苜蓿的調(diào)制和加工是在確保苜蓿高產(chǎn)基礎(chǔ)上獲得優(yōu)質(zhì)、高效草產(chǎn)品的主要手段，加速牧草機(jī)具特別是加工機(jī)械的研究是苜蓿產(chǎn)業(yè)化順利發(fā)展的必然要求。從畜牧業(yè)生產(chǎn)資料的角度考慮，我國(guó)苜蓿飼草產(chǎn)品加工利用的主要方式采用加工配合飼料的環(huán)模顆粒機(jī)生產(chǎn)苜蓿草顆粒，已解決了苜蓿產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中貯藏、運(yùn)輸及飼喂管理的問(wèn)題。
但是，由于苜蓿飼草的形狀和物理機(jī)械性能與普通飼料不同。研究表明，采用配合飼料加工機(jī)械來(lái)進(jìn)行苜蓿草顆粒加工，因苜蓿草粉重量輕、粗纖維含量高，壓制苜蓿顆粒時(shí)當(dāng)粗纖維含量超過(guò)15%就容易引起模孔的堵塞，在擠壓過(guò)程中達(dá)不到塑性體的基本條件，使物料的過(guò)模阻力增大、壓縮性差，從而影響顆粒的成形率和硬度。同時(shí)加工機(jī)械的磨損增大，產(chǎn)量降低，產(chǎn)量只有壓制普通顆粒的1/3～1/2，環(huán)模壓輥的壽命只有加工普通飼料的1/4。在環(huán)模制粒過(guò)程中，當(dāng)顆粒的成型率下降至75%時(shí)即認(rèn)為環(huán)模失效。本文對(duì)環(huán)模失效原因進(jìn)行分析，用苜蓿草粉對(duì)環(huán)模常用材料3cm3進(jìn)行磨料磨損試驗(yàn)，用電鏡進(jìn)行觀察分析，初步探究了環(huán)模磨損的磨損機(jī)制。
1、制粒過(guò)程與環(huán)模失效分析
1.1基本原理
環(huán)模在主動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，以一定的轉(zhuǎn)速順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在制粒過(guò)程中，依粉料壓實(shí)程度可將環(huán)模分為三個(gè)區(qū)域。
1)供料區(qū)。指物料基本處于自然松散狀態(tài)，不受模輥?zhàn)饔茫芏葹?.4~0.7g/cm3。
2)壓縮區(qū)。隨著模輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，把物料帶入此區(qū)域，由于模輥之間空間驟小，粉料受到擠壓作用，粉粒間空隙逐步減小，物料產(chǎn)生不可逆的變形，因此密度也增至0.9-1.0g/cm3。
3)擠出區(qū)。物料被繼續(xù)帶至空間更小的區(qū)域，粉粒進(jìn)一步靠緊、鑲嵌，相互接觸面積增大，產(chǎn)生較好的聯(lián)結(jié)，并被壓人模孔，經(jīng)過(guò)在模孔中一段時(shí)間的飽壓作用，形成顆粒飼料，密度達(dá)到1.2～1.4g/cm3(即顆粒成型密度)。
1.2環(huán)模失效分析
在環(huán)模制粒過(guò)程中，當(dāng)顆粒的成型率下降至75%時(shí)，我們稱(chēng)之為環(huán)模失效。研究環(huán)模失效的原因，改善環(huán)模的使用條件。對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、降低能耗(制粒能耗占整個(gè)車(chē)間總能耗的30%～35%)、減少生產(chǎn)成本f環(huán)模損耗費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間維修費(fèi)的25%以上）等方面具有重要意義。
經(jīng)過(guò)對(duì)失效的環(huán)模進(jìn)行觀察測(cè)量，從環(huán)模實(shí)際失效現(xiàn)象進(jìn)行分析得出：
1)環(huán)模工作一段時(shí)間后，各出料小孔內(nèi)壁磨損，孔徑增大，所生產(chǎn)的顆粒飼料的直徑超過(guò)規(guī)定值，導(dǎo)致環(huán)模失效。
2)環(huán)模孔的進(jìn)料斜面被磨掉，擠壓的進(jìn)料量減少，擠壓力減小，模孔擠不出料，模孔堵塞，導(dǎo)致環(huán)模失效（如圖2所示）。
3)環(huán)模內(nèi)壁磨損后，內(nèi)表面凹凸不平嚴(yán)重，使飼料流動(dòng)受阻，出料量下降而停止使用（如圖3所示）。
