 引言 制粒机是饲料生产工艺的关键设备，而环模是制粒机工作的心脏部件，也是制粒机最易磨损的零件之一。针对环模在使用中出现的问题，改善环模的使用条件，对提高产品质量和产量，降低能耗（制粒能耗占整个车间总能耗30%~35%），减少生产成本（环模损耗一项费用占整个生产车间的装修费25%~30% 以上）等方面有着极大的影响。 1、环模的工作原理 环模是由电动机经减速器带动旋转，安装在环模内的压辊不公转，由于与转动着的环模摩擦（通过压实物料）而自转。被调质好的物料进入压制室，被撒料器均分于压辊之间，被压辊钳入、挤压，并通过环模模孔连续高强度挤压成形，形成柱状颗粒并随着环模圈回转，由固定安装在环模外面的切刀切成一定长度的颗粒饲料。环模与压辊在任何接触点的线速度都相同，其全部压力都被用于制粒。环模在正常工作过程中，始终存在着与物料间的摩擦作用。随着生产物料量的增加，环模逐渐磨损，并最终导致失效。 2、环模磨损与失效 环模在正常使用中出现的磨损和失效可分成3类：环模工作一段时间后，出料各小孔内壁磨损，孔径增大，所生产的颗粒饲料直径超过规定值而失效；环模内壁磨损后，内表面凹凸不平严重，使饲料流动受阻，出料量下降而停止使用；环模内壁磨损后，使内径增大，壁厚减小，同时出料小孔内壁也随着磨损，使各出料小孔间的壁厚不断减薄，因而结构强度下降，在出料小孔的直径增大到允许的规定值之前（即出现第一类失效现象之前），在最危险的截面上首先出现裂纹并不断扩大，直到裂纹延伸到较大的范围而导致环模失效。造成环模出现这几种磨损和失效的原因，首先是磨粒磨损，其次是疲劳破坏。 2.1、磨粒磨损 磨粒磨损原因很多，分为正常磨损、不正常磨损。正常磨损原因主要有物料的配方、粉碎粒度、粉料的调质质量等。正常磨损情况下环模出现轴向均匀磨损，导致环模模孔变大，壁厚变薄。不正常磨损主要原因是压辊调得太紧，与环模间隙过小导致互相磨损；撒料器角度不好，导致分配物料不均匀，造成环模部分先磨损；模内掉进金属而磨损。这种情况下环模多出现不规则磨损，多为腰鼓形。 2.1.1、原料粒度 原料粉碎细度要适中均匀，因为原料粉碎细度决定着饲料组成的表面积，粒度越细，表面积越大，物料吸收蒸汽中水分越快，有利于进行调质与颗粒成形。原料粒度过粗，会增加压模的磨损，并造成生产率下降，能耗增大。一般要求原料粉碎后要能全部通过8目筛面，25目筛上物不得大于35%。对粗纤维含量高的物料，要添加一定量的油脂，这样在制粒过程中，可以减少物料与环模之间的摩擦力，有利于物料通过环模，且成形后颗粒外观较光滑。 2.1.2、原料含杂质较多 物料中含砂及铁杂质过多，会加快压模的磨损。因此，原料清杂工作十分重要。多数饲料厂对清除原料中铁杂质较为重视，因铁质物质对压模、压辊乃至设备会造成强烈的破坏。而对砂石类杂质的清除却不不够重视。 2.1.3、蒸汽的添加 对物料添加蒸汽可软化物料，使物料中含油细胞组织分裂，并使油脂呈游离状态，在制粒过程中起润滑作用，从而减轻物料对压模的磨损作用，并提高制粒机的工作效率。一般添加蒸汽的压力应在0.2~0.4MPa之间，压力高低随压制物料品种而变化。蛋白质含量较高的物料，使用蒸汽压力应稍低一些，含纤维较多的物料，使用蒸汽压力可稍高一些。添加蒸汽应使物料含水率达16%~17%，物料调质后的温度在78~87℃时为最适宜。 2.1.4、环模与压辊之间的间隙 环模与压辊之间的间隙过小，会加快环模与压辊表面的磨损，特别是在制粒机启动和停止时的空运转期间，这种磨损作用更加严重。综合环模、压辊表面的圆度误差及工作面与安装面之间的同轴度误差等相关因素，环模与压辊之间的间隙一般在0.2~0.4mm为宜，压制小直径颗粒饲料或使用新环模时取小值。 2.1.5、撒料器安装角度 撒料器安装角度不正确，会导致环模与压辊间的物料分布不均匀。因此，进入挤压时，环模与压辊的挤压应力和摩擦力沿轴向出现非均匀现象，最终导致环模与压辊磨损呈不均匀分布。 2.2、疲劳破坏 制粒机环模为多孔环形零件，工作条件恶劣，在使用过程中长期承受压辊的挤压力和物料的摩擦力，使之产生弯曲应力和接触压应力。但这些应力不是影响环模寿命的主要因素，其主要失效形式还是来自于疲劳破坏。环模在制粒过程中受到交变的作用，其交变应力是非对称循环的，则环模通常发生疲劳破坏。在此基础上，提出适当增大环模宽度、厚度及内径，可提高环模的抗弯能力和生产率。同时增大内径和有效挤压长度，可明显降低环模的接触压应力。为有效改善环模的受力条件，除改变环模外形尺寸，还可以采取选用合适材质和热处理技术，以及设计环模表面开孔率等途径。环模通常由碳（合金）钢或不锈钢材料经锻压、切削、钻孔、热处理等工序制成。环模钻孔时，应采用多孔枪钻加工，以保证各孔质量。热处理时，应采用真空淬火设备，可避免在普通设备中经常出现的表面氧化的脱炭，从而获得更高的硬度。环模表面开孔率直接影响制粒机的产量和环模强度。开孔率大，制粒机产量高，环模强度低；反之，环模强度提高，制粒机产量降低。由于选材及环模尺寸的差异，要得到恰当的环模模孔开孔率数值，以更好地协调它的产量及使用寿命，目前还有较大的困难。对于模孔直径为2~12mm的环模，其模孔开孔率一般应选定在20%~30%之间。模孔越小，开孔率取值越小，反之，开孔率取值越大。制造厂可根据所选环模材料、环模外形结构与尺寸，采取逐次迫近试验方法，确定环模开孔率的大小，保证环模有足够的强度，以防止其承载时破裂而缩短使用寿命。在设计环模外形结构时，应尽量减少环模外表面沿径向分布的沟槽数量，并减小其深度。因为沿径向分布的沟糟是最容易产生应力集中的部位。在长期交变应力作用下，首先易在此部位产生微裂纹，继而逐步扩大，最终造成环模断裂。 3、结语 环模在生产过程中主要有两种失效原因，一是磨粒磨损，二是疲劳破坏。要从根本上避免环模的失效是不现实的，只有改善环模制造、生产及使用条件，从而延长环模的使用寿命，节约成本，保证饲料的生产效率。 文章转载自公众号：饲料机械与加工，作者：张艳明 娜日娜 |
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