1.2.2環(huán)模
顆粒機(jī)制粒機(jī)理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近20年來，顆粒飼料以其眾多優(yōu)點(diǎn)在我國得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，但在飼料生
產(chǎn)中，顆粒飼料質(zhì)量問題仍很常見。究其原因，主要是國內(nèi)廠家對顆粒飼料的制粒機(jī)理及其影響因素缺乏深入的研究。
國外針對環(huán)模顆粒機(jī)制粒機(jī)理的研究很多，也很全面，但是大部分研究成果都處于保密狀態(tài)。目前，國內(nèi)環(huán)模顆粒機(jī)機(jī)理研究很少，缺乏對制粒過程全面系統(tǒng)的研究。
主要的研究有：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所的鐘啟新和齊廣海從物料特性和粉狀物料之間的作用力之間的關(guān)系分析了制粒機(jī)理，并結(jié)合試驗(yàn)，分析了影響制粒過程的物料特性因素和環(huán)模、壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的李忠平教授對制粒過程中飼料發(fā)生的物理和化學(xué)變化進(jìn)行了探討，指出正確認(rèn)識這些變化，對合理選擇制粒參數(shù)，提高飼料產(chǎn)品質(zhì)量，免除不必要的損失，增強(qiáng)產(chǎn)品在市場上競爭能力有重要的現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)如今通常把制粒室內(nèi)分布的物料層分為三個(gè)不同的區(qū)域：供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)。重慶通威飼料有限公司的田鵬飛發(fā)現(xiàn)供料區(qū)內(nèi)物料層厚度發(fā)生變化時(shí)，變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)的長度也會發(fā)生變化，分析了供料區(qū)內(nèi)物料層厚度存在一最佳值，能最大程度地提高環(huán)模顆粒機(jī)的生產(chǎn)效率。粉狀物料特性，如泊松比、摩擦系數(shù)等，對環(huán)模顆粒機(jī)環(huán)模孔中的軸向擠壓力和環(huán)模孔壁與物料的摩擦力大小的影響較大；而環(huán)模孔長徑比也會對軸向擠壓力和摩擦力的大小造成一定的影響，因此，針對不同特性的物料時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)出不同長徑比的環(huán)模。鄭州大學(xué)的孟令啟等對環(huán)模和壓輥系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，詳盡闡述了設(shè)計(jì)方法、機(jī)理、過程及一般原則，從而使環(huán)模和壓輥系統(tǒng)設(shè)計(jì)有
一定的規(guī)律可循。當(dāng)壓制不同物料時(shí)，需要對環(huán)模顆粒機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，主要包括環(huán)模的轉(zhuǎn)速、尺寸、環(huán)模孔的結(jié)構(gòu)等。
1.2,3環(huán)模顆粒機(jī)性能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
環(huán)模顆粒機(jī)性能主要從制粒質(zhì)量、生產(chǎn)效率、環(huán)模使用壽命和顆粒機(jī)能耗四個(gè)方面來評價(jià)。目前國內(nèi)的環(huán)模顆粒機(jī)性能仍然存在制粒質(zhì)量差，生產(chǎn)效率偏低、使用壽命很短以及能耗偏高等缺陷，這極大地限制了國內(nèi)環(huán)模顆粒機(jī)技術(shù)的發(fā)展。相關(guān)的研究現(xiàn)狀如下：
在制粒質(zhì)量方面，研究表明，飼料顆粒的性能可隨顆粒質(zhì)量的改善而得到提高。影響顆粒質(zhì)量的幾個(gè)因素及比重分別為：配方40%、粉碎粒度20%、調(diào)質(zhì)20%、環(huán)模工藝參數(shù)15%、冷卻干燥5%。通過對干燥的與脫水的苜蓿草在相同的調(diào)制水分與溫度下進(jìn)行的顆粒質(zhì)量對比試驗(yàn)，可以看出物料特性對飼料顆粒質(zhì)量的影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，壓制成形的飼料顆粒會出現(xiàn)粉化率高的現(xiàn)象。研究表明，控制制粒過程中的粉化率的關(guān)鍵在于制粒前處理、環(huán)模顆粒機(jī)的工況以及制粒后處理。而環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)對環(huán)模顆粒機(jī)的制粒質(zhì)量有直接的影響，加工配合飼料多選用圓柱形模孔的環(huán)模，但是如果飼料中的粗纖維含量高，環(huán)模的環(huán)模孔為外錐形孔，可以起到緩壓的作用。環(huán)模的孔徑與環(huán)模孔的長度之比稱為長徑比，長徑比是一重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一般孔徑大者開孔