4)環(huán)模內(nèi)徑增大，壁厚減小；同時(shí)出料小孔內(nèi)壁也隨著磨損，使各出料小孔間的壁厚不斷減薄，因而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，在出料小孔的直徑增大到允許的規(guī)定值之前，在最危險(xiǎn)的截面上首先出現(xiàn)裂紋并不斷擴(kuò)大，直到裂紋延伸到較大的范圍而導(dǎo)致環(huán)模失效。
產(chǎn)生上述4種失效現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)性原因，歸納起來(lái)，首先是磨損，其次是疲勞破壞。所以有必要進(jìn)行磨損試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)探究磨損機(jī)理，提出提高環(huán)模耐磨性的方法。
2、磨損試驗(yàn)與磨損機(jī)理初探
2.1磨損試驗(yàn)方法
選用與環(huán)模制粒工況相似的橡膠輪磨料磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)負(fù)荷為40.5N，橡膠輪的轉(zhuǎn)速為98～100r/min，磨料流量為50-80g/min。每一磨程為2h，進(jìn)行5個(gè)磨程，共計(jì)l0h。磨損過(guò)程的定量評(píng)定指標(biāo)使用體積磨損損失(mm3)。采用2206型表面輪廓儀測(cè)量磨損輪廓，使用掃描電鏡對(duì)磨痕進(jìn)行分析，并對(duì)磨損機(jī)制進(jìn)行初探。
試樣3Cr13規(guī)格為65x30x10mm．試樣未進(jìn)行熱處理，其金相組織為下貝氏體+馬氏體+少量屈氏體，硬度為RHA64。磨料為甘農(nóng)三號(hào)紫花苜蓿草粉。苜蓿在自然風(fēng)干下，用粉碎機(jī)粉碎，粒度為6mm。磨料特性參數(shù)如表1所示。
2.2磨損輪廓測(cè)量與電鏡觀察
體積磨損即磨損零件的體積損失。采用2206型表面輪廓儀測(cè)量3Cr13試樣的被磨損面最大磨痕的體積磨損，掃描深度270um，掃描區(qū)域分成14列和5行，共70個(gè)小區(qū)域(面積1.12mm2)，最后把這些通過(guò)拼圖組合到一起。圖6是通過(guò)表面輪廓儀得到的3Cr13試樣沿寬度方向最深磨痕處的輪廓三維體積磨損輪廓圖。圖7是使用Microcal origin 7.0軟件繪制的3Cr13試樣體積磨損曲線圖。圖8是采用JSM -5600LV型掃描電子顯微鏡觀測(cè)所得3Cr13試樣被磨面的磨痕表面形貌。
2.3磨損失效的機(jī)理分析
由于草粉磨料顆粒比試樣材料軟，接觸應(yīng)力較低，磨料破碎率較低，同時(shí)又使金屬材料不斷流失，因此試樣被磨面的表面光亮。根據(jù)磨料磨損相關(guān)理論判斷其磨損為低應(yīng)力磨料磨損。但從試樣材料的磨損表面形貌SEM照片和表面輪廓圖所實(shí)際反映狀況判斷，草粉磨料對(duì)試樣材料的磨損應(yīng)為中應(yīng)力磨料磨損。從磨痕表面和縱面可以看出存在犁溝和犁皺，在犁溝兩側(cè)殘留大量的疲勞剝落的金屬碎片及脆化剝落金屬的細(xì)碎顆粒，局部有大量聚集。說(shuō)明苜蓿草粉（軟磨料）主要是承受磨料被擠壓而形成的“不可壓縮團(tuán)”的擠壓應(yīng)力，猶如尖銳棱角的磨料沿工件表面滑動(dòng)，形成犁溝和犁皺，亦伴有微觀切削磨損。由于3Cr13具有較好的綜合機(jī)械性能，在軟磨料作用下形成的犁溝淺而狹，磨溝兩側(cè)的塑變凸緣不明顯。這些塑變凸緣在應(yīng)力反復(fù)作用下，裂紋一經(jīng)形成便迅速擴(kuò)展而脆化剝落，磨屑呈細(xì)小顆粒狀，磨面形貌則呈蜂窩狀。
3、結(jié)果與討論
通過(guò)以上分析，環(huán)模失效主要以中應(yīng)力磨料磨損為主。由于磨料磨損破壞機(jī)制不同，磨料的磨粒特性及材料性能對(duì)磨損體積的影響也不同。以塑性變形為主要機(jī)制時(shí)應(yīng)提高材料的硬度；以脆性斷裂為主要機(jī)制時(shí)應(yīng)改善其斷裂韌性，即要改善其抗斷裂及微觀裂紋擴(kuò)展的能力。根據(jù)本研究分析結(jié)果，對(duì)于3Cr13這種環(huán)模材料，其制造工藝應(yīng)在考慮材料硬度的同時(shí)重點(diǎn)考慮材料的韌性，以提高環(huán)模的使用壽命。
相關(guān)顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)產(chǎn)品：
1、秸稈顆粒機(jī)
2、木屑顆粒機(jī)
3、秸稈壓塊機(jī)
