0 引言
制粒機是飼料生産工藝的關鍵設備,而環模是制粒機工作的心髒部件,也是制粒機易磨損的零件之一。針對環模在使用中出現的問題,改善環模的使用條件,對提高産品質量和産量,降低能耗(制粒能耗占整個車間總能耗30%~35%),減少生産成本(環模損耗一項費用占整個生産車間的裝修費25%~30% 以上)等方面有着極大的影響。
1 環模的工作原理
環模是由電動機經減速器帶動旋轉,安裝在環模内的壓輥不公轉,由于與轉動着的環模摩擦(通過壓實物料)而自轉。被調質好的物料進入壓制室,被撒料器均分于壓輥之間,被壓輥鉗入、擠壓,并通過環模模孔連續高強度擠壓成形,形成柱狀顆粒并随着環模圈回轉,由固定安裝在環模外面的切刀切成一定長度的顆粒飼料。環模與壓輥在任何接觸點的線速度都相同,其全部壓力都被用于制粒。環模在正常工作過程中,始終存在着與物料間的摩擦作用。随着生産物料量的增加,環模逐漸磨損,并終導緻失效。
2 環模磨損與失效
環模在正常使用中出現的磨損和失效可分成3類:環模工作一段時間後,出料各小孔内壁磨損,孔徑增大,所生産的顆粒飼料直徑超過規定值而失效;環模内壁磨損後,内表面凹凸不平嚴重,使飼料流動受阻,出料量下降而停止使用;環模内壁磨損後,使内徑增大,壁厚減小,同時出料小孔内壁也随着磨損,使各出料小孔間的壁厚不斷減薄,因而結構強度下降,在出料小孔的直徑增大到允許的規定值之前(即出現第一類失效現象之前),在危險的截面上首先出現裂紋并不斷擴大,直到裂紋延伸到較大的範圍而導緻環模失效。造成環模出現這幾種磨損和失效的原因,首先是磨粒磨損,其次是疲勞破壞。
2.1 磨粒磨損
磨粒磨損原因很多,分為正常磨損、不正常磨損。正常磨損原因主要有物料的配方、粉碎粒度、粉料的調質質量等。正常磨損情況下環模出現軸向均勻磨損,導緻環模模孔變大,壁厚變薄。不正常磨損主要原因是壓輥調得太緊,與環模間隙過小導緻互相磨損;撒料器角度不好,導緻分配物料不均勻,造成環模部分先磨損;模内掉進金屬而磨損。這種情況下環模多出現不規則磨損,多為腰鼓形。
2.1.1 原料粒度
原料粉碎細度要适中均勻,因為原料粉碎細度決定着飼料組成的表面積,粒度越細,表面積越大,物料吸收蒸汽中水分越快,有利于進行調質與顆粒成形。原料粒度過粗,會增加壓模的磨損,并造成生産率下降,能耗增大。一般要求原料粉碎後要能全部通過8目篩面,25目篩上物不得大于35%。對粗纖維含量高的物料,要添加一定量的油脂,這樣在制粒過程中,可以減少物料與環模之間的摩擦力,有利于物料通過環模,且成形後顆粒外觀較光滑。
2.1.2 原料含雜質較多
物料中含砂及鐵雜質過多,會加快壓模的磨損。因此,原料清雜工作十分重要。多數飼料廠對清除原料中鐵雜質較為重視,因鐵質物質對壓模、壓輥乃至設備會造成強烈的破壞。而對砂石類雜質的清除卻不不夠重視。
2.1.3 蒸汽的添加
對物料添加蒸汽可軟化物料,使物料中含油細胞組織分裂,并使油脂呈遊離狀态,在制粒過程中起潤滑作用,從而減輕物料對壓模的磨損作用,并提高制粒機的工作效率。一般添加蒸汽的壓力應在0.2~0.4MPa之間,壓力高低随壓制物料品種而變化。蛋白質含量較高的物料,使用蒸汽壓力應稍低一些,含纖維較多的物料,使用蒸汽壓力可稍高一些。添加蒸汽應使物料含水率達16%~17%,物料調質後的溫度在78~87℃時為适宜。
2.1.4 環模與壓輥之間的間隙
環模與壓輥之間的間隙過小,會加快環模與壓輥表面的磨損,特别是在制粒機啟動和停止時的空運轉期間,這種磨損作用更加嚴重。綜合環模、壓輥表面的圓度誤差及工作面與安裝面之間的同軸度誤
差等相關因素,環模與壓輥之間的間隙一般在0.2~0.4mm為宜,壓制小直徑顆粒飼料或使用新環模時取小值。
2.1.5 撒料器安裝角度
撒料器安裝角度不正确,會導緻環模與壓輥間的物料分布不均勻。因此,進入擠壓時,環模與壓輥的擠壓應力和摩擦力沿軸向出現非均勻現象,終導緻環模與壓輥磨損呈不均勻分布。
2.2 疲勞破壞
制粒機環模為多孔環形零件,工作條件惡劣,在使用過程中長期承受壓輥的擠壓力和物料的摩擦力,使之産生彎曲應力和接觸壓應力。但這些應力不是影響環模壽命的主要因素,其主要失效形式還是來自于疲勞破壞。環模在制粒過程中受到交變的作用,其交變應力是非對稱循環的,則環模通常發生疲勞破壞。在此基礎上,提出适當增大環模寬度、厚度及内徑,可提高環模的抗彎能力和生産率。同時增大内徑和有效擠壓長度,可明顯降低環模的接觸壓應力。為有效改善環模的受力條件,除改變環模外形尺寸,還可以采取選用合适材質和熱處理技術,以及設計環模表面開孔率等途徑。環模通常由碳(合金)鋼或不鏽鋼材料經鍛壓、切削、鑽孔、熱處理等工序制成。環模鑽孔時,應采用多孔槍鑽加工,以保證各孔質量。熱處理時,應采用真空淬火設備,可避免在普通設備中經常出現的表面氧化的脫炭,從而獲得更高的硬度。環模表面開孔率直接影響制粒機的産量和環模強度。開孔率大,制粒機産量高,環模強度低;反之,環模強度提高,制粒機産量降低。由于選材及環模尺寸的差異,要得到恰當的環模模孔開孔率數值,以更好地協調它的産量及使用壽命,目前還有較大的困難。對于模孔直徑為2~12mm的環模,其模孔開孔率一般應選定在20%~30%之間。模孔越小,開孔率取值越小,反之,開孔率取值越大。制造廠可根據所選環模材料、環模外形結構與尺寸,采取逐次迫近試驗方法,确定環模開孔率的大小,保證環模有足夠的強度,以防止其承載時破裂而縮短使用壽命。在設計環模外形結構時,應盡量減少環模外表面沿徑向分布的溝槽數量,并減小其深度。因為沿徑向分布的溝糟是容易産生應力集中的部位。在長期交變應力作用下,首先易在此部位産生微裂紋,繼而逐步擴大,終造成環模斷裂。
3 結 語
環模在生産過程中主要有兩種失效原因,一是磨粒磨損,二是疲勞破壞。要從根本上避免環模的失效是不現實的,隻有改善環模制造、生産及使用條件,從而延長環模的使用壽命,節約成本,保證飼料的生産效率。
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