飼料螺旋擠壓膨化機關鍵部件的設計

李 翔

（布勒（常州）機械有限公司，江蘇 溧陽 213332）

1 膨化機設計的重要依據(jù)

1）膨化的類型。擠壓膨化機根據(jù)能夠處理物料水分高低，分有濕式膨化和干式膨化兩類。它們都是利用擠壓剪切出現(xiàn)摩擦來提升物料的溫度，接著強迫物料在模板成形孔中進行擠出。出模時，伴隨壓力的驟降，水分蒸發(fā)，進而出現(xiàn)了內(nèi)部多孔、體積變大的膨化產(chǎn)品。在干式膨化過程中，物料水分通常含量是20%左右，然而在濕式的膨化過程中，一般利用加蒸汽和加水，處理物料水分含量是30%左右。另外，濕式的膨化工藝增加的蒸汽也給物料添加了熱量，加快其溫度的提升。濕式膨化主要的應用是加工水產(chǎn)飼料。

2）擠壓膨化的對象。不一樣的飼料存在不同的膨化工藝。即使就相同飼料來說，在不一樣含水率、淀粉、脂肪的環(huán)境下，其膨化的工藝特點也不一樣。所以，在膨化機設計工作前，首先要對飼料種類進行明確，進而給后面的設計指明方向。

物料水分含量為膨化工藝重要的一個參數(shù)，其不但影響著膨化效果，還影響膨化生產(chǎn)率和單位能耗。在膨化的過程當中，給物料添水，增加蒸汽，能夠有效對物料含水率進行調(diào)節(jié)。物料內(nèi)水分有助于淀粉進行糊化，然而水分太高也會限制淀粉發(fā)生糊化，并且影響著物料的儲存。

在膨化過程當中，由于高壓、高溫以及剪切的作用，往往會讓一些蛋白質(zhì)出現(xiàn)變形。利用膨化作用就能夠除去飼料內(nèi)有毒的成分，例如：抗營養(yǎng)因子、毒蛋白以及蛋白質(zhì)類酶等。一些蛋白質(zhì)變質(zhì)還可以提升飼料消化的吸收率。科學地利用膨化工藝，能夠使原料內(nèi)蛋白質(zhì)大大改善膨化產(chǎn)品的質(zhì)量。脂肪能夠在膨化工藝內(nèi)發(fā)揮提升彈性和潤滑的效果，然而太高的蛋白質(zhì)和脂肪含量又將會阻礙了物料擠出顆粒成形，影響飼料在水中的耐久性。水產(chǎn)飼料一般蛋白質(zhì)含量需要控制在20%-40%范圍內(nèi)，脂肪添加不能低于12%。

2 螺旋擠壓結構設計

1）選擇螺旋的形式。通常情況下，使用在飼料工業(yè)的膨化機主要含有兩類，分別是雙螺旋和單螺旋。一般情況下，單螺旋膨化機不應用到加工高碳水化合物和高脂肪化合物。多數(shù)狀況下，單螺旋膨化機不能夠加工脂肪含量高于12%的物料。過多脂肪造成的潤滑作用，會讓物料與螺旋出現(xiàn)打滑，減少了摩擦，弱化了剪切，降低物料熟化度，從而影響生產(chǎn)出的飼料的均勻品質(zhì)。雙螺旋膨化機結構特征是兩個相互之間進行嚙合的螺旋一同進行轉動，避免單螺旋膨化機存在的加工局限，目前，主流的同向旋轉完全嚙合型雙螺旋膨化機，在物料輸送，揉合，螺旋自清的優(yōu)勢明顯，適合對各類水產(chǎn)魚料的加工，尤其對高油脂蛋白和高水分特性的物料加工。

盡管雙螺旋膨化機的價格要高于單螺旋，然而因其在物料揉合和輸送能力突出，膨化腔長度設計相對單螺旋膨化機較短，所以物料在膨化腔的時間也較短，利于單位產(chǎn)能能耗。雙螺旋膨化機的單位飼料耗電量是每千克0.03千瓦，而單螺旋膨化機是每千克0.04千瓦，設備壽命周期內(nèi)具備節(jié)能降耗回報優(yōu)勢。

2）確定螺旋基本參數(shù)。螺旋直徑為螺旋主要的參數(shù)。在對膨化機進行設計的過程中，通常要已知生產(chǎn)率，然而生產(chǎn)率不但和螺旋直徑相關，還和螺旋轉速、出模的壓力等有關參數(shù)相關。長徑比也就是螺旋長度與外經(jīng)的比，其為膨化機螺旋一個重要參數(shù)之一。在其他條件固定的情況下，提高長徑比，就是增加螺旋長度，進而能夠增加物料在膨化機當中停留時間，確保物料更好的熔融。然而，如果長徑比太大將會造成物料熱分解，進而給膨化產(chǎn)品的顆粒質(zhì)量帶來影響。

