饲料制粒机中的压辊是较易损耗、需要经常更换的零部件。其主要原因是压辊在使用一段时间后，由于受到饲料和环模内表面的强烈摩擦和挤压，使得其外表面受到严重的磨损，从而无法正常工作；因此对压辊的磨损情况进行深入研究就显得非常重要。笔者认为此项研究可从两方面着手，首先是定量计算出压辊的磨损程度。如果理论计算的结果与压辊磨损量的实测值相符，那么这种计算方法就可以用来预测实际压辊的使用寿命；其次是从压辊磨损度的理论计算公式中可以查明影响其大小的各个因素，特别是压辊的结构尺寸参数对其磨损度的影响规律，从而为改进压辊的结构设计提供一个新的思路。当然，对于压辊的结构尺寸设计，降低磨损度只是诸多因素中的一个；实际上同时还应满足压辊外表面的接触疲劳强度和压辊的运行工况等方面的要求。 1、压辊的磨损机理和线磨损度的计算 按材料的磨损机理米分，一般磨损可分为粘附磨损、表面疲劳磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损和微动磨损等形式。因为在饲料制粒机的运转过程中，压辊在环模内滚动，其外表面承受脉动的接触压应力，同时又受到饲料颗粒强烈的摩擦和挤压。因此压辊的磨损机理应是疲劳磨损和磨粒磨损两种形式的综合，压辊磨损速度的快慢主要受压辊的材料、表面状况、摩擦性质、接触疲劳强度、法向载荷的大小以及饲料的性质等因素的影响。 本文以国内某生产厂家制造的某型双辊式饲料颗粒机为例来计算压辊的磨损度，所需要的计算参数为： 电机的功率(P)，90 kW；环模的内径(D1)，400 mm；环模的转速（n1），287 r/min；压辊的外径(D2)，160 mm；压辊的长度(f)，120 mm；压辊的直齿宽度(b)，2.5 mm。 首先对压辊进行如图l所示的受力分析，压辊直齿受到切向摩擦力Fs和法向正压力FN的作用。假设此机器的机械效率为80%，则根据理论力学的知识可计算出Fs=5989N。FN与Fs之间的关系是n≥Fs÷fs其中，是压辊与饲料和环模之间的摩擦系数，取值范围为0.1～0.37。本文在这里取偏小值0.1，这样可计算出FN= 598 90 N。实际上，这只是个近似估算值，法向正压力的精确值很难通过理论计算得到。 本文采用线磨损度的理论公式来定量计算压辊磨损速率的大小。线磨损度(K1)的定义是磨损表面法向尺寸的变化与滑移距离之比。K的理论计算公式：式中，K2为表面轮廓峰几何形状和高度决定的因数，0. 023 9；Km为应用疲劳损伤积累假说并考虑了接触点载荷不稳定的统计关系而设的修正因子，为覆盖因子，0. 343；p为单位表观接触面积上的法向载荷，199.6 MPa；E为材料的弹性模量，210 GPa;为表面粗糙度的综合参数，0. 789；为接触状态因子3；为摩擦因数的粘附分量，0.112；口为中间参数，3.143；r为中间参数，1. 612。 覆盖因子的含义是真实接触面积与表观接触面积之比，在本文里它等于压辊与环模的实际接触宽度b′与压辊的齿宽6的比值。实际接触宽度的弹性力学公式： 对于滚动轴承的滚动体，Kt=(0.7～2)×10-10。而考虑到压辊在环模中的运行情况与滚动轴承的滚动体有较为相似的地方，因此本文所得的压辊线磨损度的计算结果应该具有一定的准确性。 2、造成压辊线磨损度计算误差的主要原因 本文认为影响压辊线磨损度计算准确性比较大的原因主要有3个。第一个是在计算单位表观接触面积上的法向载荷p时要用到作用在直齿上的法向正压力FN；前面说过F~的准确值很难通过计算得到，而且压辊在使用过程中其与环模的问隙是随着磨损的发展而改变的，因此正压力FN的大小实际上也是随着时间而改变的。另外，在K1的计算公式中，p的次方数1+y=2. 612．也就是说，FN的误差将按2. 612次方放大，这给压辊线磨损度的计算带来更大的误差。