影响辊式碎粒机破碎效果的因素

        在当前饲料生产中，从成品饲料形状上来讲，颗粒料、破碎料、粉料是其三大生产品种，而其中破碎料普遍都是由辊式碎粒机最终加工而成的，因此，探讨一下影响辊式碎粒机破碎效果的因素，如何能最大限度地发挥辊式碎粒机（以下简称碎粒机）的破碎性能，对于饲料生产厂家来说，具有十分重要的意义。 

        描述碎粒机工作性能的指标主要有三个：纯工作小时生产率、成品率、吨料电耗。纯工作小时生产率和吨料电耗容易理解，成品率指的是一定数量的颗粒料经碎粒机破碎后经筛分，除去不需要的大颗粒和粉料，中间所需成品颗粒的质量占来料总质量的百分率。这里所讲的成品率是实际生产当中的成品率，和饲料行业标准上讲的碎粒机的成品率有一定的区别，如标准中规定了测定时试验筛的筛孔为20目，而实际生产当中根据破碎料品种的不同所选筛孔的目数是不同的。通过生产测定，破碎效果比较理想的碎粒机的成品率能达到80%以上，而有的饲料厂家测定出来只有60~70%，当然这和破碎料的品种也有一定的关系，这样将有30~40%的不合格料重新回到生产过程中去。低的成品率降低了实际的产量，增加了能耗。因此，找出影响碎粒机破碎效果的因素，提高碎粒机的破碎效果，对饲料厂家来说显得十分必要。笔者根据几年的设计经验和安装调试经验，将从以下几个方面讨论这个问题。 

1   所破碎颗粒饲料原料的影响 

1.1  颗粒饲料的品质特性对碎粒机破碎效果的影响 

        性能再好的碎粒机在破碎品质低劣的颗粒料时也不能表现出它的优良性能。和破碎效果有关的颗粒料的质量指标主要有长度、组织、密度、坚实度、成形率、水份等。从制粒机环模孔中挤压出的饲料颗粒经切刀切割后的长度一般调整为颗粒直径的2~3倍左右，并且尽可能保持长短一致和切口平整。颗粒不能切得太短，太短了就增加了断口面积，增加了粉料，保持切口平整的目的也在于此，并减少了尖角。颗粒的组织应该细密，表面应光整，尽可能减少弯曲、裂纹、蓬松、表面凹凸不平等缺陷，这些缺陷的存在使颗粒破碎后很容易产生细粉。颗粒的密度和坚实度既和制粒的原料有关，也和制粒的过程尤其和调质及环模的压缩比有关，一般颗粒饲料的密度为900~1300kg/m3，坚实度为9.4或大于9.4（“9.4”系按照堪萨斯盒式坚实度试验法测得的坚实度参数）。颗粒的密度和碎粒机的破碎效果没有直接的关系，但在一定程度上能反映出如果饲料颗粒的密度偏小，则颗粒的硬度不高，进而坚实度达不到要求，坚实度则能综合反映颗料饲料的破碎性能。成形率反映出了制粒机制出的颗粒料中含粉量的多少，一般颗粒饲料的成形率应大于或等于95%，即含粉量应小于或等于5%。细粉对生产破碎料来说是没有任何功用的，它相对降低了碎粒机的破碎效果。水份对破碎效果也很有影响，被破碎颗粒的水份一般应控制在8~14%左右，太高了颗粒被压扁，形成不了成品颗粒，太低了破碎时粉末增多，成品率也会降低。颗粒的水份应通过冷却、干燥器做适当控制。以上讨论了颗粒饲料的一些品质特性对碎粒机破碎效果的影响，关于如何生产出高品质的颗粒饲料，这牵涉到制粒技术，这里就不多做论述了。

