卧式环模制粒机环模失效原因浅析

创德任艳萍

     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。研究环模失效的原因，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)等方面影响极大。
     一只环模和一副压辊理论上可生产粒料分别是：2000t和500t(此处不考虑高档环模和压辊)。但实际上管理较好的企业也只有1 000多吨和250多吨；而一般管理较差的企业，甚至只有500～600t和80~100t，就得更换新的环模和压辊。从此可以看出，延长环模的使用寿命将会为企业带来可观的效益。
1 工作原理
    环模是由电动机经减速器带动旋转的，安装在环模内的压辊不公转，但因与转动着的环模摩擦(通过压实物料)而自转。进入压制室的调质好的物料被撒料器均分于压辊之间，被压辊钳人、挤压，并通过环模模孔连续地挤压成形，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。因此衡量环模工作性能的指标之一就是生产量。然而在实际生产过程中，大多数环模在达到理论生产能力之前就失效了。由于环模价格昂贵，这就为用户造成一定的损失。本文拟对环模失效原因进行分析，从而对环模的制造、使用条件提出建议。
2 失效原因分析
     从环模实际失效现象来看，可分成3类。第一类：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；第二类：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；第三类：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。产生上述3种失效现象的实质性原因，归纳起来，首先是磨粒磨损，其次是疲劳破坏。
2．1 磨粒磨损
     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：压辊调得太紧，与环模间隙小，互相磨损；撒料器角度不好，导致分配物料不均匀而部分先磨损；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，添加一定量的油脂，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 原料含杂情况
     物料中含砂及铁杂质过多，会加快压模的磨损，所以，原料清杂工作十分重要。目前，大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重视。这一点应引起制粒机用户的注意。
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，并使油分呈游离状态，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，并提高制粒机的产量。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~C时最佳。
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，这种磨损作用更加强烈。考虑到环模、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因素，环模与压辊之间的间隙一般取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
制粒机环模为一多孔环形零件，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因素，其主要失效形式还是来自疲劳破坏。黄传海在“颗粒饲料压制机环模强度探讨”中，对制粒机工作过程中环模的受力情况进行了分析，认为环模在制粒过程中受到交变的作用，
    这表明其交变应力是非对称循环的，环模通常发生疲劳破坏。这与环模在实际使用中所产生失效结果相吻合。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。
     以上分析表明，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切实际的，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。

tangchunjuan

好！挺实际的

lwd2009

是这样的。

老江湖139

理论上的东西比较赞同，数据不敢苟同