顆粒機(jī)是飼料機(jī)械的四大主機(jī)之一，在飼料工業(yè)中占有很重要的地位。目前，國內(nèi)飼料機(jī)械企業(yè)雖然在顆粒機(jī)的設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域取得了很大進(jìn)步，產(chǎn)品的外觀、性能指標(biāo)不斷提高，但是與國外同類型設(shè)備相比較，仍然存在結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷，這極大地制約了產(chǎn)品的國際競爭力。研究環(huán)模顆粒機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對(duì)提升我國顆粒機(jī)產(chǎn)品的國際競爭力、進(jìn)而提升飼料機(jī)械整體設(shè)計(jì)、制造水平，促進(jìn)飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
本文以某公司現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，通過機(jī)理分析與數(shù)值分析對(duì)環(huán)模顆粒機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，最終提高了生產(chǎn)率、提高了產(chǎn)品品質(zhì)。本文具體工作包括以下方面：
(1)對(duì)環(huán)模顆粒機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算。
(2)對(duì)環(huán)模、壓輥的直徑與生產(chǎn)率之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，并對(duì)壓輥與環(huán)模之間的受力狀態(tài)與磨損情況進(jìn)行了分析。
(3)完成了變環(huán)模寬度試驗(yàn)與變環(huán)模線速度試驗(yàn)，結(jié)果表明存在環(huán)模寬度與環(huán)模線速度的優(yōu)化組合使能耗最低，生產(chǎn)率最高。
(4)對(duì)環(huán)模寬度與環(huán)模線速度進(jìn)行了組合優(yōu)化，并進(jìn)行了生產(chǎn)驗(yàn)證，與原機(jī)型相比，產(chǎn)量提高15%，噸料電耗降低13%，在降低能耗的同時(shí)提高了生產(chǎn)率。
本文的研究工作為顆粒機(jī)產(chǎn)品的改進(jìn)升級(jí)提供了重要的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：環(huán)模——顆粒機(jī)——結(jié)構(gòu)——寬度——速度——優(yōu)化
第一章 緒論
1.1立項(xiàng)背景與研究意義
飼料工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。經(jīng)過20多年改革開放與發(fā)展，我國飼料工業(yè)已經(jīng)建成了包括飼料加工業(yè)、飼料添加劑工業(yè)、飼料原料工業(yè)、飼料機(jī)械制造工業(yè)和飼料科研、教育、標(biāo)準(zhǔn)、檢測等較為完備的飼料工業(yè)體系，飼料工業(yè)步入了快速發(fā)展的道路。隨著飼料工業(yè)的迅速發(fā)展，飼料機(jī)械的需求越來越大，要求也來越高。研發(fā)高品質(zhì)、高效率的飼料機(jī)械產(chǎn)品已成為支持飼料工業(yè)發(fā)展的迫切需求。
顆粒機(jī)是飼料機(jī)械的四大主機(jī)（混合機(jī)、粉碎機(jī)、膨化機(jī)、顆粒機(jī)）之一，很大程度上決定了飼料加工的產(chǎn)量在飼料生產(chǎn)中占有很重要的地位。目前，國內(nèi)以某公司為代表的飼料機(jī)械企業(yè)在顆粒機(jī)的設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域取得了很大進(jìn)步，產(chǎn)品的外觀、性能指標(biāo)不斷提高，與國外同類產(chǎn)品的差距不斷縮小。雖然如此，我國的顆粒機(jī)與國外同類型設(shè)備相比較，仍然存在結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷，這極大地制約了產(chǎn)品的國際競爭力。
研究環(huán)模顆粒機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)出具有國際先進(jìn)水平的顆粒機(jī)具有積極的推進(jìn)作用，對(duì)提高制粒質(zhì)量與制粒效率，提升我國顆粒機(jī)產(chǎn)品的國際競爭力、進(jìn)而提升飼料機(jī)械整體設(shè)計(jì)、制造水平，促進(jìn)飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析
1.2.1國內(nèi)外環(huán)模制粒技術(shù)的研究現(xiàn)狀
近年來國外有關(guān)顆粒機(jī)的研究有：
Keith C．Behnke介紹了環(huán)模顆粒機(jī)廣泛應(yīng)用于飼料加工業(yè)，具有降低飼料損耗、提高動(dòng)物生長性能等一系列優(yōu)點(diǎn)；P．K．Adapa對(duì)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)行了顆粒質(zhì)量的對(duì)比試驗(yàn)，并建立了苜蓿草顆粒的硬度模型；Jens K．Holm建立了物料通過環(huán)模模孔時(shí)的擠壓力模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。Tabil，L．Jr.研究了環(huán)模轉(zhuǎn)速對(duì)顆粒質(zhì)量的影響，結(jié)果表明影響不是非常明顯，Rolfe，L．A．則指出隨環(huán)模轉(zhuǎn)速的增高，擠壓力會(huì)減小，但是比機(jī)械能會(huì)增加，顆粒溫度會(huì)升高。
