?？拙o密分布、制造和裝配尺寸精度要求高。環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)對制粒過程的影響很大，一個性能良好的環(huán)模設(shè)計時應(yīng)考慮到環(huán)模的選材、直徑、壓縮比、環(huán)模孑L形狀、開孔率、環(huán)模厚度、有效長度、?？椎呐挪挤绞降纫蛄?。同時，環(huán)模的轉(zhuǎn)速對制粒產(chǎn)量、顆粒成形率也有較大的影響，最佳環(huán)模線速度可以提高環(huán)模制粒機生產(chǎn)效率，還能提高制粒質(zhì)量和降低制粒能耗。壓輥由于和環(huán)模的線速度基本相等，且壓輥的直徑僅為環(huán)模內(nèi)徑的0.4-0.47，因此壓輥磨損率是環(huán)模的2．5倍左右。所以，壓輥一般用高碳合金鋼或用與壓模同樣的材料制造。為了增強制粒過程中物料的攫取能力，壓輥表面常采用增加摩擦力和耐磨的措施，通常在輥面沿軸向拉絲或開凹坑，且槽溝不出兩端，以免端部跑料。 國外生產(chǎn)的壓輥也有輥面堆焊碳化鎢，這樣既增加了摩擦面，又增加了耐磨性。環(huán)模和壓輥最好同時更換，如果環(huán)模和壓輥僅換其一，將加速模輥的磨損。為了減少昂貴的環(huán)模耗用量，常舍輥保模，延長壓模使用壽命。 2．2制粒過程分析 在飼料工業(yè)中，將粉狀飼料原料或粉狀飼料經(jīng)過水、熱調(diào)質(zhì)并通過機械壓縮且強制通過環(huán)?？锥酆铣尚蔚倪^程，稱之為制粒。研究環(huán)模制粒機的制粒機理即研究顆粒成形的過程。 2．2．1制粒機工作原理 模輥在工作過程中，環(huán)模在電機主動力的驅(qū)動下以一定的轉(zhuǎn)速順時針旋轉(zhuǎn)；隨著調(diào)質(zhì)好的物料進入制粒室，物料開始被攝入工作區(qū)，壓輥借助工作區(qū)內(nèi)摩擦力的作用也開始順時針旋轉(zhuǎn)。隨著模輥的旋轉(zhuǎn)，攝入的物料向前移動加快，擠壓力和物料的密度逐漸增加。當擠壓力增大到足以克服?？變?nèi)物料與內(nèi)壁的摩擦力時，具有一定密度和粘結(jié)力的物料就被擠壓進環(huán)?？變?nèi)。由于模輥的不斷旋轉(zhuǎn)，物料不斷被擠壓進環(huán)模孔，因此，環(huán)模孔內(nèi)的物料經(jīng)成形后被連續(xù)擠壓出環(huán)?？?，并由切刀切斷，形成顆粒狀飼料。 如下圖2．2所示，根據(jù)粉狀飼料在被擠壓過程中不同的狀態(tài)，可將其分為3個區(qū)域，即供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)。 圖2．2環(huán)模制粒機制粒原理示意圖 1)供料區(qū)：由于環(huán)模和壓輥形成的楔形角大于物料層的臨界磨擦角，物料層不會 被攫入，而隨著環(huán)模向前移動，只是堆積在環(huán)模和壓輥之間，隨著變形壓緊區(qū)內(nèi)物料層的前移，逐步補進由環(huán)模和壓輥轉(zhuǎn)動時不斷形成的新的壓緊區(qū)空間內(nèi)。在供料區(qū)內(nèi)，物料基本不受機械外力的影響，但由于環(huán)模的旋轉(zhuǎn)，物料會受到離心力的影響，使得物料緊貼在環(huán)模的內(nèi)壁上。 2)變形壓緊區(qū)：由環(huán)模和壓輥形成的工作楔形角小于物料層的臨界磨擦角，物料層被帶動隨環(huán)模和壓輥的轉(zhuǎn)動而同步運動，向擠壓成形區(qū)移動，且隨著變形壓緊區(qū)內(nèi)任一斷面面積在運動過程中的不斷減小，物料層被逐漸壓緊，物料密度不斷增大，但其內(nèi)部各點的壓強還不足以克服環(huán)模孔內(nèi)壁的磨擦阻力，所以物料層只是不斷被壓縮，但并沒有向環(huán)?？變?nèi)流動。隨著擠壓力的逐漸增大，粉粒體間空隙逐步減小，物料產(chǎn)生不可逆塑性變形。 3)擠壓成形區(qū)：在擠壓成形區(qū)內(nèi)，環(huán)模和壓輥之間的間隙越來越小，擠壓力急劇 增大，粉粒體之間接觸表面積增大，產(chǎn)生較好的粘結(jié)性，并被擠壓進環(huán)模孔內(nèi)。此時的飼料顆粒會產(chǎn)生彈性變形和塑性變形等組合變形，因此顆粒密實程度較大。物料被擠壓出環(huán)?？字笥幸欢ǖ幕貜椔?，即飼料顆粒的直徑略大于環(huán)模孑L直徑。物料的物理性質(zhì)、環(huán)模的長徑比都會影響成形飼料顆粒的回彈率。 從環(huán)模和壓輥工作示意圖2．3中可看出，擠壓力在物料開始被擠壓進環(huán)?？