制粒機(jī)是飼料生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵設(shè)備，而環(huán)模是制粒機(jī)工作的心臟部件，也是制粒機(jī)最易磨損的零件之一。研究環(huán)模失效的原因，改善環(huán)模的使用條件，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，降低能耗(制粒能耗占整個(gè)車(chē)間總能耗30％ ～35％)，減少生產(chǎn)成本(環(huán)模損耗一項(xiàng)費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間的裝修費(fèi)25％ ～30％ 以上)等方面影響極大。
一只環(huán)模和一副壓輥理論上可生產(chǎn)粒料分別是：2000t和500t(此處不考慮高檔環(huán)模和壓輥)。但實(shí)際上管理較好的企業(yè)也只有1 000多噸和250多噸；而一般管理較差的企業(yè)，甚至只有500～600t和80~100t，就得更換新的環(huán)模和壓輥。從此可以看出，延長(zhǎng)環(huán)模的使用壽命將會(huì)為企業(yè)帶來(lái)可觀的效益。
1 工作原理
環(huán)模是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，安裝在環(huán)模內(nèi)的壓輥不公轉(zhuǎn)，但因與轉(zhuǎn)動(dòng)著的環(huán)模摩擦(通過(guò)壓實(shí)物料)而自轉(zhuǎn)。進(jìn)入壓制室的調(diào)質(zhì)好的物料被撒料器均分于壓輥之間，被壓輥鉗人、擠壓，并通過(guò)環(huán)模?？走B續(xù)地?cái)D壓成形，形成柱狀顆粒并隨著環(huán)模圈回轉(zhuǎn)，由固定安裝在環(huán)模外面的切刀切成一定長(zhǎng)度的顆粒飼料。環(huán)模與壓輥在任何接觸點(diǎn)的線速度都相同，其全部壓力都被用于制粒。
環(huán)模在正常工作過(guò)程中，始終存在著與物料間的摩擦作用。隨著生產(chǎn)物料量的增加，環(huán)模逐漸磨損，并最終導(dǎo)致失效。因此衡量環(huán)模工作性能的指標(biāo)之一就是生產(chǎn)量。然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，大多數(shù)環(huán)模在達(dá)到理論生產(chǎn)能力之前就失效了。由于環(huán)模價(jià)格昂貴，這就為用戶造成一定的損失。本文擬對(duì)環(huán)模失效原因進(jìn)行分析，從而對(duì)環(huán)模的制造、使用條件提出建議。
2 失效原因分析
從環(huán)模實(shí)際失效現(xiàn)象來(lái)看，可分成3類(lèi)。第一類(lèi)：環(huán)模工作一段時(shí)間后，出料各小孔內(nèi)壁磨損，孔徑增大，所生產(chǎn)的顆粒飼料直徑超過(guò)規(guī)定值而失效；第二類(lèi)：環(huán)模內(nèi)壁磨損后，內(nèi)表面凹凸不平嚴(yán)重，使飼料流動(dòng)受阻，出料量下降而停止使用；第三類(lèi)：環(huán)模內(nèi)壁磨損后，使內(nèi)徑增大，壁厚減小，同時(shí)出料小孔內(nèi)壁也隨著磨損，使各出料小孔間的壁厚不斷減薄，因而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，在出料小孔的直徑增大到允許的規(guī)定值之前(即出現(xiàn)第一類(lèi)失效現(xiàn)象之前)，在最危險(xiǎn)的截面上首先出現(xiàn)裂紋并不斷擴(kuò)大，直到裂紋延伸到較大的范圍而導(dǎo)致環(huán)模失效。產(chǎn)生上述3種失效現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)性原因，歸納起來(lái)，首先是磨粒磨損，其次是疲勞破壞。
2．1 磨粒磨損
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(diào)質(zhì)質(zhì)量等。正常磨損情況下環(huán)模出現(xiàn)軸向均勻磨損，導(dǎo)致環(huán)模?？鬃兇?，壁厚變薄。不正常磨損主要原因：壓輥調(diào)得太緊，與環(huán)模間隙小，互相磨損；撒料器角度不好，導(dǎo)致分配物料不均勻而部分先磨損；模內(nèi)掉進(jìn)金屬而磨損。這種情況下，環(huán)模多出現(xiàn)不規(guī)則磨損，多為腰鼓形。