1.2   一定直径大小的破碎料对破碎颗粒原料的要求 

        一个饲料厂家往往不只生产一个品种的破碎料，但这些品种的破碎料可以由一种大小的颗粒料来生产，也可以由不同大小的颗粒料来生产，例如小鸡破碎料和大鸡破碎料，都可以由直径为4.5mm的颗粒料来生产，而小鸡料也可以用直径为3.0mm的颗粒料来生产，对于同一台碎粒机来说，用直径为3.0mm的颗粒料来生产小鸡料就比用直径为4.5mm的颗粒料来生产效果好一些，因为小鸡料的颗粒大小要求一般为1.5~2.5mm左右，如果选择直径为4.5mm的颗粒料来破碎，由于两碎粒辊间的间隙要调得很小，产生的细粉就比较多。又如幼虾料，破碎后的颗粒大小一般为1.0~1.8mm左右，通常取直径为2.0mm或2.5mm的颗粒料来进行破碎，而不取更大的颗粒料来进行破碎，就是这个道理。当然这还要考滤另外一种不利情况，生产小直径的颗粒料比大直径的颗粒料制粒机的产量要低一些，能耗相对高一些，这就要求饲料厂家综合考虑，找到适合自己的一个最佳方案。

 2.1  碎粒辊 

2.1.1  材料 

        碎粒辊要具有较高的硬度和耐磨性，要能承受较大的扭矩和良好的抗疲劳特性，某些用户还要求辊子具有一定的抗腐蚀性。以前辊子广泛采用的是中碳合金钢辊，它的优点是能承受较大的扭矩，保证在使用时不开裂，经表面淬火后硬度可达HRC60以上，具有一定的耐磨性。它的不足是表面硬化层很浅，持久耐磨性差，同时抗腐蚀也较差，易生锈。现在使用的碎粒辊大多是由双层金属离心浇铸而成。外层为冷硬合金铸铁层（图1中A层），多采用高铬合金，硬度达HS66~78，深度为辊体直径的10%左右，在磨料磨损条件下它的耐磨性比合金钢高3~5倍，由于含有高铬，这种材质又具有良好的抗腐蚀性。它的缺点是韧性差，脆性高。辊体的内层为灰口铸铁层（图1中B层），它起着支承高铬铸铁件，承受压力和线旋转扭矩的作用。因它韧性好，充分满足了这方面的要求，同时又弥补了高铬合金层的韧性不足。辊子的轴一般采用45号钢经调质处理至HB220～250或用60号钢压铸在辊体内（图1中C轴）。上述三种材质各自发挥了它的优点，同时又弥补了各自的不足，从而使辊子整体达到最佳状态，这是任何一种单一金属材料所不能达到的。

 2.1.2   辊径 

        碎粒辊直径除影响辊子的强度和刚度外，还直接影响破碎效果。两碎粒辊对破碎颗粒的作用情况如图2所示。

从图中可知破碎区域长度为：

 D --- 碎粒辊直径     d --- 颗粒直径 α--- 攫住角 

 b --- 轧距香               L --- 破碎区域长度 

从上式说明，碎粒辊直径、颗粒直径愈大，则破碎区域长度比愈大，颗粒受到的破碎作用愈强，制成品的粉末比也愈大。实践证明，颗粒直径对粉末比的影响要比碎粒辊直径的影响还要大，为了获得最高的效率，颗粒的直径必须小，而且与碎粒辊的直径有一个合适的比例关系。对于直径较大的颗粒，物料会较易集中在某个部位，这将引起物料之间的研磨，由此产生的细粉百分数较高和功率消耗较大。而且，假使颗粒直径与碎粒辊直径之比太大，则喂料性能就会降低。一般对于直径为150mm的碎粒辊，颗粒的直径不应超过4.5mm，对于直径为220mm的碎粒辊，颗粒的直径不应超过6mm。 

