環模顆粒機是(shi)飼(si)料(liao)機(ji)械(xie)四(si)大(da)主(zhu)機(ji)之(zhi)一(yi)，很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)決(jue)定(ding)了(le)飼(si)料(liao)加(jia)工(gong)產(chan)量(liang)，在(zai)飼(si)料(liao)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)占(zhan)有(you)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)地(di)位(wei)。目(mu)前(qian)，國(guo)內(nei)在(zai)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)製(zhi)粒(li)機(ji)理(li)方(fang)麵(mian)的(de)研(yan)究(jiu)幾(ji)乎(hu)是(shi)空(kong)白(bai)，而(er)且(qie)顆(ke)粒(li)機(ji)與(yu)國(guo)外(wai)同(tong)類(lei)型(xing)設(she)備(bei)相(xiang)比(bi)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)結(jie)構(gou)不(bu)合(he)理(li)，生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)偏(pian)低(di)、能耗偏高等缺陷，這極大地製約了產品的國際競爭力。研究環模製粒機理與結構優化技術，對提升飼料機械整體設計、製造水平，促進飼料工業的發展具有重要的理論意義與實用價值。本文的主要工作如下：
1．分fen析xi了le製zhi粒li過guo程cheng中zhong物wu料liao層ceng在zai製zhi粒li室shi的de分fen布bu情qing況kuang，指zhi出chu了le物wu料liao層ceng分fen布bu的de三san個ge區qu域yu之zhi間jian的de聯lian係xi，對dui環huan模mo和he壓ya輥gun之zhi間jian的de物wu料liao受shou力li狀zhuang況kuang進jin行xing了le分fen析xi，推tui導dao了le供gong料liao區qu物wu料liao層ceng最zui佳jia厚hou度du理li論lun公gong式shi。
2．分(fen)析(xi)了(le)環(huan)模(mo)孔(kong)在(zai)物(wu)料(liao)擠(ji)壓(ya)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)受(shou)力(li)情(qing)況(kuang)，建(jian)立(li)了(le)環(huan)模(mo)孔(kong)擠(ji)壓(ya)受(shou)力(li)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)，並(bing)基(ji)於(yu)該(gai)模(mo)型(xing)分(fen)析(xi)了(le)物(wu)料(liao)特(te)性(xing)對(dui)製(zhi)粒(li)過(guo)程(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)，揭(jie)示(shi)了(le)物(wu)料(liao)泊(bo)鬆(song)比(bi)、摩擦係數和環模長徑比與製粒過程中擠壓力之間的關係。
3．研究了環模孔受力簡化模型，並基於簡化模型對環模孑L口進行了有限元受力分析，結果表明環模孔進料口倒角越大，所受應力越小，物料更容易被擠壓，相應的環模使用壽命越長。
4．研(yan)究(jiu)了(le)環(huan)模(mo)和(he)壓(ya)輥(gun)的(de)結(jie)構(gou)參(can)數(shu)與(yu)壓(ya)入(ru)物(wu)料(liao)高(gao)度(du)及(ji)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)。分(fen)析(xi)了(le)大(da)小(xiao)輥(gun)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)和(he)三(san)輥(gun)式(shi)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)在(zai)提(ti)高(gao)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)方(fang)麵(mian)的(de)優(you)勢(shi)，並(bing)進(jin)行(xing)了(le)優(you)化(hua)計(ji)算(suan)。
