摘要
    顆粒機是飼料機械的四大主機之一，在飼料工業(yè)中占有很重要的地位。目前，國內(nèi)飼料機械企業(yè)雖然在顆粒機的設(shè)計、制造領(lǐng)域取得了很大進步，產(chǎn)品的外觀、性能指標不斷提高，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)模顆粒機理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對提升我國顆粒機產(chǎn)品的國際競爭力、進而提升飼料機械整體設(shè)計、制造水平，促進飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實用價值。
     本文以某公司現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，通過機理分析與數(shù)值分析對環(huán)模顆粒機的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化計算，并通過試驗進行了驗證，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)對環(huán)模顆粒機結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了分析計算。
    (2)對環(huán)模、壓輥的直徑與生產(chǎn)率之間的關(guān)系進行了分析，并對壓輥與環(huán)模之間的受力狀態(tài)與磨損情況進行了分析。
    (3)完成了變環(huán)模寬度試驗與變環(huán)模線速度試驗，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)對環(huán)模寬度與環(huán)模線速度進行了組合優(yōu)化，并進行了生產(chǎn)驗證，與原機型相比，產(chǎn)量提高15%，噸料電耗降低13%，在降低能耗的同時提高了生產(chǎn)率。
    本文的研究工作為顆粒機產(chǎn)品的改進升級提供了重要的依據(jù)。
     關(guān)鍵詞：環(huán)模——顆粒機——結(jié)構(gòu)——寬度——速度——優(yōu)化
第一章  緒論
1.1立項背景與研究意義
    飼料工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(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)、飼料機械制造工業(yè)和飼料科研、教育、標準、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。
    顆粒機是飼料機械的四大主機（混合機、粉碎機、膨化機、顆粒機）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械企業(yè)在顆粒機的設(shè)計、制造領(lǐng)域取得了很大進步，產(chǎn)品的外觀、性能指標不斷提高，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)模顆粒機理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對設(shè)計出具有國際先進水平的顆粒機具有積極的推進作用，對提高制粒質(zhì)量與制粒效率，提升我國顆粒機產(chǎn)品的國際競爭力、進而提升飼料機械整體設(shè)計、制造水平，促進飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實用價值。
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)顆粒機的研究有：
   Keith C．Behnke介紹了環(huán)模顆粒機廣泛應(yīng)用于飼料加工業(yè)，具有降低飼料損耗、提高動物生長性能等一系列優(yōu)點；P．K．Adapa對干燥的與脫水的苜蓿草在相同的調(diào)制水分與溫度下進行了顆粒質(zhì)量的對比試驗，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)模模孔時的擠壓力模型，并進行了試驗驗證。Tabil，L．Jr.研究了環(huán)模轉(zhuǎn)速對顆粒質(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，擠壓力會減小，但是比機械能會增加，顆粒溫度會升高。
    近年來國內(nèi)有關(guān)顆粒機的研究有：
    顆粒機結(jié)構(gòu)、性能方面的研究：曹康對飼料加工的原理、工藝、設(shè)備進行了比較詳細的介紹8J；有文獻介紹了一種高效自動顆粒機；李潤萍對小型一步顆粒機在中藥制粒中關(guān)鍵因素的控制進行了探討。
   顆粒機控制系統(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)學模型，并進行了解耦設(shè)計，對飼料顆粒機的自動控制系統(tǒng)設(shè)計進行了研究，為了提高控制效果，將預(yù)測函數(shù)控制技術(shù)引入到飼料顆粒機的自動控制；王斌斌介紹了環(huán)模顆粒機的自動控制系統(tǒng)，重點闡述了自動控制系統(tǒng)的組成、控制原理以及主要控制程序算法，為改善環(huán)模顆粒機的自動控制水平提供技術(shù)參考：李秀華介紹了PLC對藥丸包衣顆粒機控制系統(tǒng)的改造。
   顆粒機設(shè)計方面的研究：劉守祥針對粉狀混合飼料的生產(chǎn)和運輸、儲藏中存在的問題，設(shè)計了融攪拌混合和顆粒成型為一體的飼料生產(chǎn)機械。介紹了整機的結(jié)構(gòu)和工作原理，對飼料的混合室、攪拌器、螺旋輸送擠壓器、顆粒成型機構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)特點及相應(yīng)參數(shù)進行了分析與計算；陳義厚對三錐輥式平模顆粒機的設(shè)計方法進行了介紹；何明霞根據(jù)醫(yī)藥制粒工藝研究的需求，設(shè)計了一種新型小型高速混合顆粒機，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制藥設(shè)備，設(shè)計包括整體結(jié)構(gòu)和計算機自動檢測與控制系統(tǒng)以及實驗數(shù)據(jù)存儲與分析等功能，經(jīng)過大量實驗并結(jié)合特定的工藝要求得出了針對不同的物料配方與之相對應(yīng)的最佳匹配參數(shù)；黃傳海討論了蝦飼料顆粒機的設(shè)計方法；查國才介紹了高效自動顆粒機的研發(fā)思路與應(yīng)用比較；伍善根對HLSG系列濕法混合顆粒機的結(jié)構(gòu)改進與技術(shù)創(chuàng)新進行了研究“陳雨田對膠輪磨擦傳動圓筒混合顆粒機設(shè)計理論進行了討論。
   有文獻對影響顆粒機生產(chǎn)效率的因素進行了分析，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）機結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系；王敏分析了環(huán)模顆粒機的主要技術(shù)參數(shù)；蕭占平分析了飼草顆粒機主要設(shè)計參數(shù)。
    顆粒機壓輥環(huán)模系統(tǒng)方面的研究：劉學軍對飼料顆粒機壓輥線磨損度進行了理論研究；蘇錫云介紹了環(huán)模顆粒機新壓模的正確操作使用方法；劉學軍介紹了飼料顆粒機壓輥的感應(yīng)熱處理工藝；王敏介紹了延長顆粒機壓模使用壽命的方法；何占松對飼料制粒（塊）機模孔堵塞原因進行了分析并提出了對策；李同祥介紹了顆粒機壓輥與環(huán)模的間隙調(diào)整方法：孟令啟介紹了顆粒機壓輥環(huán)模系統(tǒng)的設(shè)計方法。
   顆粒機的顆粒料長度、蒸汽系統(tǒng)方面的研究：李令芳對影響顆粒機顆粒料長度的因素進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相結(jié)合的生產(chǎn)工藝；楊杰對飼料顆粒機蒸汽品質(zhì)進行了分析并對蒸汽干燥電加熱器進行了研制；田鵬飛提出了顆粒機蒸汽自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計制作思路。
    此外，李同祥介紹丁顆粒機主軸油封的維修方法；鄧惠文對顆粒機支承軸斷裂的原因進行了分析并提出了解決方法；王德福對顆粒機軸承特性進行了研究。
1.2.2國內(nèi)外環(huán)模顆粒機結(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、調(diào)質(zhì)器、熟化器、干燥器、冷卻器、破碎機、分級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行配置。
自1910年英國Sizer公司研制出第一臺商品擠壓式顆粒機至今，顆粒機的制造技術(shù)和成形理論得到了飛速發(fā)展，使用顆粒機生產(chǎn)顆粒飼料已得到普及。目前常用的顆粒壓制機有環(huán)模顆粒機和平模顆粒機兩種基本類型；根據(jù)運動特性又可分為動模式和動輥式；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，平模直輥和錐輥式顆粒機。其他類型的顆粒機有：對輥式顆粒機（類似煤球機）、休勒顆粒機（顆粒從空心對輥內(nèi)排出）、盤式微粒機（無加壓機構(gòu)，利用液體媒介作用，粒子自行凝集）、螺桿式顆粒機、活塞式顆粒機等，但使用不夠廣泛。常用顆粒壓制機模、輥配置形式見圖1-1。