讜r達到最大值，并基本保持到D點。從D點開始卸壓直到F點，擠壓力逐漸降到零。DF段存在擠壓力的原因是經(jīng)過D點的殘余物料在DF段出現(xiàn)膨脹。物料轉(zhuǎn)過F點之后，壓模內(nèi)表面出現(xiàn)經(jīng)膨脹的環(huán)狀粘附層。該粘附層的厚度與模輥間隙、模輥支承結(jié)構(gòu)的剛性及殘余物料的膨脹程度有關(guān)系。環(huán)模和壓輥之間的間隙越大，殘余物料層厚度就越厚，膨脹越甚，粘附層也就會越厚。 圖2．3環(huán)模與壓輥工作示意圖 過環(huán)模圓心O點引一條射線通過擠壓區(qū)臨界點，交環(huán)模和壓輥于A，Al兩點，分別作壓輥表面A點的切線和壓模表面AI點的切線，兩切線相交于C點，∠ACA1即為模輥對物料的攫入角β。開始攫入物料時角β最大，稱為最大攫入角β。當某一物料不斷被擠壓的過程中，攫入角D會從最大逐漸減小，最后變?yōu)榱?。攫取角β實際上是環(huán)模和壓輥形成的楔形角。物料能被模輥攫入的條件是：β小于或等于物料、壓輥之間的摩擦角與物料內(nèi)摩擦角之和。這一條件說明，當物料特性一定時，β越小則物料越容易被攫入。 2．2．2制粒室供料區(qū)物料層分布情況對制粒過程的影響 前面對制粒機環(huán)模工作過程的分析中，環(huán)模制粒機制粒室料層分布區(qū)域的劃分較清楚地解釋了環(huán)模制粒機的工作機理。同時注意到供料區(qū)上物料層厚度的變化將直接影響變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的長度，影響制粒質(zhì)量和生產(chǎn)效率。下面分析環(huán)模制粒機制粒室供料區(qū)物料層厚度的分布情況對變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的影響，探討供料區(qū)物料層厚度的合理分布情況。 在環(huán)模制粒機制粒室中，當供料區(qū)物料層厚度處于最佳值時，變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的長度達到最大。當喂料量偏小，供料區(qū)物料層厚度小于最佳值時，變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)會隨著供料區(qū)厚度的減小而縮短。也就是說供料區(qū)物料層厚度偏小時，變形壓緊區(qū)的起始點將向擠壓成形區(qū)的終點移動，而擠壓成形區(qū)的終點D是恒定不變的。在環(huán)模和壓輥結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下，變形壓緊區(qū)的起始點向擠壓成形區(qū)的終點移動，這時如果要將物料壓到原先的密實程度，理論上講，變形壓緊區(qū)的長度不會縮短，相反還需要適當延長。因為隨著變形壓緊區(qū)向擠壓成形區(qū)區(qū)終點D的移動，在任一相同的區(qū)間長度內(nèi)，空間的縮小量在不斷的變小，導(dǎo)致擠壓成形區(qū)的長度也在減小，進而造成被擠壓進環(huán)?？椎奈锪蠝p少，生產(chǎn)效率降低。 制粒時，供料區(qū)物料層厚度只要小于變形壓緊區(qū)的最大起始點，都將直接影響變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的有效工作長度，并引起工作電流的波動和生產(chǎn)效率的變化。如果供料區(qū)物料層厚度大于變形壓緊區(qū)的最大起始點，即超過供料區(qū)物料層厚度的最佳值。此時除了增加供料區(qū)內(nèi)的物料層的厚度外，是不會對單位時間內(nèi)的環(huán)模制粒機產(chǎn)量和工作電流產(chǎn)生影響的(如圖2．4所示)，即不會引起制粒能耗和生產(chǎn)效率的變化。因為供料區(qū)物料層厚度超過了壓緊區(qū)最大起始點，而變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的長度是不會有任何變化的，多喂入的物料所在供料區(qū)由于攫入角大于環(huán)模和壓輥形成的臨界磨擦角，多余的物料是不會被攫入變形壓緊區(qū)的。在這種情況下隨著喂料量的不斷加大，物料進出平衡被打破，喂料量大于制粒產(chǎn)量，供料區(qū)的物料層會越積越厚，直到堆滿所有空隙，導(dǎo)致環(huán)?？锥氯?，環(huán)模制粒機不能正常工作。因此，在環(huán)模制粒機實際生產(chǎn)過程中，隨著供料區(qū)物料層厚度的變化，環(huán)模制粒機的瞬時生產(chǎn)效率和制粒能耗都會相應(yīng)隨之發(fā)生改變。