1、前言 颗粒的成形是配合饲料生产过程中的一个十分重要的工序，它直接影响产品的质量和生产成本。目前，用于颗粒成形的设备几乎都采用环模式颗粒机。这种压制机靠压模和压辊将粉状物料挤压成粒。模辊之间的工作间隙可通过压辊处的偏心机构在停机时进行调整，范围一般为0~4.5 mm。将该间隙设计成可调，有两方面的考虑：一是保证模辊有合适的工作间隙，特别是模辊磨损后可将间隙调小；二是方便压模的拆装及堵塞时的清理。几乎所有压制机的技术文件及资料均推荐，模辊的工作间隙应在0.1—0.5mm之间，太大会使生产率下降。在实际生产中，因该间隙难以测量，故常采用“间断接触法”来调整，即在压模内表面无物料情况下调整压辊，使之在压模转动时处于似转非转状态。然后，模辊间隙是否在0.1 ~0.5 mm之间呢？加大间隙使生产率下降的原因是什么、影响有多大以及有没有正面或其他负面影响？迄今为止，还鲜见这方面内容的论述。为此，本文就以上问题进行探讨，以祈对压制机的设计、生产和使用者有所裨益。 2、压模压辊的工作情况 图1是模辊工作时的示意图。图中，压模在主动力的驱动下以一定的转速w顺时针旋转：厚度为h的料层从A点开始被摄进挤压区；压辊借助挤压区内摩擦力的作用也顺时针旋转。随着模辊的旋转，摄入的物料向前移动加快，挤压力和物料密度逐渐增加：当挤压力增大到足以克服模孔内料栓与孔壁的摩擦力时，具有一定密度和粘结力的物料便被挤进模孔内。由于模辊不断摄人物料，故模孔内的物料经成形后被连续出模孔，成为圆柱状颗粒。 挤压区内的挤压力在物料开始被挤压进模孔时达到最大值，并基本保持到C点。从C点卸压开始至F点，挤压力才逐渐降到零。CF存在挤压力的原因，是因为经过C点的残余物料在该段出现膨胀的缘故。F点后，压模内表面出现了经膨胀的环状粘附层。该粘附层的厚度与模辊间隙、模辊支承结构的剐性及残余物料的膨胀程度有关。显然，模辊间隙越大，残余物料层越厚，膨胀越甚，粘附层也越厚。 为分析方便，过压模圆心0引一射线通过挤压区，交模辊于A1、B1，两点；分别引A1、B1的切线相交于O点，定义为模辊对物料的摄入角。开始摄人物料时角JB最大，称为最大摄入角对某一物料而言，角卢随其被不断压实，挤出而减小，直至为零(c点处)；口角实际上是模辊形成的楔形角。据有关资料介绍，物料能被模辊摄入的条件是：b小于或等于物料、压辊之间的摩擦角与物料内摩擦角之和。这一条件说明，当物料性质一定时，pm越小则物料越易被摄入。 3、粘附层使制料工况发生变化 由前所述可知，当模辊间隙为零时，粘附层厚度主要取决于模辊支承结构的刚性．这里可忽略；当增大模辊间隙时，出现了粘附层。这一粘附层使制粒工况发生了如下变化。 3.1在相同生产率条件下，增加了需压实的厚度 相同生产率，意味着进入压制机制粒腔的物料量相同。增大间隙后压模内表面的物料层分布情况如图2所示。 图中，h为模辊问隙，h1为残余物料膨胀厚度，h2为未压实的物料层厚度。需压实的物料层厚度为h1+h2。 零间隙时，压模内表面的未压物料层为： 增大间隙时，压模压表面的未压实物料层体积为： 2 πh2b【r-（h+h1）】-v1 (2)式中：R-压模内环半径，mm: b-压模有效工作宽度，mm; h-—～零间隙时未压实物料环中压辊占去的体积，mm; v-零间隙时未压实物料环中压辊占去的体积，mmJ； I，厂一增大间隙时未压实物料环中压辊占去的体积，mnf； 要使制料生产率相同，则式(1)等于式(2)；又P* vl，故化简后有：Rh=[R-（h+h1）]h2式中：R-（h+h1）＜r ∴h2>h hl+h2>h (3) 式(3)说明，增大间隙后，如生产率与零间隙时相同，则需增加物料的压实厚度。这也意味着最大摄人角b。也增大了。间隙越大，压实厚度增加得越多，p。也越大。 