2.1.3 辊齿 

        碎粒机的辊齿大体上有两种类型，一种是沿辊子的轴向进行拉丝，齿形如图3中的a图，其中α角(亦称锋角)一般设计为13.5°~45°，β角（亦称钝角）一般设计为58.5°~70°。另一种是沿辊子的圆周方向进行拉丝，齿形如图3中的b图，其中γ角一般设计为60°~70°。这两种齿形的辊子在组成一对碎粒辊时，有两种组合形式目前在饲料厂普遍使用，一种组合为快辊和慢辊都采用轴向拉丝齿（c图），在这种组合中，为子减少破碎时的粉末，增加成品碎粒，常把快辊的作用角（亦称前角）拉成小角度角，即图中α角，后角则采用大角度角，即图中β角，而慢辊则相反。另一种组合为快辊采用轴向拉丝齿，慢辊采用圆周向拉丝齿（d图）。这种组合中的快辊的作用角选用方式如同第一种组合中的快辊，慢辊的作用角采用b图中的γ角。比较两种组合形式的优缺点，破碎效果差别不是太大，笔者认为粗齿辊采用第一种组合比较好，细齿辊采用第二种组合效果较理想一些。关于粗齿辊、细齿辊，源于碎粒辊的拉丝齿数，其拉丝齿数目前仍习惯以每英寸的长度上有多少个齿来表示，单位为牙/英寸（或牙/厘米）。一般粗齿辊为5~9牙/英寸，细齿辊为11~14牙/英寸，粗齿辊适合破碎畜禽料，如鸡料，细齿辊适合破碎水产料，如虾料。 

        对于轴向拉丝的碎粒辊，为了使碎粒机负荷均匀，一般将辊齿的齿沟线拉成与轴线成一夹角，夹角大小一般取2.5°~8°，或用倾斜度表示1/25~1/7。倾斜度不能过大，倾斜度愈大，破碎能力愈强，颗粒料破碎后粉末增加，而且如果倾斜度过大，物料在进入破碎区时将会发生轴向滑移，对破碎不利。 

        辊齿的齿顶厚度（图3中S）对碎粒辊的耐磨性、破碎料成品粒度的均匀性都有影响，齿顶厚度太薄，辊子不耐磨，齿顶厚度太厚，破碎不均匀，粉料多。齿顶厚度和齿的大小有一定的对比关系，一般粗齿辊为0.4~0.7mm，细齿辊为0.1~0.2mm。 2.1.4  快慢辊圆周速度及速比 碎粒机辊子的圆周速度过大或过小都会影响碎粒机产量。速度过大，颗粒料在轧区内打滑，难于被攫住；速度过小，颗粒料在轧区内通过的时间加长，自然产量降低。一般快辊的圆周速度取6.0~9.0m/s ，慢辊的圆周速度为快辊速度的1/1.25~1/1.5。当然，对于不同大小辊径的碎粒机来说，大直径的辊子的圆周速度可比小直径的稍大些。

 2.1.5  轧距 

        碎粒机辊子的轧距对破碎效果影响很大。轧距过小，破碎料的粉末比将会增加，而且动力消耗也很大；轧距过大，破碎不完全，使不合格的大粒增多。一般轧距应调整到被破碎颗粒直径的0.7倍，当然应根据不同的原料品种和破碎后成品颗粒的大小做适当调整。在调整轧距时必须使碎粒辊保持平行，即碎粒辊在全长上轧距应保持一致。调整轧距时，通常先将轧距调定一定大小，然后从碎粒机两端取破碎后的样品，用肉眼进行比较或进行筛选分析，再仔细地调节碎粒辊的两端，使间隙大小合适，并保持两辊平行。在辊子长度方向上，为保持均匀一致的轧距，对辊子本身也有较高的加工要求，辊子表面的径向圆跳动相对于安装轴承的两基准轴线应不大于0.03mm。 

2.2  喂料机构的结构形式 

        喂料机构的结构形式对碎粒机破碎效果影响很大。喂入碎粒机的颗粒的理想流动状况应该是薄、快、连续不断，因为我们力求使辊齿逐一地破碎颗粒，这样产生的碎粒易合格，而且细粉含量很少。当喂入大量颗粒而梗塞时，则会发生压碎，这样产生的合格产品很少，而细粉非常多，因此，合理设计碎粒机的喂料机构就显得特别重要。目前在饲料厂普遍使用的有代表性的碎粒机的喂料结构形式如图4所示。 

