颗粒饲料压制机模辊间隙的探讨

2020-12-24
1、前言 颗粒的成形是配合饲料生产过程中的一个十分重要的工序,它直接影响产品的质量和生产成本。目前,用于颗粒成形的设备几乎都采用环模式颗粒机。这种压制机靠压模和压辊将粉状物料挤压成粒。模辊之间的工作间隙可通过压辊处的偏心机构在停机时进行调整,范围一般为0~4.5 mm。将该间隙设计成可调,有两方面的考虑:一是保证模辊有合适的工作间隙,特别是模辊磨损后可将间隙调小;二是方便压模的拆装及堵塞时的清理。几乎所有压制机的技术文件及资料均推荐,模辊的工作间隙应在0.1—0.5mm之间,太大会使生产率下降。在实际生产中,因该间隙难以测量,故常采用“间断接触法”来调整,即在压模内表面无物料情况下调整压辊,使之在压模转动时处于似转非转状态。然后,模辊间隙是否在0.1 ~0.5 mm之间呢?加大间隙使生产率下降的原因是什么、影响有多大以及有没有正面或其他负面影响?迄今为止,还鲜见这方面内容的论述。为此,本文就以上问题进行探讨,以祈对压制机的设计、生产和使用者有所裨益。 2、压模压辊的工作情况 图1是模辊工作时的示意图。图中,压模在主动力的驱动下以一定的转速w顺时针旋转:厚度为h的料层从A点开始被摄进挤压区;压辊借助挤压区内摩擦力的作用也顺时针旋转。随着模辊的旋转,摄入的物料向前移动加快,挤压力和物料密度逐渐增加:当挤压力增大到足以克服模孔内料栓与孔壁的摩擦力时,具有一定密度和粘结力的物料便被挤进模孔内。由于模辊不断摄人物料,故模孔内的物料经成形后被连续出模孔,成为圆柱状颗粒。 挤压区内的挤压力在物料开始被挤压进模孔时达到最大值,并基本保持到C点。从C点卸压开始至F点,挤压力才逐渐降到零。CF存在挤压力的原因,是因为经过C点的残余物料在该段出现膨胀的缘故。F点后,压模内表面出现了经膨胀的环状粘附层。该粘附层的厚度与模辊间隙、模辊支承结构的剐性及残余物料的膨胀程度有关。显然,模辊间隙越大,残余物料层越厚,膨胀越甚,粘附层也越厚。 为分析方便,过压模圆心0引一射线通过挤压区,交模辊于A1、B1,两点;分别引A1、B1的切线相交于O点,定义为模辊对物料的摄入角。开始摄人物料时角JB最大,称为最大摄入角对某一物料而言,角卢随其被不断压实,挤出而减小,直至为零(c点处);口角实际上是模辊形成的楔形角。据有关资料介绍,物料能被模辊摄入的条件是:b小于或等于物料、压辊之间的摩擦角与物料内摩擦角之和。这一条件说明,当物料性质一定时,pm越小则物料越易被摄入。 3、粘附层使制料工况发生变化 由前所述可知,当模辊间隙为零时,粘附层厚度主要取决于模辊支承结构的刚性.这里可忽略;当增大模辊间隙时,出现了粘附层。这一粘附层使制粒工况发生了如下变化。 3.1在相同生产率条件下,增加了需压实的厚度 相同生产率,意味着进入压制机制粒腔的物料量相同。增大间隙后压模内表面的物料层分布情况如图2所示。 图中,h为模辊问隙,h1为残余物料膨胀厚度,h2为未压实的物料层厚度。需压实的物料层厚度为h1+h2。 零间隙时,压模内表面的未压物料层为: 增大间隙时,压模压表面的未压实物料层体积为: 2 πh2b【r-(h+h1)】-v1 (2)式中:R-压模内环半径,mm: b-压模有效工作宽度,mm; h-—~零间隙时未压实物料环中压辊占去的体积,mm; v-零间隙时未压实物料环中压辊占去的体积,mmJ; I,厂一增大间隙时未压实物料环中压辊占去的体积,mnf; 要使制料生产率相同,则式(1)等于式(2);又P* vl,故化简后有:Rh=[R-(h+h1)]h2式中:R-(h+h1)<r ∴h2>h hl+h2>h (3) 式(3)说明,增大间隙后,如生产率与零间隙时相同,则需增加物料的压实厚度。这也意味着最大摄人角b。也增大了。间隙越大,压实厚度增加得越多,p。也越大。 3.2粘附层的膨胀部分不断被压实 模辊工作时,原有的粘附层绝大部分被压人模孔,并出现新的粘附层。