第二章環模顆粒機主要結構參數的分析計算
2.1環模顆粒機成形過程
顆粒壓制機的顆粒成形過程，是建立在粉粒體間存在間隙的基礎上。粉料在溫度、摩擦力和擠壓力等綜合因素的作用下，使粉粒體的空隙縮小，形成具有一定密度和強度的顆粒。根據粉料在擠壓過程中不同的狀態，可將其分為3個區，即供料區、變形壓緊區和擠壓成形區(見圖2-1)。
(1)供料區：物料基本不受機械外力的影響，但它受離心力的影響（環模旋轉），使粉料緊貼在環模的內圈上，密度為0.4～0.7g/cm3。
(2)變形壓緊區：隨著模、輥的旋轉，物料進入壓緊區，受到模輥的擠壓作用，粉料之間產生相對位移。隨著擠壓力的逐漸增大，粉粒體間空隙逐步減小，物料產生不可逆的變形，密度增加到0.9～1.0g/cm3。
(3)擠壓成形區：在擠壓區內，模輥間隙較小，擠壓力急劇增大，粉粒體之間接觸表面積增大，產生較好的粘接，并被壓入模孔。物料由于產生彈性變形和塑性變形等組合變形，形成的顆粒密度達到l.2～1.4g/cm3。物料被擠壓出模孔之后有一定的回彈率（即顆粒直徑略大于壓模孔徑），一般回彈率為2%～5%。物料的物理性質、環模的長徑比(L/D)都會影響回彈率。
2.2壓入物料高度的計算
壓入物料高度直接決定生產率，下面在進行受力分析的基礎上推導壓入物料高度的計算公式。
粉料被壓輥帶入變形壓緊區，主要依靠物料與壓輥、壓模表面的摩擦。分析變形壓緊區靠近供料區的一小段粉料的受力狀態。如圖2-2所示，引壓輥表面將物料攫入變形區的臨界點A點的切線和壓模內表面Ai點的切線，兩切線相交于c點。現對ACA1物料三角柱作受力分析，以c為原點，CAi為x軸，圖中∠ACA1=∠DAO1=P，稱為攫取角，求出b也即找到了壓粒的必要條件。△ACAi受到壓輥的壓力N，摩擦力F；受到壓模的壓力Q，摩擦力T，f為粉料與模、輥之間的摩擦系數。
2.4環模與壓輥
顆粒壓制機的壓模、壓輥是重要的工作和磨損部件，其工藝參數的配備合理與否，性能和質量的好壞，將直接影響到顆粒機的生產效率和產品質量。
2. 4,1環模的結構參數及環模轉速度
(1)環模的模孔
顆粒料是從環模上的小孔擠出，模孔的軸線一般都是指向環模的軸線，如圖2-4所示。
環模的孔形和厚度對制粒的質量和效率有著密切的關系。選擇環模的孔徑太小、厚度太厚，則生產效率低下、成本費用高，反之則顆粒松散、影響質量和制粒效果。因此科學地選用環模的孔形和厚度等參數是高效、優質生產的前提。
環模的孔形：目前常用的模孔形狀主要有直形孔、反向階梯孔、外錐形擴孔和下向帶錐形過渡階梯孔4種。直形孔加工簡單，使用最為普遍：反向階梯孔和外錐形擴孔減小了模孔的 有效長度，縮短了物料在模孔中的擠壓時間，適宜于加工直徑小于Ø10mm的顆粒：正向帶錐形過渡階梯孔適宜于加工直徑大于Ø10mm的粗纖維含量高、體積質量低的顆粒飼料。除了上述4種孔形以外，還有外錐形孔和內錐形孔、非圓形孔等多種孔形，但使用不普遍。直形孔適于配合飼料的制粒：外孔擴大適用于脫脂糠等高纖維飼料的制粒；內孔擴大適合于牧草粉類體積大的飼料制粒。
進料孔口直徑應大于模孔直徑，這樣可減少物料的入孔阻力，以利于它們進入模孔。進料孔有3種基本形式，即直孔、錐孔和曲線形孔。前蘇聯學長的研究結果表明進料孔形中以曲線形孔最優，其次是錐孔，直孔最差。不過，曲線孔需要專用工具加工，尤其是在孔徑較大時加工較為困難。為此，美國CPM公司將小孔(孔徑小于lOmm)壓模的模孔進料孔采用曲線孔形，而大孔（孔徑大于lOmm）壓模的模孔進料孔不采用曲線孔形，而是采用錐孔、直孔或與錐孔組合形式。錐孔生產小孔顆粒時，進口錐角B =30。。對于大孔徑，難以壓制的纖維性輕質原料，常用正向帶錐形過渡階梯孔，直徑為d>10mm、I=1～2d．Ø=30°～45°。實現大孔預壓、小孔成形擠壓的過程，確保制粒的質量。