第二个是计算公式中的表面粗糙度的综合参数。在经过精加工和热处理后，压辊外表面和环模内表面的粗糙度状态参数很难准确测定；而在线磨损度的计算公式中出现，，这意味着表面粗糙度所带来的误差将按3. 143次方被放大。第三个是饲料颗粒的性质；实际上本文在计算线磨损度时，只是考虑压辊在环模里滚动的情况，即只考虑了表面疲劳磨损，而并未考虑饲料对磨损的影响。由于饲料颗粒的出现，压辊的磨损机理还应包含磨粒磨损，此时压辊的磨损度还与饲料颗粒的大小、硬度及湿度等因素都有关系。另外，如果所挤压的饲料有较强烈的酸碱性，那么压辊的磨损机理还应包括腐蚀磨损。由干涉及的影响因素较多，机理较复杂，因此饲料的性质对压辊磨损的影响从定量上讲究竟有多大目前还不得而知。这将在一定程度上影响了压辊线磨损度理论计算结果的准确性。 3、压辊结构参数对线磨损度的影响 本文在此将压辊的外径D2和齿宽b作为未知量，而将所有其它参数值作为已知量代入前述K的理论计算公式中，这样就得到r如下压辊线磨损度与其外径和齿宽的函数关系式： 图2给出了在不同的齿宽6下，压辊的线磨损度K1随外径D2的变化规律。可以看出，减小压辊的外径D2和增大齿宽6将减慢压辊的磨损速率，从而延长其使用寿命。另外，从图2还可以看出，如果压辊的齿宽较小，那么采用较小的外径，对减轻压辊的磨损程度更有效；反之，如果压辊的齿宽较大，那么采用较小的压辊外径，对减轻磨损的效果就不大。由于齿宽的大小还同时直接影响着压辊表面压强的高低和饲料挤出模孔的难易程度，因此这一结论对压辊的结构尺寸设计具有重要的参考价值。 4、其它因素 虽然采用较小的压辊外径可减缓压辊的磨损，但如果外径太小，会使压辊在转动时攫取饲料进入挤压区的能力变差。另外，也可能会使压辊与环模之间的表面接触应力过大，从而不满足表面接触疲劳强度条件的要求。该强度条件为：式中，为最大表面接触应力；为材料许用的接触疲劳极限，在本文中取值为400 MPa。 由此可计算出压辊的外径Dz≥146 mm。由于这是双辊式饲料制粒机，故有D2< D2< 200 mm。如前所述，对于本文用作线磨损度箅例的压辊，生产厂家将其外径设计为160 mm。这既同时满足了接触疲劳强度条件和双辊式结构的要求，又使得其线磨损度较小。 对于压辊的齿宽，也不能单纯为减小线磨损度而一味地采用较大值。因为太大的齿宽会使压辊的表面压强变得较小，使饲料很难挤出模孔，从而导致饲料产量下降。一般来讲，压辊的表面压力不应小于130 MPa。故有如下关系式： 由此计算出齿宽b≤3.8 mm。在前述的算例中，生产厂家并没有将压辊的齿宽定为3.8 mm，而是定为2.5mm。其设计思路可能是希望通过采用较小的齿宽以提高压辊的表面压强，从而提高饲料的生产率（每小时的吨位数）。至于由此带来的对压辊磨损度的不利影响则可通过其它的方法来减缓，比如，改进加工工艺以改善压辊的表面质量，或采用先进的材料和热处理工艺以提高表面硬度和淬硬层深度。至于多大的齿宽最合适，本文认为可以采用最优化的设计方法，建立两个最优化的目标函数。一个足压辊的线磨损度与齿宽间的函数关系式，本文已完成了这方面的基本工作；另一个是饲料每小时的吨位数与压辊表面压强之间的关系式。采用这样的优化模型，应能汁算出最优的压辊齿宽。当然该优化模型的有效性最终还需要由试验结果来验证，这些都是本文未来进一步研究工作的方向和内容。 5、结论 本文对压辊的磨损机理进行了简要的分析，认为压辊同时具有疲劳磨损和磨粒磨损的机理。通过对压辊线磨损度的理论计算，发现了压辊的结构尺寸参数（齿宽和外径）与其磨损速率之问的物理关系，并分析了造成压辊线磨损度计算误差的三大主要原因。最后通过综合考虑压辊磨损的理论研究结果及其表面接触疲劳强度条件和运行工况要求，为压辊结构尺寸参数的改进设计提供了新的思路和方法，并指明了在这一领域未来进一步研究工作的方向。