物料在加壓膨化的時候需要通過輸送段、均化段以及熔融段。由于輸送段主要作用為對物料進行輸送，因此輸送段的螺旋槽深比較大，進而提升輸送量。一般情況下，輸送段的第1個螺旋槽深度應該大于8毫米，然而輸送段的長度大約占了整個螺旋長度的10%到30%左右。熔融段主要的作用為進一步壓縮物料，第1個螺旋槽深度應該大于6毫米，通常螺旋長度應該選擇50%的整個螺旋長度。均化段槽深越淺，物料經(jīng)受越大的剪切作用，將更好的有助于物料的均化和塑化。但是，均化段槽深不能太淺，反之將會造成物料熱分解。增大均化段的螺旋長度能夠降低漏流和倒流，在一定情況下能夠提升生產(chǎn)率，并且物料在均化段能夠停留比較久的時間，有助于物料攪拌。但是如果均化段螺旋長度太長，也會造成物料熱分解，給飼料的質(zhì)量帶來影響。通常情況下，均化段螺旋的長度需要設置在20%-25%整個螺旋長度。

多數(shù)情況下，螺旋葉片寬度是根據(jù)經(jīng)驗所得到的。螺旋葉片寬度越窄，那么螺棱占的體積就會越小，螺旋輸送的水平就會越大。但是，螺旋葉片和膨化腔當中表面相應面積也會越小，進而造成比較大的漏流。

一般情況下，單螺旋膨化機內(nèi)螺旋壓縮比指的是螺旋槽最大的深度、最小深度比是3:1。膨化機壓縮比定義是：熟化段的螺旋橫截面螺旋的槽深內(nèi)環(huán)形面積和出料口模板孔的面積和的比值。一般能夠利用堵塞一定的模孔來對膨化機壓縮比進行改變，進而對膨化機性能進行測定。通常膨化機壓縮比是8到13范圍內(nèi)。

3）膨化腔設計。在膨化腔的套筒當中，表面軸向或周向剪切槽深度、數(shù)量和形狀對飼料剪切揉搓存在比較大的影響。為了對飼料在膨化腔當中溫度進行調(diào)節(jié)，通常膨化腔設計為雙層的機構。應用分段設計能夠有效的監(jiān)控和控制膨化腔內(nèi)不一樣區(qū)段。因為套筒和物料進行直接的接觸，易造成嚴重的磨損，一般應用材料是熱作模具鋼40CrMoV，熱處理之后的硬度是55-60HRC。

3 模板和切刀的設計

膨化工藝設計最后關鍵部分為出料模板形狀、切刀、出料口分布。在對模板進行設計過程中，通過螺旋槽環(huán)面作為基礎位置，均勻的對出料孔進行分布。在模板當中表面，出料孔位置需要增加壓力緩沖錐面孔，增大徑向擠壓力，調(diào)整模孔料流速度，利于出模料形。模板開孔率要確保膨化機設計生產(chǎn)率，不同性質(zhì)飼料，單位產(chǎn)能的期望開孔率范圍不同，一般沉性料在550到600mm2/(t·h)，浮性料在200到250mm2/(t·h)。通常的模板出料孔徑有2.0毫米、2.5毫米、3.0毫米、4.0毫米、8.0毫米、10毫米。為了有助于飼料顆粒膨脹，浮性料的出料孔長徑比需要設計成0.6到1.0。一般切刀應用變頻調(diào)速技術，更加便于按照出料狀況對顆粒長短進行調(diào)節(jié)。為保證飼料顆粒切割面規(guī)則圓整，切刀刃和模板端面間隙一般是0.02毫米。

4 結束語

自從食品膨化機誕生應用后，伴隨飼料工業(yè)迅猛發(fā)展，人們已經(jīng)將膨化技術廣泛應用到了水產(chǎn)飼料行業(yè)當中。本文從物料特點和機械設計相結合的角度來，分析了飼料螺旋膨化機設計過程中存在的關鍵部位，并且對比了單螺旋結構和雙螺旋結構的優(yōu)越性。通過此次研究說明了雙螺旋膨化機在膨化工藝當中更能夠發(fā)揮穩(wěn)定、易控、節(jié)能的膨化效果。