3.2粘附层的膨胀部分不断被压实 模辊工作时，原有的粘附层绝大部分被压人模孔，并出现新的粘附层。模辊每挤压一次物料，粘附层的厚度由h+hi被压实至h，膨胀部分hi被压实一次。对于两辊结构的压制机来说，压模每转一周，膨胀部分将压实四次。当压制机连续工作时，膨胀部分则不断被压实。 3.3物料受挤压的行程变长 在同一压模及物料情况下，物料被压人模孔时所需的最大挤压力基本与模辊间隙无关。但由图2可看出，因出现了粘附层，物料从开始受到最大挤压力作用到被挤出模孔的行程却增加了Ah。 3.4压辊两侧漏料更甚 物料在受挤压过程中，总是往阻力较小的方向运动。因此，即使模辊处于零间隙工作状态，压辊两侧也会出现一定程度的漏料现象。当模辊间隙增大出现粘附层时，压辊两侧的漏料空间更大，阻力更小，模辊工作时物料被挤向压辊两侧的现象更严重些。 4、间隙大小对制料性能参数的影响 4.1 生产率与吨产品耗电量 从图3来分析物料被摄人时的受力情况。图中，压模以w速度旋转，物料在A点开始被摄人。N为压辊作用于物料的正压力，它可分解为水平分力P和垂直分力P2。从图中可看出，Pl阻止物料的摄人，P2则将物料压实。由前面分析可知，模辊间有间隙时的最大摄人角大于零间隙时的最大摄人角。因只随Pr,.的增大而增大；的增大而减小，故增大间隙后有模辊摄人物料的能力变差，压辊打滑的机会增加，间隙过大时甚至无法摄人物料；设模辊有间隙时的最大摄人角与零间隙时的最大摄入角之差为b范围内，至少Pl在压实物料时多做了功，即多消耗了动力。 此外，增大间隙后粘附层不断被压实，物料受挤压的行程变长．压辊两侧漏料也不同程度地消耗了动力。 综上得出．在压制机生产率相同条件下，模辊间隙增大，则消耗的动力增加；若消耗的动力增加则生产率下降。 图4是试验得出的～台压制机间隙大小与吨产品耗电量的关系。图中可看出，模辊间隙由零增大大到3.5 mm时，吨产品耗电量由14kWh增加到19.5kWh，吨产品耗电量随间隙的增大呈指数规律增加。 4.2颗粒加工质量 衡量颗粒加工质量的重要指标是硬度和坚实度。在正常情况下及一定范围内，颗粒硬度越高，其坚实度也越高，颗粒加工质量越好。 增大模辊间隙后，模的内表面出现了粘附层，使物料被挤压的行程变大，模孔内的料栓密度增加，温度上升，糊化变好。料栓的密度增加提高了颗粒的硬度；物料温度上升，糊化变好，使物料之间的粘结力增大，提高了颗粒的坚实度。图5曲线表明了压制机间隙大小与颗粒硬度的关系，它是亩试验得出的。图中，模辊间隙由零增大到3.5 mm时，颗粒硬度由36N增加到65N。颗粒硬度也随间隙的增大呈指数规律增加。 4.3成形的颗粒温度 由前所述，粘附层使制粒工况发生变化．压制机的能耗增加。这部分增加的能耗，几乎都转变成热能，使成形后的颗粒温度上升。据试验，模辊间隙由零增大到4mm时，成形后的颗粒温度由73增加到90。这对于后续的冷却干燥工序是极为有利的。 5、结语 从以上探讨可得出结论：在一定范围内增大压模压辊的间隙，会使生产率下降+吨产品耗电量上升，颗粒加工质量变好及成形后的颗粒温度上升。因此，在一般情况下（特别是新压模时）压制机的模辊工作间隙可调至较小或零。此时物料最易被摄入，生产率最高，吨产品耗电量最低，压制机处于最经济的运行状态：如用其他手段无法解决颗粒加工质量问题，或配方中含油脂较高，或无法降低干燥后的产品含水率时，可适当增大模辊间隙。 为避免将模辊间隙调大后造成启动困难，最好能将压制机设计成在运行中也可调整模辊间隙。这样，在启动时可将间隙调小：在正常运行时再将间隙按需要调大。其优点除了便于启动外，还可使压模更换快捷方便，甚至可将间隙的大小随各种配方编人电脑中，保证每种配方都有最佳的制粒工作间隙。事实上，国外已出现了此种压制机。这种技术值得国内的同行借鉴。 饲料颗粒机、秸秆颗粒机专业压制的生物质成型颗粒燃料饲料。