5．推導了環模顆粒機能耗理論模型，分析了影響環模顆粒機能耗的因素，揭示了環模線速度與製粒能耗之間的關係，並進行了試驗驗證。
本課題針對環模顆粒機製粒機理和性能方麵做了比較全麵的研究，研究成果對提高環模顆粒機的製粒質量、生產效率、製粒能耗與使用壽命具有一定的參考價值和應用價值。
關鍵詞：環模，壓輥，顆粒機，製粒機理，優化
1、緒論
1.1課題背景和研究意義
飼料工業是隨著動物營養和飼料科學的發展，在工業化水平提高並達到一定階段後逐步發展起來的跨行業、跨部門、跨學科的新興工業。它包括五大部分：飼料原料生產、飼料加工、飼料添加劑生產、飼料機械生產和飼料科研教育、製標、監測檢測等服務體係。近年來，中國飼料工業穩定、持續發展，目前全國有飼料企業1.5萬多家，從業人員約50多萬人，中國飼料業改革開放後年平均發展速度保持在20%以(yi)上(shang)，已(yi)完(wan)成(cheng)了(le)從(cong)手(shou)工(gong)作(zuo)坊(fang)式(shi)的(de)生(sheng)產(chan)到(dao)世(shi)界(jie)第(di)二(er)大(da)飼(si)料(liao)生(sheng)產(chan)國(guo)的(de)飛(fei)越(yue)，飼(si)料(liao)工(gong)業(ye)已(yi)成(cheng)為(wei)中(zhong)國(guo)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)重(zhong)要(yao)的(de)支(zhi)柱(zhu)產(chan)業(ye)之(zhi)一(yi)。隨(sui)著(zhe)飼(si)料(liao)工(gong)業(ye)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)，飼(si)料(liao)機(ji)械(xie)的(de)需(xu)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)，要(yao)求(qiu)也(ye)來(lai)越(yue)高(gao)。研(yan)發(fa)高(gao)品(pin)質(zhi)、高效率的飼料機械產品已成為支持飼料工業發展的迫切需求。
環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)是(shi)飼(si)料(liao)機(ji)械(xie)四(si)大(da)主(zhu)機(ji)之(zhi)一(yi)，其(qi)生(sheng)產(chan)的(de)顆(ke)粒(li)飼(si)料(liao)以(yi)其(qi)眾(zhong)多(duo)優(you)點(dian)在(zai)我(wo)國(guo)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)推(tui)廣(guang)和(he)應(ying)用(yong)。相(xiang)應(ying)地(di)，製(zhi)粒(li)工(gong)藝(yi)是(shi)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)飼(si)料(liao)廠(chang)采(cai)用(yong)的(de)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)，也(ye)是(shi)飼(si)料(liao)工(gong)業(ye)十(shi)分(fen)重(zhong)視(shi)並(bing)不(bu)斷(duan)取(qu)得(de)進(jin)展(zhan)的(de)重(zhong)要(yao)工(gong)藝(yi)，世(shi)界(jie)穀(gu)物(wu)飼(si)料(liao)有(you)將(jiang)近(jin)75%是(shi)以(yi)顆(ke)粒(li)形(xing)狀(zhuang)生(sheng)產(chan)的(de)。可(ke)見(jian)，環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)是(shi)生(sheng)產(chan)顆(ke)粒(li)飼(si)料(liao)的(de)主(zhu)要(yao)飼(si)料(liao)機(ji)械(xie)設(she)備(bei)，其(qi)性(xing)能(neng)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)決(jue)定(ding)了(le)飼(si)料(liao)加(jia)工(gong)產(chan)量(liang)，在(zai)飼(si)料(liao)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)占(zhan)有(you)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)地(di)位(wei)。