2．1．1 原料粒度
原料粉碎細(xì)度要適中均勻，因?yàn)樵戏鬯榧?xì)度決定著飼料組成的表面積，粒度越細(xì)，表面積越大，物料吸收蒸汽中水分越快，有利于進(jìn)行調(diào)質(zhì)與顆粒成形。原料粒度過(guò)粗，會(huì)增加壓模的磨損，并造成生產(chǎn)率下降，能耗增大。一般要求原料粉碎后要能全部通過(guò)8目篩面，25目篩上物不得大于35％ 。對(duì)粗纖維含量高的物料，添加一定量的油脂，在制粒過(guò)程中，可以減少物料與環(huán)模之間的摩擦力，有利于物料通過(guò)環(huán)模，且成形后顆粒外觀較光滑。
2．1．2 原料含雜情況
物料中含砂及鐵雜質(zhì)過(guò)多，會(huì)加快壓模的磨損，所以，原料清雜工作十分重要。目前，大多數(shù)飼料廠對(duì)清除原料中鐵雜質(zhì)較為重視，因鐵質(zhì)物質(zhì)對(duì)壓模、壓輥乃至設(shè)備會(huì)造成強(qiáng)烈的破壞。而對(duì)砂石類(lèi)雜質(zhì)的清除卻不重視。這一點(diǎn)應(yīng)引起制粒機(jī)用戶的注意。
2．1．3 蒸汽的添加
對(duì)物料添加蒸汽，可軟化物料，使物料中含油細(xì)胞組織分裂，并使油分呈游離狀態(tài)，在制粒過(guò)程中起潤(rùn)滑作用，從而減輕物料對(duì)壓模的磨損作用，并提高制粒機(jī)的產(chǎn)量。一般添加蒸汽的壓力應(yīng)在0．2～0．4MPa之間，壓力高低隨壓制物料品種而變化，蛋白質(zhì)含量較高的物料，使用蒸汽壓力應(yīng)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(yīng)使物料含水率達(dá)16％ ～17％ ，物料調(diào)質(zhì)后的溫度在78～87~C時(shí)最佳。
2．1．4 環(huán)模與壓輥之間的間隙
環(huán)模與壓輥之間的間隙過(guò)小，會(huì)加快環(huán)模與壓輥表面的磨損，特別是在制粒機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)的空運(yùn)轉(zhuǎn)期間，這種磨損作用更加強(qiáng)烈?？紤]到環(huán)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因素，環(huán)模與壓輥之間的間隙一般取0．2～0．4mm為宜，壓制小直徑顆粒飼料或使用新環(huán)模時(shí)取小值。
2．1．5 撒料器安裝角度
撒料器安裝角度不正確，會(huì)導(dǎo)致環(huán)模與壓輥間的物料分布不均勻。因此，進(jìn)入擠壓時(shí)，環(huán)模與壓輥的擠壓應(yīng)力和摩擦力沿軸向出現(xiàn)非均勻現(xiàn)象，最終導(dǎo)致環(huán)模與壓輥磨損呈不均勻分布。
2．2 疲勞破壞
制粒機(jī)環(huán)模為一多孔環(huán)形零件，工作條件惡劣，在使用過(guò)程中長(zhǎng)期承受壓輥的擠壓力和物料的摩擦力，使之產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和接觸壓應(yīng)力。但這些應(yīng)力不是影響環(huán)模壽命的因素，其主要失效形式還是來(lái)自疲勞破壞。黃傳海在“顆粒飼料壓制機(jī)環(huán)模強(qiáng)度探討”中，對(duì)制粒機(jī)工作過(guò)程中環(huán)模的受力情況進(jìn)行了分析，認(rèn)為環(huán)模在制粒過(guò)程中受到交變的作用，
這表明其交變應(yīng)力是非對(duì)稱(chēng)循環(huán)的，環(huán)模通常發(fā)生疲勞破壞。這與環(huán)模在實(shí)際使用中所產(chǎn)生失效結(jié)果相吻合。在此基礎(chǔ)上，提出適當(dāng)增大環(huán)模寬度、厚度及內(nèi)徑，可提高環(huán)模的抗彎能力和生產(chǎn)率。同時(shí)增大內(nèi)徑和有效擠壓長(zhǎng)度，可明顯降低環(huán)模的接觸壓應(yīng)力。