只要供料區(qū)物料層厚度沒有超過壓緊區(qū)最大起始點時，就不會因為供料區(qū)物料層厚度的增大造成供料區(qū)料層越堆越多，而導(dǎo)致制粒機不能正常工作的現(xiàn)象。因此，在環(huán)模制粒機處于穩(wěn)定的工作過程中，環(huán)模和壓輥是勻速旋轉(zhuǎn)的，如果喂入物料保持不變，每一瞬時的工作狀態(tài)基本上都是相同的，環(huán)模制粒機工作電流波動較小，即制粒能耗也相對穩(wěn)定。 1、 供料區(qū)2、壓緊區(qū)3、擠壓區(qū)4、過多的物料層分布 圖2．4供料區(qū)喂料過多的物料層分布情況 由此可見，能夠引起環(huán)模制粒機生產(chǎn)效率和制粒能耗變化區(qū)域為變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)，而其長度隨著供料區(qū)物料層厚度的變化而在一定范圍內(nèi)變化。所以供料區(qū)物料層厚度存在一最合理的值。也就是說，制粒機實際工作過程中，喂入的物料分布在供料區(qū)的厚度沒有超過變形壓緊區(qū)的最大始入點，環(huán)模制粒機在允許的功率下會正常工作。 如果喂入物料量太大，供料區(qū)物料層厚度超過變形壓緊區(qū)的最大始入點的厚度，供料區(qū)物料層就會堆積并逐漸增大，環(huán)模制粒機就不能正常工作。因此，當環(huán)模制粒機結(jié)構(gòu)參數(shù)和制粒功率一定時，環(huán)模和壓輥之間供料區(qū)物料層厚度存在一最佳值，可以最大程度地提高環(huán)模制粒機生產(chǎn)效率和降低制粒能耗。 2．3平模和壓輥之間物料受力分析 供料區(qū)待制粒物料依靠物料與壓輥和環(huán)模表面的摩擦，被壓輥帶入變形壓緊區(qū)。為了探討該帶入條件，需要研究變形壓緊區(qū)靠近供料區(qū)的一小段物料的受力狀況。平模制粒機被壓入物料受力如圖2．6所示，現(xiàn)對∠ACAl物料三角柱做受力分析?！鰽CA1受到壓輥的擠壓力N，物料與壓輥之間的摩擦力F，受到環(huán)模的壓力Q，物料與環(huán)模之間的摩擦力T，F(xiàn)為物料與環(huán)模、壓輥之間的摩擦系數(shù)。 圖2．5平模制粒原理圖 圖2．6被壓入物料受力分析圖 根據(jù)平模制粒機的制粒原理圖嘲(如圖2．5所示)，分析平模和壓輥之間變形壓緊區(qū)靠近供料區(qū)的一小段物料的受力狀況，物料的受力狀況見圖2．6所示。 阻礙粉料進入變形壓緊區(qū)的力為Nsinβ 將粉料攫入變形壓緊區(qū)的力： Fcosβ+T=FNcosβ+FQ (2．3．1) 另外，保證物料能被壓輥帶入的條件為： FNcos β+FQ≥Nsin β (2．3．2) 由于Q為物料對環(huán)模的擠壓力，所以： Q=Ncosβ+FNsin β (2．3．3) 將式(2．3．3)代入式(2．3．2)中，可以得到： FNcosβ+f(Ncosβ+FNsinβ)≥Sinβ (2．3．4) 整理可得： tanβ≤2F/(1-F２ ) (2．3．5) 由此可見，攫入角β與摩擦系數(shù)f成正比關(guān)系，當物料的成分不同，其摩擦系數(shù)也 不同。因此攫取角也不同，一般f=0．37一0．1，即β≤40--70。。不同的物料之間，β角的差異較顯著，滿足攫取條件即可制粒。當攫入角β一定，環(huán)模和壓輥的尺寸也一定，那么變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的長度就一定，最佳物料層厚度h也就確定了，此時加入過多的物料，不會增加產(chǎn)量，也不會增加能耗。但是，如果不能及時減小物料的供給，物料將會堆積在供料區(qū)，堵塞環(huán)?？?，導(dǎo)致制粒機不能正常工作。 2 . 4 壓輥零件圖 見附圖 2 . 5環(huán)?？字械臄D壓力和摩擦力變化分析 環(huán)模制粒機通過壓輥對物料的擠壓作用，將飼料顆粒從環(huán)模孔中擠壓出來。在制粒過程中，物料在環(huán)模孑L中受到軸向的擠壓力，物料與環(huán)模孔內(nèi)壁之間存在摩擦力，環(huán)?？字械妮S向擠壓力克服物料與環(huán)?？妆诘哪Σ亮?，最后將飼料顆粒擠壓出環(huán)模孑L。因此，有必要對環(huán)?？變?nèi)的軸向擠壓力和摩擦力進行分析，探討影響擠壓壓強和摩擦力大小的因素，以及對制粒過程的影響。、物料在環(huán)?？字械氖芰顩r圖中顯示，物料從右邊的環(huán)?？