(制粒能耗占整個車間總能耗30%~35%),減少生產(chǎn)成本(環(huán)模損耗一項費用占整個生產(chǎn)車間的裝修費25%
~30%以上)等方面影響極大。
1 工作原理(見圖1)
環(huán)模是由電動機經(jīng)減速器帶動旋轉(zhuǎn)的,安裝在環(huán)模內(nèi)的壓輥不公轉(zhuǎn),但因與轉(zhuǎn)動著的環(huán)模摩擦(通過壓實物料)而自轉(zhuǎn)。進入壓制室的調(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,并通過環(huán)模??走B續(xù)地擠壓成形,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度的顆粒飼料。環(huán)模與壓輥在任何接觸點的線速度都同,其全部壓力都被用于制粒。
環(huán)模在正常工作過程中,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。本文擬對環(huán)模失效原因進行分析,從而對環(huán)模的制造、使用條件提出建議。
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失效原因分析從環(huán)模實際失效現(xiàn)象來看,可分成3類。
第一類:環(huán)模工作一段時間后,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規(guī)定值而失效;
第二類:環(huán)模內(nèi)壁磨損后,內(nèi)表面凹凸不平嚴重,使飼料流動受阻,出料量下降而停止使用;
第三類:環(huán)模內(nèi)壁磨損后,使內(nèi)徑增大,壁厚小,同時出料小孔內(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)第一類失效現(xiàn)象之前)
,在最危險的截面上首先出現(xiàn)裂紋并不斷擴大,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)象的實質(zhì)性原因,歸納起來,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??鬃兇螅诤褡儽?。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
原料粉碎細度要適中均勻,因為原料粉碎細度決定著飼料組成的表面積,粒度越細,表面積越大,物料吸收蒸汽中水分越快,有利于進行調(diào)質(zhì)與顆粒成形。原料粒度過粗,會增加壓模的磨損,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8目篩面,25目篩上物不得大于35% 。對粗纖維含量高的物料,添加一定量的油脂,在制粒過程中,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)過多,會加快壓模的磨損,所以,原料清雜工作十分重要。目前,大多數(shù)飼料廠對清除原料中鐵雜質(zhì)較為重視,因鐵質(zhì)物質(zhì)對壓模、壓輥乃至設(shè)備會造成強烈的破壞。而對砂石類雜質(zhì)的清除卻不重視。這一點應(yīng)引起制粒機用戶的注意。
2.1.3 蒸汽的添加
對物料添加蒸汽,可軟化物料,使物料中含油細胞組織分裂,并使油分呈游離狀態(tài),在制粒過程中起潤滑作用,從而減輕物料對壓模的磨損作用,并提高制粒機的產(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16% ~17% ,物料調(diào)質(zhì)后的溫度在78~87~C時最佳。
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小,會加快環(huán)模與壓輥表面的磨損,特別是在制粒機啟動和停止時的空運轉(zhuǎn)期間,這種磨損作用更加強烈。考慮到環(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)模時取小值。 2.1.5 撒料器安裝角度
撒料器安裝角度不正確,會導(dǎo)致環(huán)模與壓輥間的物料分布不均勻。因此,進入擠壓時,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
制粒機環(huán)模為一多孔環(huán)形零件,工作條件惡劣,在使用過程中長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自疲勞破壞。黃傳海在“顆粒飼料壓制機環(huán)模強度探討”中,對制粒機工作過程中環(huán)模的受力情況進行了分析,認為環(huán)模在制粒過程中受到交變的作用,其交變應(yīng)力循環(huán)特性為:
這表明其交變應(yīng)力是非對稱循環(huán)的,環(huán)模通常發(fā)生疲勞破壞。這與環(huán)模在實際使用中所產(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。同時增大內(nèi)徑和有效擠壓長度,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)計環(huán)模表面開孔率等途徑。
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,應(yīng)采用多孔槍鉆加工,以保證各孔質(zhì)量。熱處理時,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)模表面開孔率直接影響制粒機的產(chǎn)量和環(huán)模強度。開孔率大,制粒機產(chǎn)量高,環(huán)模強度低;反之,環(huán)模強度提高,制粒機產(chǎn)量降低。由于選材及環(huán)模尺寸的差異,要得到恰當?shù)沫h(huán)模模孔開孔率數(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。對于??字睆綖?~12mm的環(huán)模,其??组_孔率一般應(yīng)選定在20% ~30%之間。??自叫。_孔率取值越小,反之,開孔率取值越大。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,采取逐次迫近試驗方法,確定環(huán)模開孔率的大小,保證環(huán)模有足夠的強度,以防止其承載時破裂而縮短使用壽命。
在設(shè)計環(huán)模外形結(jié)構(gòu)時,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。因為沿徑向分布的溝糟是最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位。在長期交變應(yīng)力作用下,首先易在此部位產(chǎn)生微裂紋,繼而逐步擴大,最終造成環(huán)模斷裂。
以上分析表明,環(huán)模在生產(chǎn)過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)模的失效是不切實際的,只有改善環(huán)模制造、生產(chǎn)及使用條件,從而延長環(huán)模的使用壽命,節(jié)約成本。