        在a图中，当颗粒料需要破碎时，旁路门5偏转到破碎时的一边，把来料导入两碎粒辊之间，同时调整喂料调节插板3，控制流量的大小。这种喂料形式的优点是结构简洁，调整方便，制造成本低；缺点是不容易得到一个合适的喂料速度，流量大小不易控制。这是由于碎粒机一般是通过一个过渡仓直接安装在冷却器之下的，而大部分冷却器是间歇式排料的，这样碎粒机的喂料状态是不连续的。当喂料门调整得大时，喂料速度过快，过渡仓中的饲料很快破碎完，造成碎粒机空转时间很长；喂料门调整得小时，由于喂料是靠重力导入的，饲料就不易流过喂料门，造成结拱。为了克服上述喂料方式的不足，有必要把喂料结构加以改进。在b图中，由喂料叶轮5代替a图中的喂料调节插板3，喂料量大小是由喂料叶轮来控制。在这种结构中，喂料叶轮是由机壳外的调速电机并经减速装置带动的，通过改变喂料叶轮的转速，就可以调节喂料量。和前一种喂料方式相比，喂料量由喂料叶轮转速快慢来控制，可大大降低冷却器间隔排料的影响，有效缩短空转时间，且料流均匀，厚薄一致，不易堵塞。由于不需人工调节喂料门，便于实现自动控制。它的不足之外是结构稍复杂，且多了一台调速电机及减速传动系统，制造成本较高。还有一种碎粒机喂料机构的结构介于上述两种结构形式之间，它是由一个拉有齿槽的喂料辊和一块喂料调节插板组成，喂料辊由快辊带动，转速恒定，喂料量大小靠调节喂料插板与喂料辊之间的间隙大小确定。它的优点是比完全用插板调节式的喂料均匀，喂料不易堵塞；缺点是喂料量靠调节插板与喂料辊的间隙来保证，不易调整得准确。   

3.  破碎后颗粒料的筛分系统对破碎效果的影响

        碎粒机破碎后的颗粒必须经过筛分，筛去不需要的大颗粒和粉料，才能得到合格产品。筛分从本质上来说和碎粒机的破碎效果是两回事情，但在实际生产中，二者却是割裂不开的。这是因为颗粒饲料经碎粒机破碎后并不是合格成品，只有经过筛分，除去不需要的大小颗粒，才能选出成品颗粒。因此，筛分效果的好坏，就直接影响了碎粒机的破碎效果，碎粒机的破碎效果是由筛分后成品的多少（百分比）来反映的。因此，合理提高分级筛的筛分效果，多取出成品颗粒，就等于提高了碎粒机的破碎效果。 

        饲料厂一般用回转式分级筛或振动式分级筛进行颗粒的筛分。对于一台现有的分级筛来说，如何合理地配置筛网是提高其筛分效果的关键。传统上用来生产破碎料的分级筛一般配有两层筛网，上层筛网的筛上物是未被破碎的大颗粒料，下层筛网的筛上物为成品料，其筛下物为细颗粒料或粉料。用这种配置的分级筛进行筛分时有一个缺点，就是下层筛筛孔如果配置的较大，其筛下物中就混有许多合格的成品颗粒，而如果配置的较小，其筛上物中又夹杂有许多粉料，影响成品质量，尤其在喂料量较多时更是如此。为了克服上述不足，现在许多饲料厂都采用三层筛网进行破碎料的筛分，第一层筛网的筛上物为不合格的大颗粒料，第二层筛网的筛上物为较大颗粒直径的成品颗粒，第三层筛网的筛上物为较小一些颗粒直径的成品颗粒，这两种颗粒直径大小的成品料可分别包装，供应给不同的饲养用户。从第三层筛网筛下的是不需要的小颗粒料和粉料。经过这种配置的筛网生产出的成品料的成品率有很大提高，且成品料颗粒大小均匀，含粉也较少，因此是一种较为理想的配置方式。还有一些饲料厂家为了尽一步提高成品率，在第一层筛面上再做文章，把第一层筛面上的筛孔分为前后两部分，前一部分是稍大一些的筛孔，这样来料中小些的颗粒很快被过筛，大颗粒料还来不及过筛的时候，料流就已进入后一部分筛面，大颗粒料就不能过筛，这样可减少大颗粒料中夹杂的许多成品颗粒，尤其在喂料量比较大的时候。当然，采取何种筛面配置方式，一定要根据生产厂的生产实际，且不能一概而论，应当在生产实践中找到一种最适合自己的生产方法。 

4.  结束语