近年來國內(nèi)有關(guān)顆粒機(jī)的研究有：
顆粒機(jī)結(jié)構(gòu)、性能方面的研究：曹康對(duì)飼料加工的原理、工藝、設(shè)備進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹8J；有文獻(xiàn)介紹了一種高效自動(dòng)顆粒機(jī)；李潤萍對(duì)小型一步顆粒機(jī)在中藥制粒中關(guān)鍵因素的控制進(jìn)行了探討。
顆粒機(jī)控制系統(tǒng)方面的研究：張培建建立了調(diào)質(zhì)器單元的雙輸入雙輸出數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了解耦設(shè)計(jì)，對(duì)飼料顆粒機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，為了提高控制效果，將預(yù)測函數(shù)控制技術(shù)引入到飼料顆粒機(jī)的自動(dòng)控制；王斌斌介紹了環(huán)模顆粒機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)闡述了自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、控制原理以及主要控制程序算法，為改善環(huán)模顆粒機(jī)的自動(dòng)控制水平提供技術(shù)參考：李秀華介紹了PLC對(duì)藥丸包衣顆粒機(jī)控制系統(tǒng)的改造。
顆粒機(jī)設(shè)計(jì)方面的研究：劉守祥針對(duì)粉狀混合飼料的生產(chǎn)和運(yùn)輸、儲(chǔ)藏中存在的問題，設(shè)計(jì)了融攪拌混合和顆粒成型為一體的飼料生產(chǎn)機(jī)械。介紹了整機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)飼料的混合室、攪拌器、螺旋輸送擠壓器、顆粒成型機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行了分析與計(jì)算；陳義厚對(duì)三錐輥式平模顆粒機(jī)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹；何明霞根據(jù)醫(yī)藥制粒工藝研究的需求，設(shè)計(jì)了一種新型小型高速混合顆粒機(jī)，用于一次性完成混合、加濕與制成顆粒等多道工序的新型小型化自動(dòng)制藥設(shè)備，設(shè)計(jì)包括整體結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測與控制系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析等功能，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)并結(jié)合特定的工藝要求得出了針對(duì)不同的物料配方與之相對(duì)應(yīng)的最佳匹配參數(shù)；黃傳海討論了蝦飼料顆粒機(jī)的設(shè)計(jì)方法；查國才介紹了高效自動(dòng)顆粒機(jī)的研發(fā)思路與應(yīng)用比較；伍善根對(duì)HLSG系列濕法混合顆粒機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行了研究“陳雨田對(duì)膠輪磨擦傳動(dòng)圓筒混合顆粒機(jī)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了討論。
有文獻(xiàn)對(duì)影響顆粒機(jī)生產(chǎn)效率的因素進(jìn)行了分析，指出影響因素主要包括物料類型、調(diào)質(zhì)效果、工藝參數(shù)選擇等。
顆粒機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、技術(shù)參數(shù)方面的研究：何占松分析了小型平模飼料制粒（塊）機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系；王敏分析了環(huán)模顆粒機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)；蕭占平分析了飼草顆粒機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)。
顆粒機(jī)壓輥環(huán)模系統(tǒng)方面的研究：劉學(xué)軍對(duì)飼料顆粒機(jī)壓輥線磨損度進(jìn)行了理論研究；蘇錫云介紹了環(huán)模顆粒機(jī)新壓模的正確操作使用方法；劉學(xué)軍介紹了飼料顆粒機(jī)壓輥的感應(yīng)熱處理工藝；王敏介紹了延長顆粒機(jī)壓模使用壽命的方法；何占松對(duì)飼料制粒（塊）機(jī)模孔堵塞原因進(jìn)行了分析并提出了對(duì)策；李同祥介紹了顆粒機(jī)壓輥與環(huán)模的間隙調(diào)整方法：孟令啟介紹了顆粒機(jī)壓輥環(huán)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
顆粒機(jī)的顆粒料長度、蒸汽系統(tǒng)方面的研究：李令芳對(duì)影響顆粒機(jī)顆粒料長度的因素進(jìn)行了分析并提出了控制方法；余傳忠介紹了擠壓膨脹器與顆粒機(jī)相結(jié)合的生產(chǎn)工藝；楊杰對(duì)飼料顆粒機(jī)蒸汽品質(zhì)進(jìn)行了分析并對(duì)蒸汽干燥電加熱器進(jìn)行了研制；田鵬飛提出了顆粒機(jī)蒸汽自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作思路。
