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動力消耗最大的設備之一,在相同功率下生產更多飼料是顆粒生產急需解決的問題。近年來，很多學者對飼料制粒機環(huán)模進行了大量研究，取得了一定的進展。馬巖[1]指出顆粒飼料生產率的高低，除與壓粒設備性能有關外，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，可導致生產率有極大差別。劉學軍[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力與變形分布，找到了環(huán)?？椎菇桥c環(huán)模孔軸向路徑的應力與變形的影響關系。陳炳偉[4]研究了環(huán)?？资芰喕Ｐ?，并基于簡化模型對環(huán)?？卓谶M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率與環(huán)模線速度之間關系報道較少。因此，探究飼料顆粒生產率與環(huán)模線速度關系是改進制粒機設計的重要依據(jù)?；诖?，本文對環(huán)模線速度與飼料加工效率關系進行試驗研究。

1 環(huán)模線速度分析和生產率的計算

1.1 環(huán)模線速度分析

環(huán)模線速度指環(huán)模內圓切線速度，它的高低影響到擠壓區(qū)內的料層厚度及物料通過?？椎臅r間，進而影響制粒機產量和顆粒質量[7]。線速度過高時，有可能使擠壓區(qū)內的物料形成斷層，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量好，但產量不高。

環(huán)模轉速的確定首先考慮制粒產量；制粒產量與轉速沒有正反比關系，存在最佳轉速范圍來對應最佳產量；轉速的確定也不能忽視顆粒成形率，轉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，對應環(huán)模轉速不同，才可以壓制高品質飼料；環(huán)模運轉過程中產生離心力也對顆粒生產率有影響，環(huán)模內徑尺寸越大，轉速越高，離心力就越大，制粒機穩(wěn)定性也越差。

綜合上面因素，以及制粒機設計和生產者的經驗，環(huán)模轉速應由環(huán)模內徑線速度確定，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)模內徑線速度計算公式：

式中：D——環(huán)模直徑；

n——環(huán)模轉速。

1.2 生產能力

制粒機的生產能力可表示為：

式中：——制粒機產量；

Z——壓輥數(shù)；

b——環(huán)模寬度；

n——壓模的轉速；

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 試驗設備和試驗原料

試驗用制粒機為某公司生產的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 試驗方案及結果分析

試驗用原始環(huán)模內孔直徑420mm，有效寬度185mm，環(huán)模材料為42 CrMo。試驗用新設計環(huán)模，環(huán)模內孔直徑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率的關系試驗，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率列入表2。生產顆粒料稱量裝置如圖2所示。

表2 新、舊環(huán)模線速度及對應的生產率

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，同時記錄下蝦顆粒飼料生產率。所得到的試驗結果也列入表2。

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)繪制圖3和4，從圖3和4看出：顆粒飼料的加工產量不與速度成線性關系，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時達到最大生產率。相對于原有環(huán)模，在相同線速度的情況下，生產率提升11.68%。

圖3 新環(huán)模線速度與生產率關系

圖4 原環(huán)模線速度與生產率關系

4 結論

對環(huán)模開孔率、線速度與飼料加工效率關系進行了試驗研究。通過試驗得出：顆粒飼料加工產量與線速度存在線性關系，且存在拐點。該試驗結論不論是對制粒機的設計還是顆粒生產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質率的影響[J].飼料廣角，2010(12)：19-20.

[2]劉學軍.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)模結構型孔的有限元分析[J].中國農機化,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:南京理工大學碩士學位論文,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,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.生物質壓塊擠壓部件結構參數(shù)的優(yōu)化設計[J].農業(yè)工程學報，1994,10(4):142-147.