近年來，國內飼料機械企業在環模顆粒機的設計、製造領域不斷進步，產品的外觀、性能指標不斷提高，與國外同類產品的差距也在不斷縮小，但我國的環模顆粒機大都是在國外製粒技術發達國家（如英國、意大利、瑞士等國）先(xian)進(jin)產(chan)品(pin)基(ji)礎(chu)之(zhi)上(shang)進(jin)行(xing)變(bian)型(xing)設(she)計(ji)而(er)生(sheng)產(chan)製(zhi)造(zao)的(de)，在(zai)製(zhi)粒(li)機(ji)理(li)方(fang)麵(mian)的(de)研(yan)究(jiu)還(hai)幾(ji)乎(hu)是(shi)空(kong)白(bai)，這(zhe)直(zhi)接(jie)導(dao)致(zhi)與(yu)國(guo)外(wai)同(tong)類(lei)型(xing)設(she)備(bei)相(xiang)比(bi)較(jiao)，我(wo)國(guo)的(de)顆(ke)粒(li)機(ji)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)結(jie)構(gou)不(bu)合(he)理(li)，生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)偏(pian)低(di)、能neng耗hao偏pian高gao等deng缺que陷xian。其qi中zhong，環huan模mo的de使shi用yong壽shou命ming和he生sheng產chan效xiao率lv低di下xia問wen題ti尤you為wei突tu出chu，國guo內nei生sheng產chan的de環huan模mo使shi用yong壽shou命ming短duan已yi成cheng為wei一yi個ge不bu爭zheng的de事shi實shi，在zai實shi際ji生sheng產chan過guo程cheng中zhong，環huan模mo顆ke粒li機ji的de環huan模mo容rong易yi出chu現xian使shi用yong壽shou命ming短duan、堵模、製粒質量差等諸多問題，這極大地製約了產品的國際競爭力。研(yan)究(jiu)環(huan)模(mo)製(zhi)粒(li)機(ji)理(li)與(yu)結(jie)構(gou)優(you)化(hua)技(ji)術(shu)，對(dui)設(she)計(ji)出(chu)具(ju)有(you)國(guo)際(ji)先(xian)進(jin)水(shui)平(ping)的(de)顆(ke)粒(li)機(ji)具(ju)有(you)積(ji)極(ji)的(de)推(tui)進(jin)作(zuo)用(yong)，對(dui)提(ti)高(gao)製(zhi)粒(li)質(zhi)量(liang)與(yu)製(zhi)粒(li)效(xiao)率(lv)，提(ti)升(sheng)我(wo)國(guo)顆(ke)粒(li)機(ji)產(chan)品(pin)的(de)國(guo)際(ji)競(jing)爭(zheng)力(li)、進而提升飼料機械整體設計、製造水平，促進飼料工業的發展具有重要的理論意義與實用價值。
1.2國內外研究現狀
製粒的曆史實際上可以追溯到1900年，近一個世紀來，飼料工作者在實踐中積累了寶貴的經驗，致力於改善顆粒機性能，提高顆粒飼料性能。
1.2.1環模顆粒機國內外發展概況
世界上第一台與顆粒機有相似功能的機器是一台鑄模式設備，如圖1.1所示。在其機械結構上類似於現在的煤球機，由一對形狀相同、等速相對旋轉的壓輥（壓輥表麵鑄有凹穴)組zu成cheng，物wu料liao進jin入ru壓ya輥gun表biao麵mian的de凹ao穴xue，自zi上shang而er下xia受shou到dao壓ya縮suo，壓ya製zhi成cheng形xing的de顆ke粒li具ju有you兩liang個ge凹ao穴xue的de合he成cheng形xing狀zhuang。用yong該gai設she備bei可ke以yi壓ya製zhi成cheng各ge種zhong形xing狀zhuang的de顆ke粒li，如ru三san角jiao形xing、菱形、橢圓形、紐扣形、圓形等等。這種形式的鑄模式設備，由於其壓縮時間非常短，飼料顆粒的密度低、強度較小，生產效率低下，能耗高，所以，該工藝並沒有被廣泛采用。
1910年左右，世界上第一台擠壓式顆粒機問世，如圖1,2所示。該顆粒機的工作機理與現在的擠壓式顆粒機基本相同，靠旋轉的螺旋輸送器強製將物料向前推進、擠(ji)壓(ya)並(bing)通(tong)過(guo)環(huan)模(mo)孔(kong)形(xing)成(cheng)柱(zhu)狀(zhuang)顆(ke)粒(li)，並(bing)在(zai)出(chu)料(liao)口(kou)切(qie)刀(dao)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)，切(qie)斷(duan)成(cheng)粒(li)狀(zhuang)顆(ke)粒(li)。這(zhe)種(zhong)顆(ke)粒(li)機(ji)的(de)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)不(bu)高(gao)，而(er)且(qie)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)蒸(zheng)煮(zhu)膨(peng)化(hua)機(ji)，生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)大(da)大(da)提(ti)高(gao)。