為有效改善環(huán)模的受力條件，除改變環(huán)模外形尺寸，還可以采取選用合適材質(zhì)和熱處理技術(shù)，以及設(shè)計(jì)環(huán)模表面開(kāi)孔率等途徑。
環(huán)模通常由碳(合金)鋼或不銹鋼材料經(jīng)鍛壓、切削、鉆孔、熱處理等工序制成。環(huán)模鉆孔時(shí)，應(yīng)采用多孔槍鉆加工，以保證各孔質(zhì)量。熱處理時(shí)，應(yīng)采用真空淬火設(shè)備，可避免在普通設(shè)備中經(jīng)常出現(xiàn)的表面氧化的脫炭，從而獲得更高的硬度。
環(huán)模表面開(kāi)孔率直接影響制粒機(jī)的產(chǎn)量和環(huán)模強(qiáng)度。開(kāi)孔率大，制粒機(jī)產(chǎn)量高，環(huán)模強(qiáng)度低；反之，環(huán)模強(qiáng)度提高，制粒機(jī)產(chǎn)量降低。由于選材及環(huán)模尺寸的差異，要得到恰當(dāng)?shù)沫h(huán)模?？组_(kāi)孔率數(shù)值，以更好地協(xié)調(diào)它的產(chǎn)量及使用壽命，目前還有較大的困難。對(duì)于模孔直徑為2~12mm的環(huán)模，其模孔開(kāi)孔率一般應(yīng)選定在20％ ～30％之間。模孔越小，開(kāi)孔率取值越小，反之，開(kāi)孔率取值越大。制造廠可根據(jù)所選環(huán)模材料、環(huán)模外形結(jié)構(gòu)與尺寸，采取逐次迫近試驗(yàn)方法，確定環(huán)模開(kāi)孔率的大小，保證環(huán)模有足夠的強(qiáng)度，以防止其承載時(shí)破裂而縮短使用壽命。
在設(shè)計(jì)環(huán)模外形結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量減少環(huán)模外表面沿徑向分布的溝槽數(shù)量，并減小其深度。因?yàn)檠貜较蚍植嫉臏显闶亲钊菀桩a(chǎn)生應(yīng)力集中的部位。在長(zhǎng)期交變應(yīng)力作用下，首先易在此部位產(chǎn)生微裂紋，繼而逐步擴(kuò)大，最終造成環(huán)模斷裂。
以上分析表明，環(huán)模在生產(chǎn)過(guò)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(huán)模的失效是不切實(shí)際的，只有改善環(huán)模制造、生產(chǎn)及使用條件，從而延長(zhǎng)環(huán)模的使用壽命，節(jié)約成本。
一只環(huán)模和一副壓輥理論上可生產(chǎn)粒料分別是：2000t和500t(此處不考慮高檔環(huán)模和壓輥)。但實(shí)際上管理較好的企業(yè)也只有1 000多噸和250多噸；而一般管理較差的企業(yè)，甚至只有500～600t和80~100t，就得更換新的環(huán)模和壓輥。從此可以看出，延長(zhǎng)環(huán)模的使用壽命將會(huì)為企業(yè)帶來(lái)可觀的效益。
1 工作原理
環(huán)模是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，安裝在環(huán)模內(nèi)的壓輥不公轉(zhuǎn)，但因與轉(zhuǎn)動(dòng)著的環(huán)模摩擦(通過(guò)壓實(shí)物料)而自轉(zhuǎn)。進(jìn)入壓制室的調(diào)質(zhì)好的物料被撒料器均分于壓輥之間，被壓輥鉗人、擠壓，并通過(guò)環(huán)模?？走B續(xù)地?cái)D壓成形，形成柱狀顆粒并隨著環(huán)模圈回轉(zhuǎn)，由固定安裝在環(huán)模外面的切刀切成一定長(zhǎng)度的顆粒飼料。環(huán)模與壓輥在任何接觸點(diǎn)的線速度都相同，其全部壓力都被用于制粒。
環(huán)模在正常工作過(guò)程中，始終存在著與物料間的摩擦作用。隨著生產(chǎn)物料量的增加，環(huán)模逐漸磨損，并最終導(dǎo)致失效。因此衡量環(huán)模工作性能的指標(biāo)之一就是生產(chǎn)量。然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，大多數(shù)環(huán)模在達(dá)到理論生產(chǎn)能力之前就失效了。由于環(huán)模價(jià)格昂貴，這就為用戶造成一定的損失。本文擬對(duì)環(huán)模失效原因進(jìn)行分析，從而對(duì)環(huán)模的制造、使用條件提出建議。