率高，環(huán)模孔厚度小，顆粒硬度小，制粒質(zhì)量差。增大環(huán)模孔的厚度，可以增加顆粒的硬度，但是制粒產(chǎn)量相應(yīng)減小，研究表明，4.00mm的環(huán)模孔徑。谷物類含量高的飼料深徑比為9.5～12.5，熱敏該飼料深徑比為4.8～8.0。過世東教授在對大豆皮制粒的研究中，指出了長徑比對顆粒飼料的硬度、粉化率的影響程度較水分和顆粒粒度要弱。提高飼料顆粒質(zhì)量的方法有很多，可以通過優(yōu)化環(huán)模顆粒機(jī)的工藝參數(shù)來提高制粒質(zhì)量。
隨著飼料工業(yè)的蓬勃發(fā)展，如何充分發(fā)揮顆粒機(jī)生產(chǎn)能力，確保其穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)成了各企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。因此，這方面的研究比較多。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所的付慧生通過改變粉狀物料在調(diào)制器內(nèi)的調(diào)質(zhì)效果和顆粒機(jī)工藝參數(shù)，分析粉狀飼料水分，模輥間隙及環(huán)模孔長徑比對制粒生產(chǎn)效率、制粒能耗和飼料質(zhì)量的影響。研究結(jié)果證明了在保證顆粒質(zhì)量的前提下，可以通過調(diào)節(jié)水分添加量、模輥間隙和環(huán)模孔長徑比等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)提高環(huán)模顆粒機(jī)的生產(chǎn)效率，降低制粒能耗的目的。
環(huán)模是環(huán)模顆粒機(jī)中一項(xiàng)成本昂貴的易損件。如何減少和改善環(huán)模與壓輥的磨損，延長使用壽命，是降低飼料加工成本，增加經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。研究環(huán)模失效的原因，改善環(huán)模的使用條件，對提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，降低能耗（制粒能耗占整個(gè)車間總能耗的30%～35%），減少生產(chǎn)成本（環(huán)模損耗一項(xiàng)費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)車間的裝修費(fèi)25%～30%以上）等方面影響極大。在顆粒飼料生產(chǎn)過程中，常常會遇到環(huán)模顆粒機(jī)環(huán)模模孔堵塞的情況，如不及時(shí)正確地加以處理，不但會影響生產(chǎn)效率和制粒質(zhì)量，還會降低環(huán)模的使用壽命，產(chǎn)生環(huán)模堵塞的原因與粉狀物料特性、調(diào)質(zhì)、環(huán)模與壓輥的間隙等有關(guān)。環(huán)模使用壽命的長短首先取決于環(huán)模生產(chǎn)廠家的制造質(zhì)量，但是有關(guān)正確操作的技術(shù)也是必不可少的。新環(huán)模使用和1日環(huán)模修復(fù)可以在一定程度上延長環(huán)模的使用壽命，增加企業(yè)效益。
國內(nèi)的顆粒機(jī)與國外相比而言，還有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)上的差距，其中環(huán)模能耗問題尤為突出，如何降低環(huán)模顆粒機(jī)能耗，降低生產(chǎn)成本已成為現(xiàn)如今研究的一個(gè)主要方向。謝正軍等對制粒影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)原料被粉碎得越細(xì)，表面積就越大，水熱處理時(shí)，易吸水吸熱，易壓制成形。但過細(xì)的粒度會使物料的摩擦系數(shù)減小，影響攫取角，即會降低制粒產(chǎn)量，也會增加粉碎電耗；粒度過大，不利于水熱調(diào)節(jié)，制粒質(zhì)量差，還會增加模輥的磨損和顆粒機(jī)的能耗。Rolfe，L.A.則指出隨環(huán)模轉(zhuǎn)速的增高，擠壓力會減小，但是比機(jī)械能會增加，顆粒溫度會升高，環(huán)模顆粒機(jī)能耗也會增加。一般情況下，環(huán)模孔直徑小的環(huán)模，應(yīng)采用較高的線速度，而環(huán)模孔直徑大的環(huán)模則應(yīng)采用較低的線速度。環(huán)模的線速度會影響制粒的效率、能耗和顆粒的堅(jiān)實(shí)度。在一定范圍內(nèi)，環(huán)模的線速度提高，產(chǎn)量增加、能耗提高，顆粒的硬度和粉化率指數(shù)上升。粉碎粒度越細(xì)，熟化時(shí)添加的蒸汽越多，造成能耗和電耗越大；反之，粒度越粗，能耗和電耗越小。