減壓孔的深度和直徑(R、E)：對于纖維含量高的原料，由于它所具有的制粒特性的差異，要求在壓粒的過程中減少通過模孔的阻力，即要求在額定受壓后減壓成型藉以降低回彈率。為此，模孔應設計成兩區段，進料擠壓區段L和減壓出料區段R，即L+R=T。減壓出料孔有3種基本形式：直孔、錐孔和錐孔與直孔的組合，其中直孔和錐孔最為常用，它的最大孔徑稍大于模孔直徑d，其深度取決于相應的有效I作長度L。在有些情況下，尤其是當加工料出現在深減壓孔內會膨脹而堵塞，或者當減壓孔使環模的強度降低時，宜采用錐孔與直孔的過渡組合方式，或者采用錐孔。
壓模工作面的開孔率是壓模的一項重要指標。它是工作面（內壁）模孔總面積除以壓模工作總面積。開孔率的大小對顆粒機的生產率有很大影響．在考慮壓摸有足夠強度的條件下，盡量提高開孔率。壓模開孔率的計算方法與粉碎機篩板篩孔開孔率的計算方法相同。根據孔徑大小不同，開孔率可在20%-30%之間選取。
模孔的排布方式也是環模設計里面一個很重要的問題。根據飼養對象的不同，顆粒料的大小也不同，但是一旦飼養對象確定后，顆粒料的大小也就基本確定料，模孔的大小也就可以確定下來。通常模孔的排布方式有兩種，一種是排成比較整齊的陣列，～種是錯位排布，如圖2·7所示。為了使物料能夠比較好地進入模孔，模孔的排布方式一般是進行錯位排列，通常按等邊三角形布孔，也有按等腰三角形布孔。
壓縮比：壓縮比是模孔的進口面積和模孔面積的比值，此值僅表示物料進入壓制室后如何有效壓縮物料的一個指示值。對于<10mm小孔徑D2／d2=l. 56，對于>10mm大孔徑則更大。
模孔的有效長度(L)：模孔的有效長度是指物料擠壓（成形）的孔模長度。模孔的有效長度越長，物料在模孔內的擠壓時間越長，制成后的顆粒越堅硬，強度越好，顆粒質量也越好。反之，則顆粒松散，粉化率高，顆粒質量降低。
環模的厚度(T)：綜合考慮模孔的有效長度、減壓孔的深度以及環模的強度來確定。壓模厚度和孔徑以及被壓物料特性有關，壓模越厚、模孔越深、孔徑越小，則孔壁阻力越大，物科擠壓越堅實。壓制不同飼料，不光按孔徑來選用壓模，還需要選用相應的最佳壓模厚度，即選用最佳深（厚）徑比，以便獲得優質顆粒飼料，還不堵塞模孔。國際上通常選用環模的厚度(T)：為32～127mm。
長徑比(L／d)：模孔的有效工作長度L與其孔徑d之比，稱之為長徑比。壓制不同的物料，需要采用相應的最佳長徑比，藉以壓制成密實的顆粒制品。例如，壓制玉米粉所需的長徑比一般為12，壓制苜蓿草所需的長徑比為8。使用長徑比這個參數能夠反映加工料對其壓模結構參數的相應要求。所以．不同粒徑的顆粒只要選用長徑比合適的壓模，能生產出相同質量的產品，和高的生產效率。不同類型飼料的適宜模孔直徑和長徑比見參考文獻
(2)材質、孔形加工與熱處理
環模所用材質對于環模的使用壽命有著密切的關系，環模的材質可以采用優質合金鋼，目前采用不銹鋼較多。對于不易擠壓的物料的壓制，也可以采用青銅壓模，因為青銅質軟，擠壓物料比較容易，但使用壽命較短，目前很少使用。
美國克勞德一伯吉斯材料公司K．哈伯爾先生通過對146個壓模(40種材料和10種孔徑)在相同條件下進行了試驗，得出結論表明，采用X40Cr14（高碳鉻鋼）制造的壓模，壓模表面硬度HRC61-62，使用專用設備鉆孔，真空淬火，生產2500t飼料后無明顯的磨損。而采用20Mn／ER5（低碳鋼）鉆頭打孔，熱處理后表面硬度HRC56-58，芯部
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