此外，李同祥介紹丁顆粒機(jī)主軸油封的維修方法；鄧惠文對(duì)顆粒機(jī)支承軸斷裂的原因進(jìn)行了分析并提出了解決方法；王德福對(duì)顆粒機(jī)軸承特性進(jìn)行了研究。
1.2.2國內(nèi)外環(huán)模顆粒機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
顆粒飼料制粒設(shè)備及工藝配套設(shè)備，主要由顆粒壓制機(jī)、調(diào)質(zhì)器、熟化器、干燥器、冷卻器、破碎機(jī)、分級(jí)篩和料倉活化裝置等組成。根據(jù)畜禽、水產(chǎn)及特種水產(chǎn)飼料加工要求不同而進(jìn)行配置。
自1910年英國Sizer公司研制出第一臺(tái)商品擠壓式顆粒機(jī)至今，顆粒機(jī)的制造技術(shù)和成形理論得到了飛速發(fā)展，使用顆粒機(jī)生產(chǎn)顆粒飼料已得到普及。目前常用的顆粒壓制機(jī)有環(huán)模顆粒機(jī)和平模顆粒機(jī)兩種基本類型；根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性又可分為動(dòng)模式和動(dòng)輥式；根據(jù)其環(huán)模和壓輥、平模和壓輥的組合形式又可分為：三輥、二輥，大、小壓輥雙環(huán)模式環(huán)模顆粒機(jī)，平模直輥和錐輥式顆粒機(jī)。其他類型的顆粒機(jī)有：對(duì)輥式顆粒機(jī)（類似煤球機(jī)）、休勒顆粒機(jī)（顆粒從空心對(duì)輥內(nèi)排出）、盤式微粒機(jī)（無加壓機(jī)構(gòu)，利用液體媒介作用，粒子自行凝集）、螺桿式顆粒機(jī)、活塞式顆粒機(jī)等，但使用不夠廣泛。常用顆粒壓制機(jī)模、輥配置形式見圖1-1。
環(huán)模顆粒機(jī)主要由喂料器、調(diào)質(zhì)器、顆粒制造器、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及潤滑系統(tǒng)組成。
喂料器由電磁調(diào)速電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、絞龍軸及絞龍殼體等組成。調(diào)速電機(jī)是由變頻電機(jī)和減速器組成，它與變頻器配合使用，通過變頻器控制調(diào)速電機(jī)，可改變其輸出轉(zhuǎn)速。喂料絞龍由絞龍殼體、絞龍軸和帶座軸承等組成，由可調(diào)速電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絞龍軸。
調(diào)質(zhì)器由電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)子和殼體、加蒸汽口等部分組成。其功能是注入蒸汽，將配合粉料調(diào)質(zhì)到一定的溫度和濕度后送入制粒室制粒。調(diào)質(zhì)器殼體由不銹鋼制成。調(diào)質(zhì)器的供蒸汽系統(tǒng)如圖1-3所示。
顆粒制造器主要由主電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子、環(huán)模、壓輥、刮刀、切刀組件及機(jī)身和門等組成。經(jīng)調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)的物料，由旋轉(zhuǎn)喂料錐和前板上兩個(gè)偏轉(zhuǎn)刮刀將料均勻地送入兩個(gè)壓輥與環(huán)模組成的壓制區(qū)，通過環(huán)模和壓輥兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)件對(duì)粉料逐漸擠壓而擠入環(huán)模中成型，并不斷向外端擠出，由切刀把成型顆粒切成需要的長度，最后成型顆粒排出機(jī)外。
國外典型的環(huán)模顆粒機(jī)有：
三輥式顆粒壓制機(jī)
三輥式顆粒壓制機(jī)是以英國UMT公司為代表的一種典型顆粒壓制機(jī)。國內(nèi)外多家公司均生產(chǎn)類似的產(chǎn)品，傳動(dòng)方式分為齒輪式和皮帶式兩種。UMT公司生產(chǎn)的皇冠牌三輥式顆粒壓制機(jī)均采用同步齒形帶傳動(dòng)，其中350B型采用雙電機(jī)同步齒形帶一級(jí)傳動(dòng)，其他型號(hào)均采用雙電機(jī)三角帶、同步齒形帶二級(jí)傳動(dòng)。
UMT顆粒壓制機(jī)特點(diǎn)：
①采用三輥式結(jié)構(gòu)，配有專用導(dǎo)料板，喂料、擠壓效果好。
②采用同步齒形帶雙電機(jī)傳動(dòng)，負(fù)荷均勻，傳動(dòng)效率高，噪聲低；機(jī)器外形長×寬×高比例勻稱。
③采用摩擦片式液壓過載保護(hù)裝置，確保設(shè)備安全運(yùn)行，復(fù)位方便。
④配有自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，確保機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
⑤環(huán)模外配置3把切刀，有利于出料顆粒均勻。
⑥機(jī)體和機(jī)座采用鋼板焊接后正火處理消除應(yīng)力，結(jié)構(gòu)輕巧，造型美觀。
⑦同少齒形帶和主軸承使用壽命長，分別為3—4萬小時(shí)和5～8年。
UMT皇冠型雙級(jí)傳動(dòng)顆粒壓制機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1-4。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