走M料口進入，壓制成形的飼料顆粒從左邊出料口被擠出，環(huán)模孔直徑為D，環(huán)?？卓傞LLp。物料在環(huán)模孔進料口受到擠壓力E，物料與環(huán)?？變?nèi)壁之間的摩擦力F。。圖中的dV是體積的微分表達。dV包含了物料的厚度變量dX和環(huán)?？装霃絩。那么軸向擠壓物料的壓強可以用微分dX來表示 首先簡化環(huán)?？走M料口的形狀，將進料口錐形倒角忽略，如圖所示的物料進料口的形式為直形孔。再假設(shè)軸向擠壓力的微分表達魍在整個環(huán)?？椎臋M截面積仃2上為固定值。將物料擠出環(huán)?？椎臄D壓力的大小將從進料口到出料口會逐漸遞減，把物料擠壓進環(huán)模孔時所需的擠壓力是最大的。在上圖中把皿定義為正值。摩擦力妲?？梢员硎緸椋? 為了能更好地將X軸方向的軸向擠壓力dFx與摩擦力dFμ。關(guān)聯(lián)起來，并分析它們之間的作用關(guān)系。首先假設(shè)制粒物料是正交異性物料，只發(fā)生彈性變形。那么應(yīng)力和應(yīng)變之間滿足胡克定律，呈線性變化關(guān)系。在分析過程中，需要忽略模型的塑性變形。 2．6環(huán)模失效分析 制粒機是飼料生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵設(shè)備，而環(huán)模是制粒機工作的心臟部件，也是制粒機最容易磨損的零件之一。在制粒過程中，當顆粒的成形率下降到75％時，稱之為環(huán)模失效。研究環(huán)模失效的原因，改善環(huán)模的使用條件，對提高顆粒產(chǎn)量和質(zhì)量、降低制粒能耗、減少生產(chǎn)成本等方面有著重要意義。 觀察飼料生產(chǎn)廠家使用失效后的環(huán)模，根據(jù)環(huán)模實際失效現(xiàn)象來看，環(huán)模的實效形式大致可以分成五類： 1)環(huán)模工作一段時間后，環(huán)?？變?nèi)壁磨損嚴重，環(huán)模孔徑增大，所生產(chǎn)的顆粒飼 料直徑超過規(guī)定值而失效。 2)環(huán)模內(nèi)壁磨損后，內(nèi)表面凹凸不平嚴重，使飼料在制粒過程中流動受阻，顆粒飼料產(chǎn)量下降而失效。 3)環(huán)?？走M料口倒角斜面磨損嚴重，壓輥擠壓物料的過程中，進料量減少，擠壓力減小，物料不能流暢地從環(huán)模孔中擠出成形，環(huán)?？锥氯?，最終導(dǎo)致環(huán)模失效。 4)環(huán)模和壓輥之間的間隙過小造成過大的載荷和磨擦力，導(dǎo)致了在制粒過程中環(huán)模表層材料沿磨擦力方向產(chǎn)生塑性變形，并使得環(huán)?？兹肟诙俗冃?，環(huán)?？走M入物料困難而失效。 5)環(huán)模內(nèi)壁磨損后，內(nèi)徑增大，環(huán)模厚度減小，同時環(huán)?？變?nèi)壁也隨著磨損，使 各出料小孔間的壁厚不斷減薄，導(dǎo)致環(huán)模結(jié)構(gòu)強度下降，在最危險的截面上首先出現(xiàn)裂紋并不斷擴大，直到裂紋延伸到較大的范圍而導(dǎo)致環(huán)模失效。產(chǎn)生上述五種失效現(xiàn)象的實質(zhì)性原因，歸納起來可以分為交變應(yīng)力下的疲勞破壞失效和磨粒磨損失效。 2．6. 1磨粒磨損失效 磨損原因很多，分為正常磨損、不正常磨損。正常磨損原因主要有物料的配方、粉碎粒度、物料的調(diào)質(zhì)質(zhì)量等。正常磨損情況下環(huán)模出現(xiàn)軸向均勻磨損，導(dǎo)致環(huán)模模孔內(nèi)徑增大，壁厚變薄。不正常磨損主要原因：壓輥調(diào)得過緊，與環(huán)模間隙太小，互相磨損嚴重；勻料器角度不好，導(dǎo)致分配物料不均勻而環(huán)模內(nèi)壁局部磨損嚴重；環(huán)模內(nèi)掉進金屬而磨損等。由于以上的原因，環(huán)模多出現(xiàn)不規(guī)則磨損，多為腰鼓形。 2. 7環(huán)模顆粒機總裝圖 見附圖 2．8本章小結(jié) 本章對環(huán)模制粒機制粒過程中的料層分布、環(huán)模和壓輥之間被壓入物料高度、環(huán)?？资芰顟B(tài)、環(huán)模強度以及環(huán)模的失效問題進行了分析，總結(jié)如下： 1)粉狀物料在擠壓制粒過程中三個區(qū)域的劃分很好的闡述了制粒過程，供料區(qū)物料厚度的變化將直接影響顆粒飼料的生產(chǎn)效率和制粒能耗，因此，環(huán)模制粒機在壓制不同物料的情況下，供料區(qū)物料層的厚度都有一最佳值。 