2 失效原因分析
從環(huán)模實(shí)際失效現(xiàn)象來(lái)看，可分成3類(lèi)。第一類(lèi)：環(huán)模工作一段時(shí)間后，出料各小孔內(nèi)壁磨損，孔徑增大，所生產(chǎn)的顆粒飼料直徑超過(guò)規(guī)定值而失效；第二類(lèi)：環(huán)模內(nèi)壁磨損后，內(nèi)表面凹凸不平嚴(yán)重，使飼料流動(dòng)受阻，出料量下降而停止使用；第三類(lèi)：環(huán)模內(nèi)壁磨損后，使內(nèi)徑增大，壁厚減小，同時(shí)出料小孔內(nèi)壁也隨著磨損，使各出料小孔間的壁厚不斷減薄，因而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，在出料小孔的直徑增大到允許的規(guī)定值之前(即出現(xiàn)第一類(lèi)失效現(xiàn)象之前)，在最危險(xiǎn)的截面上首先出現(xiàn)裂紋并不斷擴(kuò)大，直到裂紋延伸到較大的范圍而導(dǎo)致環(huán)模失效。產(chǎn)生上述3種失效現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)性原因，歸納起來(lái)，首先是磨粒磨損，其次是疲勞破壞。
2．1 磨粒磨損
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(diào)質(zhì)質(zhì)量等。正常磨損情況下環(huán)模出現(xiàn)軸向均勻磨損，導(dǎo)致環(huán)模?？鬃兇?，壁厚變薄。不正常磨損主要原因：壓輥調(diào)得太緊，與環(huán)模間隙小，互相磨損；撒料器角度不好，導(dǎo)致分配物料不均勻而部分先磨損；模內(nèi)掉進(jìn)金屬而磨損。這種情況下，環(huán)模多出現(xiàn)不規(guī)則磨損，多為腰鼓形。
2．1．1 原料粒度
原料粉碎細(xì)度要適中均勻，因?yàn)樵戏鬯榧?xì)度決定著飼料組成的表面積，粒度越細(xì)，表面積越大，物料吸收蒸汽中水分越快，有利于進(jìn)行調(diào)質(zhì)與顆粒成形。原料粒度過(guò)粗，會(huì)增加壓模的磨損，并造成生產(chǎn)率下降，能耗增大。一般要求原料粉碎后要能全部通過(guò)8目篩面，25目篩上物不得大于35％ 。對(duì)粗纖維含量高的物料，添加一定量的油脂，在制粒過(guò)程中，可以減少物料與環(huán)模之間的摩擦力，有利于物料通過(guò)環(huán)模，且成形后顆粒外觀較光滑。
2．1．2 原料含雜情況
物料中含砂及鐵雜質(zhì)過(guò)多，會(huì)加快壓模的磨損，所以，原料清雜工作十分重要。目前，大多數(shù)飼料廠對(duì)清除原料中鐵雜質(zhì)較為重視，因鐵質(zhì)物質(zhì)對(duì)壓模、壓輥乃至設(shè)備會(huì)造成強(qiáng)烈的破壞。而對(duì)砂石類(lèi)雜質(zhì)的清除卻不重視。這一點(diǎn)應(yīng)引起制粒機(jī)用戶的注意。
2．1．3 蒸汽的添加
對(duì)物料添加蒸汽，可軟化物料，使物料中含油細(xì)胞組織分裂，并使油分呈游離狀態(tài)，在制粒過(guò)程中起潤(rùn)滑作用，從而減輕物料對(duì)壓模的磨損作用，并提高制粒機(jī)的產(chǎn)量。一般添加蒸汽的壓力應(yīng)在0．2～0．4MPa之間，壓力高低隨壓制物料品種而變化，蛋白質(zhì)含量較高的物料，使用蒸汽壓力應(yīng)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(yīng)使物料含水率達(dá)16％ ～17％ ，物料調(diào)質(zhì)后的溫度在78～87~C時(shí)最佳。
2．1．4 環(huán)模與壓輥之間的間隙
環(huán)模與壓輥之間的間隙過(guò)小，會(huì)加快環(huán)模與壓輥表面的磨損，特別是在制粒機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)的空運(yùn)轉(zhuǎn)期間，這種磨損作用更加強(qiáng)烈?？紤]到環(huán)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因素，環(huán)模與壓輥之間的間隙一般取0．2～0．4mm為宜，壓制小直徑顆粒飼料或使用新環(huán)模時(shí)取小值。