環(huán)模顆粒機主要由喂料器、調(diào)質(zhì)器、顆粒制造器、調(diào)節(jié)機構(gòu)及潤滑系統(tǒng)組成。
 
    喂料器由電磁調(diào)速電機、減速器、聯(lián)軸器、絞龍軸及絞龍殼體等組成。調(diào)速電機是由變頻電機和減速器組成，它與變頻器配合使用，通過變頻器控制調(diào)速電機，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)速電機通過聯(lián)軸器帶動絞龍軸。
  調(diào)質(zhì)器由電機、傳動機構(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、傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)子、環(huán)模、壓輥、刮刀、切刀組件及機身和門等組成。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偏轉(zhuǎn)刮刀將料均勻地送入兩個壓輥與環(huán)模組成的壓制區(qū)，通過環(huán)模和壓輥兩個相對旋轉(zhuǎn)件對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外。
    國外典型的環(huán)模顆粒機有：
    三輥式顆粒壓制機
    三輥式顆粒壓制機是以英國UMT公司為代表的一種典型顆粒壓制機。國內(nèi)外多家公司均生產(chǎn)類似的產(chǎn)品，傳動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均采用同步齒形帶傳動，其中350B型采用雙電機同步齒形帶一級傳動，其他型號均采用雙電機三角帶、同步齒形帶二級傳動。
    UMT顆粒壓制機特點：
    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傳動，負荷均勻，傳動效率高，噪聲低；機器外形長×寬×高比例勻稱。
    ③采用摩擦片式液壓過載保護裝置，確保設(shè)備安全運行，復(fù)位方便。
    ④配有自動潤滑系統(tǒng)，確保機器運轉(zhuǎn)正常。
    ⑤環(huán)模外配置3把切刀，有利于出料顆粒均勻。
    ⑥機體和機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—4萬小時和5～8年。
UMT皇冠型雙級傳動顆粒壓制機結(jié)構(gòu)見圖1-4。

    三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機、木屑顆粒機等生物質(zhì)燃料飼料成型機械設(shè)備，同時我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。