2)推導(dǎo)出環(huán)模與壓輥之間被壓入物料高度的計算公式，即供料區(qū)物料層厚度。供料區(qū)物料層厚度與環(huán)模、壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)和物料的攫取角有關(guān)。 3)環(huán)模孔在制粒過程中的軸向擠壓力與物料的泊松比、物料與環(huán)?？字g的摩擦系數(shù)、環(huán)?？字睆?、環(huán)?？咨疃纫约拔锪鲜艿江h(huán)?？椎念A(yù)應(yīng)力有關(guān)系。軸向的擠壓壓強隨著環(huán)模孔深度的增大呈指數(shù)形式增大，且在環(huán)模孔進料口處的軸向擠壓壓強達到最大。 4)在環(huán)模制粒機制粒過程中，環(huán)模受到的壓輥對它產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力，著重分析了彎曲應(yīng)力和接觸壓應(yīng)力產(chǎn)生的原因和對環(huán)模使用壽命的影響。 5)環(huán)模的失效原因主要有交變應(yīng)力的作用和磨粒磨損兩種，非對稱循環(huán)的交變應(yīng)力會使環(huán)模產(chǎn)生疲勞破壞。環(huán)模在制粒過程中會產(chǎn)生正常的磨粒磨損。當模輥間隙過小，物料中含有過硬的雜質(zhì)等因素會造成環(huán)模和壓輥的非常規(guī)磨損，大大縮短了環(huán)模和壓輥的使用壽命。 第3章 環(huán)?？椎氖芰\析 3．1環(huán)?？椎淖冃渭坝绊? 3．1．1環(huán)?？桩a(chǎn)生塑性變形的原因分析 由機械零件失效形式可知，塑性變形是指不同材料在載荷或者摩擦力較大的情況下，材料表面相互接觸，其中接觸面材料表面沿摩擦力作用方向產(chǎn)生過大接觸應(yīng)力并發(fā)生不可恢復(fù)的永久變形?？梢酝ㄟ^對環(huán)模和壓輥的受力狀況分析，獲得環(huán)?？姿苄宰冃萎a(chǎn)生的原因和主要的影響因素。下面取環(huán)模和壓輥工作部分作為分析對象。 當環(huán)模受到壓輥對它的擠壓力，物料對它的摩擦力，電機對它的驅(qū)動力矩以及壓輥在環(huán)模通過物料傳遞的驅(qū)動力作用下自轉(zhuǎn)。由于電機對環(huán)模的驅(qū)動力矩是定值，環(huán)模半徑也不會變化，因此環(huán)模傳遞的圓周力不變。而壓輥對環(huán)模的正壓力是由壓輥對環(huán)模的壓緊程度決定的，取決于環(huán)模和壓輥之間間隙大小。摩擦力大小為壓輥和環(huán)模接觸區(qū)內(nèi)的正壓力與摩擦系數(shù)的乘積。摩擦力對制粒過程有著重要影響。 影響摩擦力大小的因素之一為壓輥對環(huán)模的正壓力，正壓力是由壓輥和環(huán)模之間間隙和物料對環(huán)模擠壓力綜合作用下產(chǎn)生的，壓輥和環(huán)模裝配好之后會有一定大小的張緊力，而張緊力與模輥間隙之間存在一定的關(guān)系。當模輥間隙、物料種類和喂料量一定的情況下，張緊力的大小是一定的。張緊力與壓輥對環(huán)模的正壓力之間存在一個固定的比值，即杠桿比。當環(huán)模和壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時，杠桿比為一個常量。因此分析摩擦力可以轉(zhuǎn)移到分析環(huán)模與壓輥之間張緊力的大小。也就是說摩擦力的大小取決于壓輥對環(huán)模的張緊程度，并隨著張緊力的增大而增大。張緊力在環(huán)?？姿苄宰冃芜^程中起著主要作用。由此可見，環(huán)模制粒機可以通過調(diào)整模輥間隙改變環(huán)模和壓輥的張緊程度，同時也會影響到摩擦力。 從以上分析可以看出，環(huán)?？桩a(chǎn)生塑性變形是由于壓輥調(diào)整時張緊力過大導(dǎo)致壓輥與環(huán)模間接觸過緊。在低速重載的工作條件下造成過大的載荷和磨擦力，又因為環(huán)模為多孔、薄壁、環(huán)形結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低了環(huán)模自身的機械強度。最終會導(dǎo)致制粒過程中環(huán)模內(nèi)壁表層材料沿摩擦力方向產(chǎn)生塑性變形，環(huán)?？走M料口產(chǎn)生嵌入孔中的凸棱，縮小環(huán)?？走M料口的大小，影響制粒過程。 3．1．2環(huán)模孔塑性變形對環(huán)模制粒機性能的影響 環(huán)?？