模辊每挤压一次物料,粘附层的厚度由h+hi被压实至h,膨胀部分hi被压实一次。对于两辊结构的压制机来说,压模每转一周,膨胀部分将压实四次。当压制机连续工作时,膨胀部分则不断被压实。 3.3物料受挤压的行程变长 在同一压模及物料情况下,物料被压人模孔时所需的最大挤压力基本与模辊间隙无关。但由图2可看出,因出现了粘附层,物料从开始受到最大挤压力作用到被挤出模孔的行程却增加了Ah。 3.4压辊两侧漏料更甚 物料在受挤压过程中,总是往阻力较小的方向运动。因此,即使模辊处于零间隙工作状态,压辊两侧也会出现一定程度的漏料现象。当模辊间隙增大出现粘附层时,压辊两侧的漏料空间更大,阻力更小,模辊工作时物料被挤向压辊两侧的现象更严重些。 4、间隙大小对制料性能参数的影响 4.1 生产率与吨产品耗电量 从图3来分析物料被摄人时的受力情况。图中,压模以w速度旋转,物料在A点开始被摄人。N为压辊作用于物料的正压力,它可分解为水平分力P和垂直分力P2。从图中可看出,Pl阻止物料的摄人,P2则将物料压实。由前面分析可知,模辊间有间隙时的最大摄人角大于零间隙时的最大摄人角。因只随Pr,.的增大而增大;的增大而减小,故增大间隙后有模辊摄人物料的能力变差,压辊打滑的机会增加,间隙过大时甚至无法摄人物料;设模辊有间隙时的最大摄人角与零间隙时的最大摄入角之差为b范围内,至少Pl在压实物料时多做了功,即多消耗了动力。 此外,增大间隙后粘附层不断被压实,物料受挤压的行程变长.压辊两侧漏料也不同程度地消耗了动力。 综上得出.在压制机生产率相同条件下,模辊间隙增大,则消耗的动力增加;若消耗的动力增加则生产率下降。 图4是试验得出的~台压制机间隙大小与吨产品耗电量的关系。图中可看出,模辊间隙由零增大大到3.5 mm时,吨产品耗电量由14kWh增加到19.5kWh,吨产品耗电量随间隙的增大呈指数规律增加。 4.2颗粒加工质量 衡量颗粒加工质量的重要指标是硬度和坚实度。在正常情况下及一定范围内,颗粒硬度越高,其坚实度也越高,颗粒加工质量越好。 增大模辊间隙后,模的内表面出现了粘附层,使物料被挤压的行程变大,模孔内的料栓密度增加,温度上升,糊化变好。料栓的密度增加提高了颗粒的硬度;物料温度上升,糊化变好,使物料之间的粘结力增大,提高了颗粒的坚实度。图5曲线表明了压制机间隙大小与颗粒硬度的关系,它是亩试验得出的。图中,模辊间隙由零增大到3.5 mm时,颗粒硬度由36N增加到65N。颗粒硬度也随间隙的增大呈指数规律增加。 4.3成形的颗粒温度 由前所述,粘附层使制粒工况发生变化.压制机的能耗增加。这部分增加的能耗,几乎都转变成热能,使成形后的颗粒温度上升。据试验,模辊间隙由零增大到4mm时,成形后的颗粒温度由73增加到90。这对于后续的冷却干燥工序是极为有利的。 5、结语 从以上探讨可得出结论:在一定范围内增大压模压辊的间隙,会使生产率下降+吨产品耗电量上升,颗粒加工质量变好及成形后的颗粒温度上升。因此,在一般情况下(特别是新压模时)压制机的模辊工作间隙可调至较小或零。此时物料最易被摄入,生产率最高,吨产品耗电量最低,压制机处于最经济的运行状态:如用其他手段无法解决颗粒加工质量问题,或配方中含油脂较高,或无法降低干燥后的产品含水率时,可适当增大模辊间隙。 为避免将模辊间隙调大后造成启动困难,最好能将压制机设计成在运行中也可调整模辊间隙。这样,在启动时可将间隙调小:在正常运行时再将间隙按需要调大。其优点除了便于启动外,还可使压模更换快捷方便,甚至可将间隙的大小随各种配方编人电脑中,保证每种配方都有最佳的制粒工作间隙。事实上,国外已出现了此种压制机。这种技术值得国内的同行借鉴。 饲料颗粒机、秸秆颗粒机专业压制的生物质成型颗粒燃料饲料。
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