摘 要 根據(jù)環(huán)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(shù)如生產(chǎn)率、電耗和顆粒加工質(zhì)量的影響；提出了在實際生產(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(chǎn)過程中的一個十分重要的工序，它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。目前，用于顆粒成形的設備幾乎都采用環(huán)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(gòu)在停機時進行調(diào)整，范圍一般為O～4．5mm。將該間隙設計成可調(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)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(chǎn)率下降。在實際生產(chǎn)中，因該間隙難以測量，故常采用“間斷接觸法”來調(diào)整，即在壓模內(nèi)表面無物料情況下調(diào)整壓輥，使之在壓模轉(zhuǎn)動時處于似轉(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有正面或其他負面影響?迄今為止，還鮮見這方面內(nèi)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(chǎn)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(qū)動下以一定的轉(zhuǎn)速ω順尉針旋轉(zhuǎn)；厚度為h的料層從A點開始被攝進擠壓區(qū)；壓輥借助擠壓區(qū)內(nèi)摩擦力的作用也順時針旋轉(zhuǎn)。隨著模輥的旋轉(zhuǎn)，攝入的物料向前移動加快，擠壓力和物料密度度逐漸增加；當擠壓力增大到足以克服模孔內(nèi)料栓與孔壁的摩擦力時，具有一定密度和粘結(jié)力的物料便被擠進?？變?nèi)．由于模輥不斷攝入物料，故?？變?nèi)的物料經(jīng)成形后被連續(xù)出?？?，成為圓柱狀顆粒。
擠壓區(qū)內(nèi)的擠壓力在物料開始被擠壓進?？讜r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(jīng)過C點的殘余物料在該段出現(xiàn)膨脹的緣故。F點后，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。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(qū)，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(jù)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(nèi)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(fā)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(jié)構(gòu)的剛性，這里可忽略；當增大模輥間隙時，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，增加了需壓實的厚度
相同生產(chǎn)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(nèi)表面的物料層分布情況。
零間隙時，壓模內(nèi)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(nèi)環(huán)半徑，mm，
b——壓模有效工作寬度，mm；
h——零間隙時未壓實物料環(huán)中壓輥占去的體積，mm；
S——零間隙時未壓實物料環(huán)中壓輥占去的體積，mm3；
S1——增大間隙時未壓實物料環(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(chǎn)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?？?，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，被壓實至△h，膨脹部分h1被壓實一次。對于兩輥結(jié)構(gòu)的壓制機來說，壓模每轉(zhuǎn)一周，膨脹部分將壓實四次。當壓制機連續(xù)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(xiàn)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(cè)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(tài)，壓輥兩側(cè)也會出現(xiàn)一定程度的漏料現(xiàn)象。當模輥間隙增大出現(xiàn)粘附層時，壓輥兩側(cè)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(cè)的現(xiàn)象更嚴重些。
4 間隙大小對制粒性能參數(shù)的影響
4．1 生產(chǎn)率與噸產(chǎn)品耗電量
從圖3來分析物料被攝入時的受力情況。圖中，壓模以ω速度旋轉(zhuǎn)，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(nèi)，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(cè)漏料也
不同程度地消耗了動力。
綜上得出，在壓制機生產(chǎn)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(chǎn)率下降。
試驗得出的一臺壓制機間隙大小與噸產(chǎn)品耗電量的關系?？煽闯?，模輥間隙由零增大到3．5mm時，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)量的重要指標是硬度和堅實度．在正常情況下及一定范圍內(nèi)，顆粒硬度越高，其堅實度也越高，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(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，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(xù)的冷卻干燥工序是極為有利的。
5 結(jié)語
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)壓制機的模輥工作間隙可調(diào)至較小或零。此時物料最易被攝入，生產(chǎn)率最高，噸產(chǎn)品耗電量最低，壓制機處于最經(jīng)濟的運行狀態(tài)；如用其他手段無法解決顆粒加工質(zhì)量問題，或配方中含油脂較高，或無法降低干燥后的產(chǎn)品含水率時，可適當增大模輥間隙。
為避免將模輥間隙調(diào)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(diào)整模輥間隙．這樣，在起動時可將間隙調(diào)??；在正常運行時再將間隙按需要調(diào)大。其優(yōu)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(xiàn)了此種壓制機。這種技術值得國內(nèi)的同行借鑒．