姿苄宰冃螄乐赜绊戯暳铣尚蔚男Ч档铜h(huán)模制粒機生產(chǎn)效率，縮短環(huán)模使用壽命，嚴重時甚至會使環(huán)模失效。 3．1．3對制粒機生產(chǎn)效率的影響 環(huán)模和壓輥之間的張緊力在環(huán)模孔的塑性變形過程中起著重要的作用，實質(zhì)上很大程度上就是環(huán)模和壓輥之間間隙大小調(diào)整的問題。過大的模輥間隙會使壓輥和環(huán)模之間制粒物料進入角度增大，從而降低壓輥沿環(huán)?？纵S線方向的擠壓力，會造成不能有效地克服物料和環(huán)模孔內(nèi)壁之間的摩擦力，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，嚴重時甚至會造成壓輥沿環(huán)?？纵S線方向的擠壓力不足以克服?？變?nèi)壁和物料之間的摩擦力，而導(dǎo)致飼料顆粒不能不能被擠壓出來，待制粒顆粒物料只是沿著環(huán)模內(nèi)表面滑移而不會進入環(huán)模孔內(nèi)。而過小模輥間隙能較大程度地增加壓輥沿環(huán)?？纵S線方向的擠壓分力，但也會使壓輥與環(huán)模間張緊過緊而導(dǎo)致環(huán)?？桩a(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致環(huán)?？走M料口變小而約束了待制粒物料的通過量，使得環(huán)模制粒機生產(chǎn)效率的下降，造成顆粒飼料生產(chǎn)成本的上升。同時，也增加了環(huán)模破裂失效的可能性。在設(shè)計環(huán)模和壓輥結(jié)構(gòu)參數(shù)時，其中需要考慮的一個主要因素是盡可能提高環(huán)模制粒機生產(chǎn)效率。但是，也必須同時兼顧避免環(huán)?？姿苄宰冃蔚漠a(chǎn)生。 3．1．4對制粒質(zhì)量的影響 無論是從飼料顆粒的生產(chǎn)，還是從飼料顆粒的轉(zhuǎn)化率效果來說，顆粒質(zhì)量都是主要的考慮因素。雖然顆粒質(zhì)量并不是僅僅由環(huán)模制粒機的制粒過程所決定，也與待制粒物料的粉碎粒度和調(diào)質(zhì)效果等因素有關(guān)。但環(huán)?？椎乃苄宰冃巫鳛橛绊懼屏ＰЧ某Ｒ姾椭饕蛞财鹬^大的作用。其影響過程是由于塑性變形導(dǎo)致了環(huán)?？走M料口端變小，使得通過環(huán)?？椎拇屏Ｎ锪狭髁渴艿较拗?，進而導(dǎo)致顆粒成形時環(huán)?？讓ξ锪霞拔锪献陨硐嗷ラg的擠壓力減小，從而影響飼料顆粒的密實程度和顆粒表面的光潔度。最終導(dǎo)致了顆粒飼料易碎、粉化率高、制粒質(zhì)量下降。 3．1．5對環(huán)模使用壽命的影響 環(huán)模孔的塑性變形由于在發(fā)生初期跡象并不明顯，環(huán)模內(nèi)表面上也沒有什么明顯的肉眼可見的變化，一般表現(xiàn)出來的狀況為生產(chǎn)能力或每小時產(chǎn)量的輕微減少，往往易被操作人員所忽略。在制粒過程中，當環(huán)模出現(xiàn)塑性變形時，操作人員會以為是環(huán)模和壓輥之間的間隙變大導(dǎo)致環(huán)模制粒機的生產(chǎn)效率下降，于是便很自然地更進一步地調(diào)緊模輥之間的間隙。這樣做反而會使塑性變形的程度更趨惡化，極大地縮短環(huán)模的使用壽命。?？椎乃苄宰冃卧絿乐?，待制粒物料能通過環(huán)?？椎牧恳簿驮叫　－h(huán)模在這種狀態(tài)下長時間的制粒會導(dǎo)致塑性變形狀況越嚴重，久而久之就會造成環(huán)模不可修復(fù)的損壞而不得不提前更換新的環(huán)模，增加了配件和維修的費用。 3．2影響環(huán)?？纵S向擠壓壓強因素的分析 在上一章中分析了環(huán)?？字袛D壓力和摩擦力的狀況，并且得出了擠壓壓強的計算公式。由制粒擠壓壓強的計算公式可以看出，環(huán)模制粒壓強的大小隨著環(huán)?？组L度的增大而變太的；相反，制粒壓強隨著環(huán)模孔直徑的增大而減小。而環(huán)模孔長度與環(huán)?？字睆降谋戎禐殚L徑比。分析環(huán)?？组L徑比和物料泊松比對制粒壓強的影響很重要，能過更好地了解制粒機的工作過程。 3．2．1物料泊松比和摩擦系數(shù)對環(huán)?？纵S向擠壓壓強的影響分析 對于不同特性的物料對制粒壓強的影響是非常明顯的。環(huán)模制粒機工作時，所需最小的制粒壓強隨著環(huán)?？组L度的增加而呈指數(shù)形式增加。制粒的過程實際上是克服物料與環(huán)模孔壁之間的摩擦力，將物料順利從環(huán)?？字袛D壓出來的過程。