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顆粒飼料壓制機(jī)模輥間隙的探討 已關(guān)閉
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摘 要 根據(jù)環(huán)模式顆粒飼料壓制機(jī)壓模壓輥的工作過(guò)程,分析了模輥間隙大小對(duì)制粒性能參數(shù)如生產(chǎn)率、電耗和顆粒加工質(zhì)量的影響;提出了在實(shí)際生產(chǎn)中確定模輥大小的原則以及模輥間隙調(diào)整方法的改進(jìn)意見(jiàn).
關(guān)鍵詞 顆粒飼料 壓制機(jī) 模輥間隙 1 前言 顆粒的成形是配合飼料生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)十分重要的工序,它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。目前,用于顆粒成形的設(shè)備幾乎都采用環(huán)模式顆粒飼料壓制機(jī)。這種壓制機(jī)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(guò)壓輥處的偏心機(jī)構(gòu)在停機(jī)時(shí)進(jìn)行調(diào)整,范圍一般為O~4.5mm。將該間隙設(shè)計(jì)成可調(diào),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(diào)?。欢欠奖銐耗5牟鹧b及堵塞時(shí)的清理。幾乎所有壓制機(jī)的技術(shù)文件及資料均推薦,模輥的工作間隙應(yīng)在0.1~0.5mm之間,太大會(huì)使生產(chǎn)率下降。在實(shí)際生產(chǎn)中,因該間隙難以測(cè)量,故常采用“間斷接觸法”來(lái)調(diào)整,即在壓模內(nèi)表面無(wú)物料情況下調(diào)整壓輥,使之在壓模轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)處于似轉(zhuǎn)非轉(zhuǎn)狀態(tài).然后,模輥間隙是否在0.1~0.5mm之間呢?加大間隙使生產(chǎn)率下降的原因是什么,影響有多大以及有沒(méi)有正面或其他負(fù)面影響?迄今為止,還鮮見(jiàn)這方面內(nèi)容的論述。為此,本文就以上問(wèn)題進(jìn)行探討,以祈對(duì)壓制機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用者有所裨益。 2 壓模壓輥的工作情況 壓模在主動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下以一定的轉(zhuǎn)速ω順尉針旋轉(zhuǎn);厚度為h的料層從A點(diǎn)開(kāi)始被攝進(jìn)擠壓區(qū);壓輥借助擠壓區(qū)內(nèi)摩擦力的作用也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。隨著模輥的旋轉(zhuǎn),攝入的物料向前移動(dòng)加快,擠壓力和物料密度度逐漸增加;當(dāng)擠壓力增大到足以克服??變?nèi)料栓與孔壁的摩擦力時(shí),具有一定密度和粘結(jié)力的物料便被擠進(jìn)模孔內(nèi).由于模輥不斷攝入物料,故模孔內(nèi)的物料經(jīng)成形后被連續(xù)出??祝蔀閳A柱狀顆粒。 擠壓區(qū)內(nèi)的擠壓力在物料開(kāi)始被擠壓進(jìn)??讜r(shí)達(dá)到最大值,并基本保持到C點(diǎn)。從C點(diǎn)卸壓開(kāi)始至F點(diǎn),擠壓力才逐漸降到零。CF存在擠壓力的原因,是因?yàn)榻?jīng)過(guò)C點(diǎn)的殘余物料在該段出現(xiàn)膨脹的緣故。F點(diǎn)后,壓模內(nèi)表面出現(xiàn)了經(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)。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(guò)壓模圓心O引一射線通過(guò)擠壓區(qū),交模輥于A,Bx兩點(diǎn);分別引A1B1的切線相交于D點(diǎn),∠A1DB1定義為模輥對(duì)物料的攝入角β,開(kāi)始攝入物料時(shí)角β-最大,稱(chēng)為最大攝入角βmax。對(duì)某一物料而言,角β隨其被不斷壓實(shí)、擠出而減小,直至為零(C點(diǎn)處);β角實(shí)際上是模輥形成的楔形角。據(jù)有關(guān)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(nèi)摩擦角之和。這一條件說(shuō)明,當(dāng)物料性一定時(shí),βmax越小則物料越易被攝入。 3 粘附層使制粒工況發(fā)生變化 由前所述可知,當(dāng)模輥間隙為零時(shí),粘附層厚度主要取決于模輥支承結(jié)構(gòu)的剛性,這里可忽略;當(dāng)增大模輥間隙時(shí),出現(xiàn)了粘附層。這一粘附層使制粒工況發(fā)生了如下變化。 3.1 在相同生產(chǎn)率條件下,增加了需壓實(shí)的厚度 相同生產(chǎn)率,意味著進(jìn)入壓制機(jī)制粒腔的物料量相同。增大間隙后壓模內(nèi)表面的物料層分布情況。 零間隙時(shí),壓模內(nèi)表面的未壓物料層體積為: 2Rπhb-S (1) 增大間隙時(shí),壓模壓表面的未壓實(shí)物料層體積為:2πh2b[R-(△h+h1)]-S1 (2)式中:R———壓模內(nèi)環(huán)半徑,mm, b——壓模有效工作寬度,mm; h——零間隙時(shí)未壓實(shí)物料環(huán)中壓輥占去的體積,mm; S——零間隙時(shí)未壓實(shí)物料環(huán)中壓輥占去的體積,mm3; S1——增大間隙時(shí)未壓實(shí)物料環(huán)中壓輥占去的體積,mm3. 