到1920年，斯凱勒( SchMeler)提出了壓縮法製粒，這種設備安裝有兩個帶有排出孔的齒輪成形模具的軋輥，如圖1.3所示。在牙狀形齒輪根部有圓柱形的小孔，齒輪、等deng速su相xiang對dui旋xuan轉zhuan，物wu料liao進jin入ru齒chi輪lun的de齧nie合he空kong間jian，受shou到dao擠ji壓ya力li的de作zuo用yong，經jing根gen部bu小xiao孔kong擠ji出chu，被bei裝zhuang在zai齒chi輪lun內nei腔qiang的de切qie刀dao切qie斷duan成cheng顆ke粒li，並bing排pai出chu孔kong外wai。與yu鑄zhu模mo法fa和he擠ji壓ya法fa相xiang比bi，這zhe種zhong製zhi粒li方fang法fa或huo多duo或huo少shao帶dai有you剛gang性xing擠ji壓ya，機ji械xie磨mo損sun程cheng度du大da，費fei用yong也ye高gao。
1920年期間，在總結了許多顆粒機工作機理的基礎上，研製成功了第一台平模顆粒機，如圖1.4suoshi。zhezhongjiqizhuangyouweiraozhongxinzhouhuizhuandegunlun，poshiwuliaojiyaxiangxia，tongguoshuipinggudingmobandemokong，xuanzhuanqiedaobasiliaoqiegechengyidingchangdudekelisiliao。pingmokelijidepingmohegunlunshanggechudeyuanzhousudubudeng，pingmoshangdewuliaoshoudaodelixinlidaxiaoyebuxiangtong，yinerzaipingmogongzuopingmianshangdefuheshibujunyunde。buguo，dangshiouzhouxuduosiliaochangyugancaochangquepubiancaiyongyizhongpingzhizhumokeliji，qishugeyagunzhiyutongyipingmianraozhilizhouxuanzhuan，erjiangfenliaojingyougudingdeshuipingzhumomokongjichu。
幾乎在同一時期，世界上第一台環模顆粒機研製成功，如圖1.5所示。到了1920年，顆粒機已發展成使用環模結構，迫使物料通過環模孔的機器設備，最初的環模顆粒機隻使用一個壓輥，以後演變成兩個、三(san)個(ge)壓(ya)輥(gun)，利(li)用(yong)壓(ya)輥(gun)的(de)擠(ji)壓(ya)力(li)將(jiang)粉(fen)狀(zhuang)物(wu)料(liao)經(jing)由(you)環(huan)模(mo)的(de)環(huan)模(mo)孔(kong)中(zhong)擠(ji)出(chu)。經(jing)過(guo)不(bu)斷(duan)地(di)改(gai)進(jin)，現(xian)在(zai)的(de)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)不(bu)僅(jin)采(cai)用(yong)了(le)主(zhu)動(dong)滾(gun)輪(lun)，而(er)且(qie)還(hai)采(cai)用(yong)更(geng)為(wei)普(pu)遍(bian)的(de)主(zhu)動(dong)環(huan)模(mo)。環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)是(shi)環(huan)模(mo)靠(kao)主(zhu)軸(zhou)傳(chuan)動(dong)而(er)回(hui)轉(zhuan)，其(qi)內(nei)有(you)兩(liang)個(ge)或(huo)者(zhe)三(san)個(ge)壓(ya)輥(gun)，工(gong)作(zuo)時(shi)壓(ya)輥(gun)將(jiang)粉(fen)狀(zhuang)物(wu)料(liao)壓(ya)入(ru)環(huan)模(mo)孔(kong)中(zhong)，擠(ji)出(chu)成(cheng)形(xing)後(hou)呈(cheng)圓(yuan)柱(zhu)形(xing)，並(bing)被(bei)固(gu)定(ding)切(qie)刀(dao)切(qie)斷(duan)成(cheng)顆(ke)粒(li)飼(si)料(liao)。