而物料在環(huán)模孔內(nèi)會受到預(yù)應(yīng)力的作用，因此，有必要分析環(huán)?？變?nèi)預(yù)應(yīng)力對制粒過程的影響情況。 物料摩擦系數(shù)和泊松比是影響環(huán)模孔中軸向擠壓壓強的重要參數(shù)，首先假設(shè)物料與環(huán)模孔壁的摩擦系數(shù)為0．5，環(huán)?？字睆綖?mm，因為上式中昂。為未知條件，且只與日。的大小呈一定的線性關(guān)系，所以可以求只／昂。的值。泊松比‰的值從0．1到0．8之間增大，長徑比從0一直增大到10，繪制下圖3．2所示的曲線。 圖3．2不同泊松比的物料在不同長徑比下制粒所需的擠壓壓強 從上圖3．2中的八條曲線可以看出： 當泊松比和環(huán)?？字睆揭欢〞r，增大環(huán)?？组L度，即增大長徑比，對制粒過程中所需的制粒壓強會呈指數(shù)形式增長；在相同的長徑比下，增大物料的泊松比，制粒壓強的大小增長非常明顯。由此可見，環(huán)?？组L徑比和物料泊松比對制粒過程中克服物料與環(huán)?？妆谀Σ亮Υ笮〉挠绊懞艽?，因此在設(shè)計環(huán)模孔長徑比時應(yīng)充分考慮物料的特性，盡量減小制粒壓強，使制粒過程更穩(wěn)定，也在一定程度上減輕環(huán)模的磨損，降低制粒能耗。 3．2．2環(huán)?？组L徑比對環(huán)?？纵S向擠壓壓強的影響分析 下面分析當環(huán)模孔長度不變，環(huán)?？讖降淖兓瘜χ屏簭姷挠绊?。長徑比為環(huán)模孔長度與環(huán)?？字睆降谋戎?，增大環(huán)?？字睆剑鄳?yīng)的長徑比就會減小。分別取環(huán)?？字睆綖?rnm、7mm、8mm、9mm、l 0mm五種情況分析，物料泊松比為0．5，摩擦系數(shù)為0．5，繪制曲線如下圖3．7所示： 圖3．3環(huán)模孔直徑與擠壓壓強的關(guān)系曲線 由上圖3．3可知，當環(huán)?？组L度一定，增大環(huán)?？椎闹睆剑L徑比相應(yīng)的減小，制粒壓強也會相應(yīng)的減小。當然以上的分析是基于不考慮環(huán)?？追植悸?、環(huán)?？讖姸鹊葪l件下，分析環(huán)?？组L徑比對制粒過程的影響。而在實際情況下，不同物料的泊松比和物料與環(huán)模孔內(nèi)壁的摩擦系數(shù)都是不同的。因此，需要綜合考慮環(huán)?？组L徑比、預(yù)應(yīng)力、摩擦系數(shù)、泊松比等因素的影響，針對不同的物料，設(shè)計出最適合這種物料特性的環(huán)?？组L徑比。 3．3本章小結(jié) 本章分析了環(huán)?？椎乃苄宰冃萎a(chǎn)生的原因和環(huán)模孔進料口的受力狀況；物料特性和環(huán)模孔長徑比對制粒過程中環(huán)?？字械妮S向擠壓力的影響；環(huán)模、壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)對與環(huán)模制粒機生產(chǎn)效率之間的關(guān)系，總結(jié)如下： 1)環(huán)模孔塑性變形具有隱蔽性，過小的環(huán)模和壓輥間隙是導(dǎo)致環(huán)?？桩a(chǎn)生塑性變形的主要原因。當環(huán)模內(nèi)表面產(chǎn)生塑性變形時，在環(huán)模孔進料13處會產(chǎn)生嵌入環(huán)?？字械耐估?，減小了環(huán)?？走M料口的面積，產(chǎn)生降低制粒質(zhì)量，減小生產(chǎn)效率，縮短使用壽命的后果。 2)環(huán)模孔進料口倒角的變化會直接影響環(huán)?？纵S向擠壓力的大小。從環(huán)?？子邢拊治黾敖Y(jié)果中可以看出環(huán)?？椎菇窃叫?，環(huán)?？走M料口的應(yīng)力就會越大。取較大角度的環(huán)?？走M料口倒角時，環(huán)模孔的結(jié)構(gòu)較好，產(chǎn)生塑性變形的可能性也越小。 3)環(huán)模孔的長徑比、物料泊松比和摩擦系數(shù)與環(huán)?？字械妮S向擠壓壓強大小有密切的聯(lián)系，環(huán)?？组L徑比的增大，會使環(huán)?？走M料口的軸向擠壓壓強呈指數(shù)形式增大，導(dǎo)致環(huán)?？资芰Σ痪鶆?，并增加制粒能耗。針對不同特性的物料，需要設(shè)計不同長徑比的環(huán)模，這樣可以最大限度的降低擠壓物料所用的擠壓力，獲得較好的制粒質(zhì)量，并在一定程度上降低制粒能耗。 