2．1．5 撒料器安裝角度
撒料器安裝角度不正確，會(huì)導(dǎo)致環(huán)模與壓輥間的物料分布不均勻。因此，進(jìn)入擠壓時(shí)，環(huán)模與壓輥的擠壓應(yīng)力和摩擦力沿軸向出現(xiàn)非均勻現(xiàn)象，最終導(dǎo)致環(huán)模與壓輥磨損呈不均勻分布。
2．2 疲勞破壞
制粒機(jī)環(huán)模為一多孔環(huán)形零件，工作條件惡劣，在使用過(guò)程中長(zhǎng)期承受壓輥的擠壓力和物料的摩擦力，使之產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和接觸壓應(yīng)力。但這些應(yīng)力不是影響環(huán)模壽命的因素，其主要失效形式還是來(lái)自疲勞破壞。黃傳海在“顆粒飼料壓制機(jī)環(huán)模強(qiáng)度探討”中，對(duì)制粒機(jī)工作過(guò)程中環(huán)模的受力情況進(jìn)行了分析，認(rèn)為環(huán)模在制粒過(guò)程中受到交變的作用，
這表明其交變應(yīng)力是非對(duì)稱(chēng)循環(huán)的，環(huán)模通常發(fā)生疲勞破壞。這與環(huán)模在實(shí)際使用中所產(chǎn)生失效結(jié)果相吻合。在此基礎(chǔ)上，提出適當(dāng)增大環(huán)模寬度、厚度及內(nèi)徑，可提高環(huán)模的抗彎能力和生產(chǎn)率。同時(shí)增大內(nèi)徑和有效擠壓長(zhǎng)度，可明顯降低環(huán)模的接觸壓應(yīng)力。
為有效改善環(huán)模的受力條件，除改變環(huán)模外形尺寸，還可以采取選用合適材質(zhì)和熱處理技術(shù)，以及設(shè)計(jì)環(huán)模表面開(kāi)孔率等途徑。
環(huán)模通常由碳(合金)鋼或不銹鋼材料經(jīng)鍛壓、切削、鉆孔、熱處理等工序制成。環(huán)模鉆孔時(shí)，應(yīng)采用多孔槍鉆加工，以保證各孔質(zhì)量。熱處理時(shí)，應(yīng)采用真空淬火設(shè)備，可避免在普通設(shè)備中經(jīng)常出現(xiàn)的表面氧化的脫炭，從而獲得更高的硬度。
環(huán)模表面開(kāi)孔率直接影響制粒機(jī)的產(chǎn)量和環(huán)模強(qiáng)度。開(kāi)孔率大，制粒機(jī)產(chǎn)量高，環(huán)模強(qiáng)度低；反之，環(huán)模強(qiáng)度提高，制粒機(jī)產(chǎn)量降低。由于選材及環(huán)模尺寸的差異，要得到恰當(dāng)?shù)沫h(huán)模?？组_(kāi)孔率數(shù)值，以更好地協(xié)調(diào)它的產(chǎn)量及使用壽命，目前還有較大的困難。對(duì)于模孔直徑為2~12mm的環(huán)模，其模孔開(kāi)孔率一般應(yīng)選定在20％ ～30％之間。模孔越小，開(kāi)孔率取值越小，反之，開(kāi)孔率取值越大。制造廠可根據(jù)所選環(huán)模材料、環(huán)模外形結(jié)構(gòu)與尺寸，采取逐次迫近試驗(yàn)方法，確定環(huán)模開(kāi)孔率的大小，保證環(huán)模有足夠的強(qiáng)度，以防止其承載時(shí)破裂而縮短使用壽命。
在設(shè)計(jì)環(huán)模外形結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量減少環(huán)模外表面沿徑向分布的溝槽數(shù)量，并減小其深度。因?yàn)檠貜较蚍植嫉臏显闶亲钊菀桩a(chǎn)生應(yīng)力集中的部位。在長(zhǎng)期交變應(yīng)力作用下，首先易在此部位產(chǎn)生微裂紋，繼而逐步擴(kuò)大，最終造成環(huán)模斷裂。
以上分析表明，環(huán)模在生產(chǎn)過(guò)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(huán)模的失效是不切實(shí)際的，只有改善環(huán)模制造、生產(chǎn)及使用條件，從而延長(zhǎng)環(huán)模的使用壽命，節(jié)約成本。