要使制粒生產(chǎn)率相同,則式(1)等于式(2);又S≈S1,故化簡(jiǎn)后有: Rh=[R-(△h+h1)]h2式中:∵R-(△h+h1)<R ∴h2>h h1+h2>h (3) 式(3)說(shuō)明,增大間隙后,如生產(chǎn)率與零間隙時(shí)相同,則需增加物料的壓實(shí)厚度。這也意味著最大攝入角β-max也增大了。間隙越大,壓實(shí)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(shí) 模輥工作時(shí),原有的粘附層絕大部分被壓入???,并出現(xiàn)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(shí)至△h,膨脹部分h1被壓實(shí)一次。對(duì)于兩輥結(jié)構(gòu)的壓制機(jī)來(lái)說(shuō),壓模每轉(zhuǎn)一周,膨脹部分將壓實(shí)四次。當(dāng)壓制機(jī)連續(xù)工作時(shí),膨脹部分則不斷被壓實(shí)。 3.3 物料受擠壓的行程變長(zhǎng) 在同一壓模及物料情況下,物料被壓入??讜r(shí)所需的最大擠壓力基本與模輥間隙無(wú)關(guān)。但由圖2可看出,因出現(xiàn)了粘附層,物料從開(kāi)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(cè)漏料更甚 物料在受擠壓過(guò)程中,總是往阻力較小的方向運(yùn)動(dòng)。因此,即使模輥處于零間隙工作狀態(tài),壓輥兩側(cè)也會(huì)出現(xiàn)一定程度的漏料現(xiàn)象。當(dāng)模輥間隙增大出現(xiàn)粘附層時(shí),壓輥兩側(cè)的漏料空間更大,阻力更小,模輥工作時(shí)物料被擠向壓輥兩側(cè)的現(xiàn)象更嚴(yán)重些。 4 間隙大小對(duì)制粒性能參數(shù)的影響 4.1 生產(chǎn)率與噸產(chǎn)品耗電量 從圖3來(lái)分析物料被攝入時(shí)的受力情況。圖中,壓模以ω速度旋轉(zhuǎn),物料在A點(diǎn)開(kāi)始被攝入。N為壓輥?zhàn)饔糜谖锪系恼龎毫?,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(shí)。由前面分析可知,模輥間有間隙時(shí)的最大攝入角大于零間隙時(shí)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(jī)會(huì)增加,間隙過(guò)大時(shí)甚至無(wú)法攝入物料.②設(shè)模輥有間隙時(shí)的最大攝入角與零間隙時(shí)的最大攝入角之差為厶D一范圍內(nèi),至少P1在壓實(shí)物料時(shí)多做了功,即多消耗了動(dòng)力。 此外,增大間隙后粘附層不斷被壓實(shí),物料受擠壓的行程變長(zhǎng),壓輥兩側(cè)漏料也 不同程度地消耗了動(dòng)力。 綜上得出,在壓制機(jī)生產(chǎn)率相同條件下,模輥間隙增大,則消耗的動(dòng)力增加;若消耗的動(dòng)力增加則生產(chǎn)率下降。 試驗(yàn)得出的一臺(tái)壓制機(jī)間隙大小與噸產(chǎn)品耗電量的關(guān)系??煽闯?,模輥間隙由零增大到3.5mm時(shí),噸產(chǎn)品耗電量由14kWh增加到19.5kWh,噸產(chǎn)品耗電量隨間隙的增大呈指數(shù)規(guī)律增加。 4.2 顆粒加工質(zhì)量 衡量顆粒加工質(zhì)量的重要指標(biāo)是硬度和堅(jiān)實(shí)度.在正常情況下及一定范圍內(nèi),顆粒硬度越高,其堅(jiān)實(shí)度也越高,顆粒加工質(zhì)量越好。 增大模輥間隙后,模的內(nèi)表面出現(xiàn)了粘附層,使物料被擠壓的行程變大,??變?nèi)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(jié)力增大,提高了顆粒的堅(jiān)實(shí)度。壓制機(jī)間隙大小與顆粒硬度的關(guān)系,它是由試驗(yàn)得出的,圖中,模輥間隙由零增大到3。5mm時(shí),顆粒硬度由36N增加到65N。顆粒硬度也隨間隙的增大呈指數(shù)規(guī)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(fā)生變化,壓制機(jī)的能耗增加。這部分增加的能耗,幾乎都轉(zhuǎn)變成熱能,使成形后的顆粒溫度上升。據(jù)試驗(yàn),模輥間隙由零增大到4mm時(shí),成形后的顆粒溫度由73℃增加到90℃。這對(duì)于后續(xù)的冷卻干燥工序是極為有利的。 5 結(jié)語(yǔ) 從以上探討可得出結(jié)論:在一定范圍內(nèi)增大壓模壓輥的間隙,會(huì)使生產(chǎn)率下降,噸產(chǎn)品耗電量上升,顆粒加工質(zhì)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(shí))壓制機(jī)的模輥工作間隙可調(diào)至較小或零。此時(shí)物料最易被攝入,生產(chǎn)率最高,噸產(chǎn)品耗電量最低,壓制機(jī)處于最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài);如用其他手段無(wú)法解決顆粒加工質(zhì)量問(wèn)題,或配方中含油脂較高,或無(wú)法降低干燥后的產(chǎn)品含水率時(shí),可適當(dāng)增大模輥間隙。 為避免將模輥間隙調(diào)大后造成起動(dòng)困難,最好能將壓制機(jī)設(shè)計(jì)成在運(yùn)行中也可調(diào)整模輥間隙.這樣,在起動(dòng)時(shí)可將間隙調(diào)??;在正常運(yùn)行時(shí)再將間隙按需要調(diào)大。其優(yōu)點(diǎn)除了便于起動(dòng)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(shí)上,國(guó)外已出現(xiàn)了此種壓制機(jī)。這種技術(shù)值得國(guó)內(nèi)的同行借鑒. |