環(huán)模線速度與飼料加工產(chǎn)量關(guān)系試驗探究

李艷聰 萬志生 李書環(huán) 單慧勇 李艷琳

飼料制粒機是飼料加工廠內(nèi)動力消耗最大的設(shè)備之一,在相同功率下生產(chǎn)更多飼料是顆粒生產(chǎn)急需解決的問題。近年來，很多學(xué)者對飼料制粒機環(huán)模進行了大量研究，取得了一定的進展。馬巖[1]指出顆粒飼料生產(chǎn)率的高低，除與壓粒設(shè)備性能有關(guān)外，很大程度取決于原料制粒性能和壓粒工藝，由于工藝條件的控制和操作水平的差別，可導(dǎo)致生產(chǎn)率有極大差別。劉學(xué)軍[2]對飼料制粒機壓輥線磨損度進行了理論研究；張煒[3]分析得到了三種類型環(huán)模孔沿軸向路徑的應(yīng)力與變形分布，找到了環(huán)模孔倒角與環(huán)模孔軸向路徑的應(yīng)力與變形的影響關(guān)系。陳炳偉[4]研究了環(huán)模孔受力簡化模型，并基于簡化模型對環(huán)模孔口進行了有限元受力分析。白煒等[5]進行了3種秸稈顆粒冷態(tài)壓縮成型的開式試驗研究，研究表明在壓緊階段物料主要發(fā)生了塑性變形，且擠壓力的數(shù)學(xué)模型為線性方程。蔡嶸等[6]論述了物料在壓制過程中的物理現(xiàn)象和顆粒機壓膜最低轉(zhuǎn)速的確定,對顆粒機的工作原理和其受力進行了分析。目前，在飼料制粒過程中對于飼料制粒機的生產(chǎn)率與環(huán)模線速度之間關(guān)系報道較少。因此，探究飼料顆粒生產(chǎn)率與環(huán)模線速度關(guān)系是改進制粒機設(shè)計的重要依據(jù)。基于此，本文對環(huán)模線速度與飼料加工效率關(guān)系進行試驗研究。

1 環(huán)模線速度分析和生產(chǎn)率的計算

1.1 環(huán)模線速度分析

環(huán)模線速度指環(huán)模內(nèi)圓切線速度，它的高低影響到擠壓區(qū)內(nèi)的料層厚度及物料通過模孔的時間，進而影響制粒機產(chǎn)量和顆粒質(zhì)量[7]。線速度過高時，有可能使擠壓區(qū)內(nèi)的物料形成斷層，制粒不連續(xù)，制出的顆粒松軟，粉料多，而且對于水分含量較高的物料還易打滑，甚至根本不能制粒；較低的環(huán)模線速度雖然制出的顆粒質(zhì)量好，但產(chǎn)量不高。

環(huán)模轉(zhuǎn)速的確定首先考慮制粒產(chǎn)量；制粒產(chǎn)量與轉(zhuǎn)速沒有正反比關(guān)系，存在最佳轉(zhuǎn)速范圍來對應(yīng)最佳產(chǎn)量；轉(zhuǎn)速的確定也不能忽視顆粒成形率，轉(zhuǎn)速太高容易把壓制出來的顆粒甩碎，降低成形率；同時，飼料配方不同，對應(yīng)環(huán)模轉(zhuǎn)速不同，才可以壓制高品質(zhì)飼料；環(huán)模運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力也對顆粒生產(chǎn)率有影響，環(huán)模內(nèi)徑尺寸越大，轉(zhuǎn)速越高，離心力就越大，制粒機穩(wěn)定性也越差。

綜合上面因素，以及制粒機設(shè)計和生產(chǎn)者的經(jīng)驗，環(huán)模轉(zhuǎn)速應(yīng)由環(huán)模內(nèi)徑線速度確定，一般線速度范圍為：2.5～7.5 m/s，對于魚蝦顆粒飼料，其線速度在1～3 m/s。涉及到的傳動機構(gòu)不同，速度亦不一樣，對于齒輪傳動的線速度偏低，對于皮帶傳動的線速度可偏高。

