玉米秸稈機械化飼料制粒技術及環模壓輥技術優化

丁建華

摘 要：玉米秸稈是我國養殖業的主要飼料原料，傳統的青貯、黃貯、氨化等加工方式已逐漸不適應自動化養殖企業的飼喂要求，將玉米秸稈進行機械化制粒加工是飼料行業未來發展的大趨勢，根據玉米機械化飼料研制技術的應用情況，總結了現階段玉米環模制粒技術的原理與特點，并給出了環模與壓輥的合理設計與優化方向。

關鍵詞：玉米秸稈;機械化;飼料制粒;環模;壓輥;優化

中圖分類號：S38??? ????文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.018

0 引言

近年來，我國的飼料加工行業得到了快速的發展，很多企業紛紛引進先進的自動化生產設備用以制造多種用途的牲畜飼料，使我國的成品飼料生產能力得到了快速的提升。飼料行業的發展和產品特點與我國養殖業和畜牧業的發展息息相關，隨著牲畜養殖的自動化技術普及，對顆粒飼料的需求量不斷提升，促進了飼料機械技術的發展與完善。針對玉米秸稈高產可再生的特點，利用制粒機械將其加工成為成品的顆粒飼料是秸稈資源利用的可行方向，且在先進制粒技術的支持下，以秸稈為原材料的顆粒飼料將為養殖業節本增效創造條件，有利于飼料工業體系與養殖業的同步快速發展。

1 秸稈機械化飼料制粒技術研究現狀

現階段，隨著畜牧養殖行業逐漸向著大規模集中化發展，傳統的秸稈類飼料在自動化喂養方面存在很多弊端，而將秸稈壓制成為飼料顆粒，是國內外飼料生產的總體趨勢。玉米秸稈的制粒技術是將粉碎的秸稈進行壓縮，并同時進行高溫加熱，使蛋白質和淀粉等成分趨于熟化，且顆粒飼料的適口性好，干凈衛生，更利于牲畜的健康。根據制粒技術的不同可將玉米秸稈制粒機分為環模制粒機和平模制粒機兩類，為適應玉米秸稈粉碎料的壓制過程，環模制粒機的適用范圍更廣，產品質量更佳。且先進的環模制粒機能夠實現高度自動化的作業，具有方便快捷、性能穩定、效率高、使用壽命長的優點。

環模制粒機在我國的研究與應用經歷了較長的時間，前期的應用主要是靠引進國外的先進技術，利用高鉻合金鋼坯料制作壓制模具，并利用真空淬火爐使模具具有較高的表面硬度，且國外先進技術生產的模具精度高，產品形狀統一，品質好。隨著我國自主研究的逐漸深入，在國外成熟技術的基礎上，為適應我國對玉米秸稈顆粒飼料的實際需求，我國在大直徑、高效率環模制粒機方面的理論研究也取得了顯著成效，使我國自主研發的環模制粒機的生產能力與使用壽命都得到了顯著增強，但與發達國家的成熟機型仍存在一定差距。

2 玉米秸稈環模制粒技術特點

2.1 工作原理與流程

玉米秸稈的環模制粒主要包括5個機械過程，分別為自動進料、物料壓緊、旋轉擠壓、壓縮成型、切割制粒。在制粒機運轉過程中，環模通過帶傳動獲得運轉動力，與壓輥配合呈順時針轉動，壓輥與環模的配合關系如圖所示。在壓輥與環模旋轉過程中，由于壓輥外徑線速度與環模內徑線速度不同，會使進入環模內部的秸稈碎料在壓輥的旋轉帶動下產生強力的擠壓，這種擠壓力在壓輥與環模近似相切位置達到最大，使秸稈碎料被擠壓到環模的模孔中，形成圓柱形高密度秸稈條，逐漸擠出環模外部，在環模運轉中擠出的圓柱形秸稈被切刀依次切下，形成統一的秸稈顆粒。

2.2 重要結構技術特點

（1）環模結構與特點。由于秸稈制粒的過程中，環模需要不斷受到物料的擠壓與摩擦，因此需要其具備較高的硬度與鋼性，現階段使用的環模多數用合金結構鋼或不銹鋼制造而成，部分設備也有采用普通碳素鋼制造的。由于環模的結構特點，其制造過程中需經過車削、鉆孔后對其進行嚴格的熱處理，通常的處理硬度在HRC50以上，且需整體淬火，使其達到足夠的強度。