此外，謝正軍展望了未來新型環(huán)模顆粒機(jī)，新型顆粒機(jī)環(huán)模和壓輥采用高耐磨材料，使用壽命達(dá)到5000t以上，且環(huán)模和壓輥的使用壽命應(yīng)該相同，保證環(huán)模和壓輥的磨損一致和顆粒質(zhì)量的穩(wěn)定。環(huán)模和壓輥的直徑、環(huán)模孔結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)，以適應(yīng)不同配方和物料的需求。模輥間隙應(yīng)該可自動調(diào)節(jié)，以保證最佳制粒效果。
1.3研究內(nèi)容及方法
1.3.1研究內(nèi)容
1.3 .1.1環(huán)模顆粒機(jī)高效制粒機(jī)理的研究
制粒技術(shù)起源于國外，國外畜牧業(yè)較發(fā)達(dá)的國家對制粒機(jī)理的研究較為全面和深刻。而國內(nèi)制粒設(shè)備大都是購買國外相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行變型設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，缺乏自主創(chuàng)新。國外大部分的研究成果處于保密狀態(tài)，國內(nèi)研究院所和企業(yè)在對制粒過程的研究中，很多部分還處于探索階段，缺乏全面系統(tǒng)的研究。本文有必要針對環(huán)模顆粒機(jī)的制粒過程與機(jī)理進(jìn)行研究，分析制粒過程中的影響因素，為提升環(huán)模顆粒機(jī)整體性能奠定理論基礎(chǔ)。
1.3.1.2環(huán)模顆粒機(jī)環(huán)模和壓輥結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化
環(huán)模顆粒機(jī)中，環(huán)模和壓輥是最重要的工作部件和磨損部件，其性能和質(zhì)量好壞將直接影響顆粒機(jī)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)對制粒過程的影響很大，一個(gè)性能良好的環(huán)模設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到環(huán)模的選材、直徑、壓縮比、模孔形狀、開孔率、環(huán)模厚度、有效長度、模孔的排布方式等因素。通過優(yōu)化環(huán)模和壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對提升環(huán)模顆粒機(jī)的整體性能具有重要的作用。
1.3 .1.3環(huán)模顆粒機(jī)能耗分析研究
環(huán)模顆粒機(jī)能耗問題一直被很多科研院所和生產(chǎn)廠家所忽視，制粒能耗在制粒成本中占有一定的比重，能耗過高制約了企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，有必要通過理論分析與工藝試驗(yàn)來研究環(huán)模顆粒機(jī)能耗影響因素，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗提供依據(jù)。
1.3.2研究方法
1、在參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行深入理論分析。通過查閱國內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)，總結(jié)環(huán)模顆粒機(jī)機(jī)理方面的研究成果，找出制粒過程中被忽視的，但是對制粒過程有較大影響的因素，深入分析環(huán)模制粒機(jī)理。
2、應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù)與優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化。應(yīng)用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；應(yīng)用LINGO進(jìn)行環(huán)模與壓輥的優(yōu)化；應(yīng)用Labview對振動加速度進(jìn)行分析。
3、開展必要的工藝試驗(yàn)。通過試驗(yàn)研究，驗(yàn)證理論研究成果，使研究成果具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