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(chǎn)過程中的一個十分重要的工序，它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。目前，用于顆粒成形的設備幾乎都采用環(huán)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(gòu)在停機時進行調(diào)整，范圍一般為O～4．5mm。將該間隙設計成可調(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)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(chǎn)率下降。在實際生產(chǎn)中，因該間隙難以測量，故常采用“間斷接觸法”來調(diào)整，即在壓模內(nèi)表面無物料情況下調(diào)整壓輥，使之在壓模轉(zhuǎn)動時處于似轉(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有正面或其他負面影響?迄今為止，還鮮見這方面內(nèi)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(chǎn)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(qū)動下以一定的轉(zhuǎn)速ω順尉針旋轉(zhuǎn)；厚度為h的料層從A點開始被攝進擠壓區(qū)；壓輥借助擠壓區(qū)內(nèi)摩擦力的作用也順時針旋轉(zhuǎn)。隨著模輥的旋轉(zhuǎn)，攝入的物料向前移動加快，擠壓力和物料密度度逐漸增加；當擠壓力增大到足以克服模孔內(nèi)料栓與孔壁的摩擦力時，具有一定密度和粘結(jié)力的物料便被擠進?？變?nèi)．由于模輥不斷攝入物料，故?？變?nèi)的物料經(jīng)成形后被連續(xù)出?？?，成為圓柱狀顆粒。
擠壓區(qū)內(nèi)的擠壓力在物料開始被擠壓進?？讜r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(jīng)過C點的殘余物料在該段出現(xiàn)膨脹的緣故。F點后，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。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(qū)，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(jù)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(nèi)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(fā)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(jié)構(gòu)的剛性，這里可忽略；當增大模輥間隙時，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，增加了需壓實的厚度
相同生產(chǎn)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(nèi)表面的物料層分布情況。
零間隙時，壓模內(nèi)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(nèi)環(huán)半徑，mm，
b——壓模有效工作寬度，mm；
h——零間隙時未壓實物料環(huán)中壓輥占去的體積，mm；
S——零間隙時未壓實物料環(huán)中壓輥占去的體積，mm3；
S1——增大間隙時未壓實物料環(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(chǎn)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?？?，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，被壓實至△h，膨脹部分h1被壓實一次。對于兩輥結(jié)構(gòu)的壓制機來說，壓模每轉(zhuǎn)一周，膨脹部分將壓實四次。當壓制機連續(xù)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(xiàn)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(cè)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(tài)，壓輥兩側(cè)也會出現(xiàn)一定程度的漏料現(xiàn)象。當模輥間隙增大出現(xiàn)粘附層時，壓輥兩側(cè)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(cè)的現(xiàn)象更嚴重些。
4 間隙大小對制粒性能參數(shù)的影響
4．1 生產(chǎn)率與噸產(chǎn)品耗電量
從圖3來分析物料被攝入時的受力情況。圖中，壓模以ω速度旋轉(zhuǎn)，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(nèi)，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(cè)漏料也
不同程度地消耗了動力。
綜上得出，在壓制機生產(chǎn)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(chǎn)率下降。
試驗得出的一臺壓制機間隙大小與噸產(chǎn)品耗電量的關系?？煽闯?，模輥間隙由零增大到3．5mm時，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)量的重要指標是硬度和堅實度．在正常情況下及一定范圍內(nèi)，顆粒硬度越高，其堅實度也越高，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(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，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(xù)的冷卻干燥工序是極為有利的。
5 結(jié)語
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)壓制機的模輥工作間隙可調(diào)至較小或零。此時物料最易被攝入，生產(chǎn)率最高，噸產(chǎn)品耗電量最低，壓制機處于最經(jīng)濟的運行狀態(tài)；如用其他手段無法解決顆粒加工質(zhì)量問題，或配方中含油脂較高，或無法降低干燥后的產(chǎn)品含水率時，可適當增大模輥間隙。
為避免將模輥間隙調(diào)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(diào)整模輥間隙．這樣，在起動時可將間隙調(diào)??；在正常運行時再將間隙按需要調(diào)大。其優(yōu)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(xiàn)了此種壓制機。這種技術值得國內(nèi)的同行借鑒．