4)環(huán)模、壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)和物料的攫取角與環(huán)模制粒機的生產(chǎn)效率有著密切的關(guān)系。兩輥、三輥和大小輥式環(huán)模制粒機的生產(chǎn)率都會隨著物料攫取角的增大而提高，物料攫取角越大，生產(chǎn)率提高越明顯。通過對大小輥和三輥環(huán)模制粒機壓輥的分析與優(yōu)化，得出對于攫取角較小的物料，采用大小輥和三輥，都可以在一定程度上提高環(huán)模制粒機的生產(chǎn)效率；當物料攫取角較大時，生產(chǎn)效率提高不明顯。 第4章 研究的意義及應(yīng)用 4 . 1 研究的意義 從第一章的研究背景我們了解到中國的機械行業(yè)正在不斷的高速發(fā)展，但在飼料機械上面，目前世界上還留有很多的空白，而隨著養(yǎng)殖業(yè)內(nèi)容的不斷擴大，對飼料機械的需求也越來越大，研發(fā)高品質(zhì)、高效率、環(huán)保、低消耗的飼料機械產(chǎn)品已成為支持飼料工業(yè)發(fā)展的迫切需求。但目前國內(nèi)的環(huán)模制粒機性能仍然存在制粒質(zhì)量差，生產(chǎn)效率偏低、使用壽命很短以及能耗偏高等缺陷，這極大地限制了國內(nèi)環(huán)模制粒機技術(shù)的發(fā)展。研究環(huán)模制粒機理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對設(shè)計出具有國際先進水平的制粒機具有積極的推進作用，對提高制粒質(zhì)量與制粒效率，提升我國制粒機產(chǎn)品的國際競爭力、進而提升飼料機械整體設(shè)計、制造水平，促進飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實用價值。由此可見，研究飼料機械的機械原理，從原理出發(fā)，如何提高飼料機械性能成為提高飼料機械行業(yè)的主要內(nèi)容。 本課題著重研究了環(huán)模制粒機的機械性能原理，引論目前我國最為先進的飼料機械生產(chǎn)技術(shù)，通過對制粒過程分析、平模與壓輥之間的物料受力分析、影響環(huán)?？纵S向擠壓壓強因素的分析等，優(yōu)化環(huán)模和壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)，降低制粒能耗提供了一些依據(jù)。 4 . 2 制粒機的設(shè)計優(yōu)化在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用 4 . 2 . 1 各系列的環(huán)模制粒機特點及性能參數(shù) ①SZLH25畜禽型環(huán)模制粒機 ?產(chǎn)品特點： 1、該機是生產(chǎn)顆粒飼料的關(guān)鍵設(shè)備，適用于年產(chǎn)1500噸級的小型飼料廠、水產(chǎn)養(yǎng)殖場和專業(yè)戶生產(chǎn)禽、畜、水產(chǎn)顆粒飼料。 2、該機喂料系統(tǒng)采用無級變速電機控制，調(diào)速方便，主傳動系統(tǒng)采用齒輪傳動。 3、具有產(chǎn)量高、噪音小、耗能低，工作壽命長，操作維護簡便等優(yōu)點，并設(shè)有磁選除鐵和過載保護裝置，工作安全可靠。 主要技術(shù)及性能參數(shù)： 主機功率 15kw 生產(chǎn)能力 0.5-1.5t/h 喂料絞龍功率 0.37kw 調(diào)質(zhì)器功率 1.5kw 環(huán)模直徑 ?250 顆粒規(guī)格 ?2-?18 ②SZLH320/SZLH350畜禽型環(huán)模制粒機 產(chǎn)品特點： 1、高效的一級齒輪傳動，保證能量的最大轉(zhuǎn)移。 2、全不銹鋼喂料器，變螺距防結(jié)拱機構(gòu)，采用電磁調(diào)速控制。 3、不銹鋼調(diào)質(zhì)器，采用軸向進蒸汽，大大提高調(diào)質(zhì)熟化時間和效果。 4、高精度的傳動齒輪和齒輪軸采用滲碳淬火，傳動平穩(wěn)、噪聲低、壽命長。 5、齒輪箱的材質(zhì)和傳動孔的高精度來自于專業(yè)鑄造廠的鑄造技術(shù)和數(shù)控加工設(shè)備的保證。 主要技術(shù)及性能參數(shù)： 型號 生產(chǎn)能力（t/h） 主機功率（kw） 調(diào)質(zhì)器功率（kw） 喂料器功率（kw） 環(huán)模內(nèi)徑（mm） 顆粒規(guī)格（mm） SZLH320 2-5 37/45 2.2 0.55 ￠320 ￠2-18 SZLH350 2-7 55 3 0.75 ￠35