环模线速度与饲料加工产量关系试验探究

李艳聪 万志生 李书环 单慧勇 李艳琳

饲料制粒机是饲料加工厂内动力消耗最大的设备之一,在相同功率下生产更多饲料是颗粒生产急需解决的问题。近年来，很多学者对饲料制粒机环模进行了大量研究，取得了一定的进展。马岩[1]指出颗粒饲料生产率的高低，除与压粒设备性能有关外，很大程度取决于原料制粒性能和压粒工艺，由于工艺条件的控制和操作水平的差别，可导致生产率有极大差别。刘学军[2]对饲料制粒机压辊线磨损度进行了理论研究；张炜[3]分析得到了三种类型环模孔沿轴向路径的应力与变形分布，找到了环模孔倒角与环模孔轴向路径的应力与变形的影响关系。陈炳伟[4]研究了环模孔受力简化模型，并基于简化模型对环模孔口进行了有限元受力分析。白炜等[5]进行了3种秸秆颗粒冷态压缩成型的开式试验研究，研究表明在压紧阶段物料主要发生了塑性变形，且挤压力的数学模型为线性方程。蔡嵘等[6]论述了物料在压制过程中的物理现象和颗粒机压膜最低转速的确定,对颗粒机的工作原理和其受力进行了分析。目前，在饲料制粒过程中对于饲料制粒机的生产率与环模线速度之间关系报道较少。因此，探究饲料颗粒生产率与环模线速度关系是改进制粒机设计的重要依据。基于此，本文对环模线速度与饲料加工效率关系进行试验研究。

1 环模线速度分析和生产率的计算

1.1 环模线速度分析

环模线速度指环模内圆切线速度，它的高低影响到挤压区内的料层厚度及物料通过模孔的时间，进而影响制粒机产量和颗粒质量[7]。线速度过高时，有可能使挤压区内的物料形成断层，制粒不连续，制出的颗粒松软，粉料多，而且对于水分含量较高的物料还易打滑，甚至根本不能制粒；较低的环模线速度虽然制出的颗粒质量好，但产量不高。

环模转速的确定首先考虑制粒产量；制粒产量与转速没有正反比关系，存在最佳转速范围来对应最佳产量；转速的确定也不能忽视颗粒成形率，转速太高容易把压制出来的颗粒甩碎，降低成形率；同时，饲料配方不同，对应环模转速不同，才可以压制高品质饲料；环模运转过程中产生离心力也对颗粒生产率有影响，环模内径尺寸越大，转速越高，离心力就越大，制粒机稳定性也越差。

综合上面因素，以及制粒机设计和生产者的经验，环模转速应由环模内径线速度确定，一般线速度范围为：2.5～7.5 m/s，对于鱼虾颗粒饲料，其线速度在1～3 m/s。涉及到的传动机构不同，速度亦不一样，对于齿轮传动的线速度偏低，对于皮带传动的线速度可偏高。

环模内径线速度计算公式：

式中：D——环模直径；

n——环模转速。

1.2 生产能力

制粒机的生产能力可表示为：

式中：——制粒机产量；

Z——压辊数；

b——环模宽度；

n——压模的转速；

M——压模和压辊直径之比；

θ——物料的挤压角；

y——物料在松散状态下的密度。

2 试验设备和试验原料

试验用制粒机为某公司生产的420型制粒机。试验现场如图1所示。

图1 试验现场

试验饲料为某公司生产的虾饲料(40%粗蛋白幼虾饲料，粗脂肪7%，粒径1.8 mm)。虾配方见表1。

表1 虾颗粒料配方

3 试验方案及结果分析

试验用原始环模内孔直径420mm，有效宽度185mm，环模材料为42 CrMo。试验用新设计环模，环模内孔直径420 mm，有效宽度185 mm，开孔率较原始模增加15%，环模材料为42 CrMo，环模打孔数为17340。在试验过程中，通过制粒机自带的显示装置读取转速，控制压模线速度。为了进行不同环模线速度下虾颗粒料生产率数据对比，采用的方法是在保证功率不变的情况下，调整电机频率，变化环模的线速度。首先进行新环模的线速度与颗粒生产率的关系试验，以一个小时为时间计量单位，记录在不同线速度下饲料的生产率列入表2。生产颗粒料称量装置如图2所示。

表2 新、旧环模线速度及对应的生产率

图2 加工颗粒料称量装置

采用相同方法，控制相同的环模线速度，在原有环模和压辊工况下进行虾饲料颗粒的生产，同时记录下虾颗粒饲料生产率。所得到的试验结果也列入表2。

根据表2中数据绘制图3和4，从图3和4看出：颗粒饲料的加工产量不与速度成线性关系，存在一个拐点。针对试验用新环模制粒机，环模线速度为1.4 m/s时达到最大生产率。相对于原有环模，在相同线速度的情况下，生产率提升11.68%。

图3 新环模线速度与生产率关系

图4 原环模线速度与生产率关系

4 结论

对环模开孔率、线速度与饲料加工效率关系进行了试验研究。通过试验得出：颗粒饲料加工产量与线速度存在线性关系，且存在拐点。该试验结论不论是对制粒机的设计还是颗粒生产都有一定的参考价值。

[1]马岩.原料制粒工艺特性的综合分析对颗粒饲料生产质率的影响[J].饲料广角，2010(12)：19-20.

[2]刘学军.饲料制粒机压辊线磨损度的理论研究[J].粮食与饲料工业,2009(1)：29-30.

[3]张炜，吴劲锋.环模制粒机中环模结构型孔的有限元分析[J].中国农机化,2009(2)：83-85.

[4]陈炳伟.环模制粒机高效制粒机理与性能分析[D].南京:南京理工大学硕士学位论文,2009.

[5]白炜，胡建军，雷廷宙，等.秸秆颗粒冷态压缩成型试验研究及回归分析[J].河南科学,2009，27(6)：703-706.

[6]蔡嵘，黄远，王永昌.卧式环模饲料制粒机工作原理的探讨[J].粮食与食品工业,2010，17(5)：51-54.

[7]孟庆兰.生物质压块挤压部件结构参数的优化设计[J].农业工程学报，1994,10(4):142-147.