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摘 要 根据环模式颗粒饲料压制机压模压辊的工作过程，分析了模辊间隙大小对制粒性能参数如生产率、电耗和颗粒加工质量的影响；提出了在实际生产中确定模辊大小的原则以及模辊间隙调整方法的改进意见．
关键词 颗粒饲料 压制机 模辊间隙
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饲料压制机。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O～4．5mm。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0.1～0．5mm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
压模在主动力的驱动下以一定的转速ω顺尉针旋转；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．由于模辊不断摄入物料，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、模辊支承结构的刚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O引一射线通过挤压区，交模辊于A，Bx两点；分别引A1B1的切线相交于D点，∠A1DB1定义为模辊对物料的摄入角β，开始摄入物料时角β-最大，称为最大摄入角βmax。对某一物料而言，角β随其被不断压实、挤出而减小，直至为零(C点处)；β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：βmax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，当物料性一定时，βmax越小则物料越易被摄入。
3 粘附层使制粒工况发生变化
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。
零间隙时，压模内表面的未压物料层体积为： 2Rπhb-S (1)
增大间隙时，压模压表面的未压实物料层体积为：2πh2b[R-(△h+h1)]-S1 (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；
S——零间隙时未压实物料环中压辊占去的体积，mm3；
S1——增大间隙时未压实物料环中压辊占去的体积，mm3．
要使制粒生产率相同，则式(1)等于式(2)；又S≈S1，故化简后有：
Rh=[R-(△h+h1)]h2式中：∵R-(△h+h1)<R
∴h2>h
h1+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。这也意味着最大摄入角β-max也增大了。间隙越大，压实厚度增加得越多，βmax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入模孔，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+h1，被压实至△h，膨胀部分h1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，物料被压入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△h。
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 间隙大小对制粒性能参数的影响
4．1 生产率与吨产品耗电量
从图3来分析物料被摄入时的受力情况。图中，压模以ω速度旋转，物料在A点开始被摄入。N为压辊作用于物料的正压力，它可分解为水平分力P1(Nsinβmax)和垂直分力P2(Ncosβmax)。从图中可看出，P1阻止物料的摄入，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入角大于零间隙时的最大摄入：角。 因P，随9一的增大而增大；P2随D一的增大而减小，故增大间隙后有①模辊摄入物料的能力变差，压辊打滑的机会增加，间隙过大时甚至无法摄入物料．②设模辊有间隙时的最大摄入角与零间隙时的最大摄入角之差为厶D一范围内，至少P1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。
试验得出的一台压制机间隙大小与吨产品耗电量的关系。可看出，模辊间隙由零增大到3．5mm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。压制机间隙大小与颗粒硬度的关系，它是由试验得出的，图中，模辊间隙由零增大到3。5mm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起动困难，最好能将压制机设计成在运行中也可调整模辊间隙．这样，在起动时可将间隙调小；在正常运行时再将间隙按需要调大。其优点除了便于起动外，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入微电脑中，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．