環模孔的結構按照其功能包括了減壓孔、直孔、內錐孔、外錐孔四種。以保證制粒過程中不同位置秸稈碎料能夠均衡的進入壓制孔中，避免所生產的顆粒飼料出現密度不均勻等問題，且通過合理設計和布局的壓孔結構有利于各模孔的出料量一致，確保飼料的加工效率。環模在制粒過程中的轉速通常為5～8 m·s-1，速度與擠壓過程中的物料厚度與擠壓時間直接相關，因此應根據飼料的用途合理調整環模轉速，以保證顆粒飼料質量與實際產能的良好匹配。

（2）壓輥結構與特點。壓輥的結構相對簡單，多采用圓柱型輥體做為主要的壓縮和運轉機構，根據環模壓縮機機體尺寸的大小和結構設計的不同，通常可以將輥的布置形式分為單輥、雙輥和多輥組合式三大類。由于玉米秸稈的碎料是在壓輥與環模相對運動過程中經擠壓進入模孔而形成圓柱形顆粒的，在實際應用中壓輥的直徑尺寸越大，則對物料形成的預壓縮與擠壓范圍越大，更有利于制作成高密度的玉米秸稈飼料顆粒。

3 環模壓輥技術優化

3.1 環模結構設計與優化

通常情況下玉米飼料制粒機的工作效率與環模的工作面積直接相關且呈線性關系，當制粒機的動力確定時，為保證足夠的制粒能力，設計過程中制粒機的工作面積應先確定，面積確定后，應根據制粒機的工作環境確定環模的寬度與直徑，在固定面積下，寬度與直徑成反比關系，如下式所示

M=DEπ

式中 M—環模工作面積（mm2）;

D—環模直徑（mm）;

E—環模寬度（mm）。

此時，需在環模的工作面上進行開孔，開孔按照等邊三角形的原則進行排列，此時環模開孔率的計算公式為

α=0.9×[D/（D+t）]×2

式中 α—環模開孔率;

D—環模直徑（mm）;

t—環模壁厚（mm）。

由上式可知，開孔率與環模直徑直接相關，開孔率越高制粒過程越容易，但此時必須保持合理尺寸以保證環模強度。因此在設計過程中，不能夠單純考慮制粒過程的工作效率，還必須根據使用條件和工作壓力合理設計壁厚和直徑尺寸，以保證環模具有足夠的使用壽命。

3.2 壓輥技術優化

盡管從理論上來說，壓輥的直徑越大越利于秸稈飼料的擠壓成型，且直徑越大擠壓效率高且時間短，但還需考慮到在制粒機制粒的過程中，壓力的增大同時也會使壓輥軸、軸承及支撐結構承受較大的反作用力，同時環模的受力增大，不利于機具的合理使用壽命，且壓輥的直徑過于粗大也造成了裝配困難、與之配合零件尺寸過大、機具笨重等問題。因此，要想既實現工作效率的提升，又維持合理的壓輥直徑，則應采用雙輥式布局或多輥式布局進行設計。為保證環模的使用壽命，壓輥所采用的金屬材料和熱處理工藝相對低些。 通常情況下壓輥可通過45#鋼調質處理，且表面硬度達到HRC35～40。為保證支撐結構和軸承的使用壽命，根據所受到的徑向力特點，可選用單列向心軸承，同時壓輥直徑的設計以雙輥式布局為例，要求環模內徑與壓輥外徑比為 2.315，既能符合作業效率要求，又使尺寸布局更為靈活。

4 結語

通過飼料制粒技術對玉米秸稈進行資源回收與利用，既符合國家的政策要求，又能滿足飼料機械行業的發展特點，就目前而言，我國的環模飼料加工技術在玉米秸稈顆粒飼料生產上的應用仍相對較少，且很多機型存在環模使用壽命低、作業可靠性不高、顆粒飼料品質不合格等問題，仍需相關的產品研究與生產企業加強技術攻關，促進我國玉米秸稈飼料加工行業的快速發展。

參考文獻：

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