環(huán)模內(nèi)徑線速度計算公式：

式中：D——環(huán)模直徑；

n——環(huán)模轉(zhuǎn)速。

1.2 生產(chǎn)能力

制粒機的生產(chǎn)能力可表示為：

式中：——制粒機產(chǎn)量；

Z——壓輥數(shù)；

b——環(huán)模寬度；

n——壓模的轉(zhuǎn)速；

M——壓模和壓輥直徑之比；

θ——物料的擠壓角；

y——物料在松散狀態(tài)下的密度。

2 試驗設(shè)備和試驗原料

試驗用制粒機為某公司生產(chǎn)的420型制粒機。試驗現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 試驗現(xiàn)場

試驗飼料為某公司生產(chǎn)的蝦飼料(40%粗蛋白幼蝦飼料，粗脂肪7%，粒徑1.8 mm)。蝦配方見表1。

表1 蝦顆粒料配方

3 試驗方案及結(jié)果分析

試驗用原始環(huán)模內(nèi)孔直徑420mm，有效寬度185mm，環(huán)模材料為42 CrMo。試驗用新設(shè)計環(huán)模，環(huán)模內(nèi)孔直徑420 mm，有效寬度185 mm，開孔率較原始模增加15%，環(huán)模材料為42 CrMo，環(huán)模打孔數(shù)為17340。在試驗過程中，通過制粒機自帶的顯示裝置讀取轉(zhuǎn)速，控制壓模線速度。為了進行不同環(huán)模線速度下蝦顆粒料生產(chǎn)率數(shù)據(jù)對比，采用的方法是在保證功率不變的情況下，調(diào)整電機頻率，變化環(huán)模的線速度。首先進行新環(huán)模的線速度與顆粒生產(chǎn)率的關(guān)系試驗，以一個小時為時間計量單位，記錄在不同線速度下飼料的生產(chǎn)率列入表2。生產(chǎn)顆粒料稱量裝置如圖2所示。

表2 新、舊環(huán)模線速度及對應(yīng)的生產(chǎn)率

圖2 加工顆粒料稱量裝置

采用相同方法，控制相同的環(huán)模線速度，在原有環(huán)模和壓輥工況下進行蝦飼料顆粒的生產(chǎn)，同時記錄下蝦顆粒飼料生產(chǎn)率。所得到的試驗結(jié)果也列入表2。

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)繪制圖3和4，從圖3和4看出：顆粒飼料的加工產(chǎn)量不與速度成線性關(guān)系，存在一個拐點。針對試驗用新環(huán)模制粒機，環(huán)模線速度為1.4 m/s時達到最大生產(chǎn)率。相對于原有環(huán)模，在相同線速度的情況下，生產(chǎn)率提升11.68%。

圖3 新環(huán)模線速度與生產(chǎn)率關(guān)系

圖4 原環(huán)模線速度與生產(chǎn)率關(guān)系

4 結(jié)論

對環(huán)模開孔率、線速度與飼料加工效率關(guān)系進行了試驗研究。通過試驗得出：顆粒飼料加工產(chǎn)量與線速度存在線性關(guān)系，且存在拐點。該試驗結(jié)論不論是對制粒機的設(shè)計還是顆粒生產(chǎn)都有一定的參考價值。

[1]馬巖.原料制粒工藝特性的綜合分析對顆粒飼料生產(chǎn)質(zhì)率的影響[J].飼料廣角，2010(12)：19-20.

[2]劉學(xué)軍.飼料制粒機壓輥線磨損度的理論研究[J].糧食與飼料工業(yè),2009(1)：29-30.

[3]張煒，吳勁鋒.環(huán)模制粒機中環(huán)模結(jié)構(gòu)型孔的有限元分析[J].中國農(nóng)機化,2009(2)：83-85.

[4]陳炳偉.環(huán)模制粒機高效制粒機理與性能分析[D].南京:南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009.

[5]白煒，胡建軍，雷廷宙，等.秸稈顆粒冷態(tài)壓縮成型試驗研究及回歸分析[J].河南科學(xué),2009，27(6)：703-706.

[6]蔡嶸，黃遠，王永昌.臥式環(huán)模飼料制粒機工作原理的探討[J].糧食與食品工業(yè),2010，17(5)：51-54.

[7]孟慶蘭.生物質(zhì)壓塊擠壓部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1994,10(4):142-147.