其(qi)主(zhu)要(yao)特(te)點(dian)是(shi)環(huan)模(mo)與(yu)壓(ya)輥(gun)接(jie)觸(chu)線(xian)上(shang)各(ge)處(chu)線(xian)速(su)度(du)相(xiang)等(deng)，所(suo)以(yi)無(wu)額(e)外(wai)的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)，全(quan)部(bu)的(de)擠(ji)壓(ya)力(li)都(dou)被(bei)用(yong)來(lai)製(zhi)粒(li)。這(zhe)種(zhong)環(huan)模(mo)式(shi)顆(ke)粒(li)機(ji)製(zhi)粒(li)質(zhi)量(liang)較(jiao)好(hao)，生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)高(gao)，能(neng)耗(hao)比(bi)其(qi)他(ta)幾(ji)種(zhong)要(yao)少(shao)，在(zai)飼(si)料(liao)加(jia)工(gong)廠(chang)中(zhong)應(ying)用(yong)最(zui)為(wei)廣(guang)泛(fan)。在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)，環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)性(xing)能(neng)不(bu)斷(duan)被(bei)改(gai)善(shan)，而(er)於(yu)其(qi)後(hou)的(de)60年，支配了整個飼料業。環模式顆粒機的進一步發展，提高了其機械性能和強度。根據生產的實際需要，今後顆粒機的設計將向大環模、大功率和大型號方向發展。
從(cong)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)發(fa)展(zhan)的(de)整(zheng)個(ge)曆(li)程(cheng)來(lai)看(kan)，環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)機(ji)理(li)沒(mei)有(you)變(bian)化(hua)，而(er)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)的(de)製(zhi)造(zao)水(shui)平(ping)和(he)技(ji)術(shu)性(xing)能(neng)大(da)有(you)改(gai)進(jin)。目(mu)前(qian)世(shi)界(jie)上(shang)使(shi)用(yong)較(jiao)為(wei)廣(guang)泛(fan)，比(bi)較(jiao)典(dian)型(xing)的(de)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)主(zhu)要(yao)有(you)以(yi)下(xia)幾(ji)種(zhong)：
CPM公gong司si生sheng產chan的de環huan模mo顆ke粒li機ji采cai用yong斜xie齒chi齒chi輪lun減jian速su箱xiang傳chuan動dong結jie構gou，齒chi輪lun減jian速su箱xiang可ke以yi通tong過guo手shou動dong換huan擋dang實shi現xian雙shuang速su交jiao換huan。環huan模mo固gu定ding在zai大da齒chi輪lun傳chuan遞di的de空kong心xin軸zhou上shang旋xuan轉zhuan，壓ya輥gun則ze固gu定ding在zai用yong製zhi動dong裝zhuang置zhi固gu定ding的de實shi心xin軸zhou上shang，為wei動dong模mo型xing顆ke粒li機ji。環huan模mo采cai用yong三san分fen式shi環huan模mo夾jia固gu定ding，裝zhuang拆chai方fang便bian，配pei有you自zi動dong循xun環huan潤run滑hua係xi統tong設she備bei，使shi用yong更geng安an全quan。
Buhler公司生產的環模顆粒機機采用雙壓輥、環模式、單dan電dian機ji三san角jiao皮pi帶dai傳chuan動dong結jie構gou。單dan位wei生sheng產chan效xiao率lv高gao，運yun行xing費fei用yong低di結jie構gou比bi較jiao簡jian單dan，操cao作zuo維wei修xiu方fang便bian。係xi統tong可ke以yi方fang便bian地di實shi行xing自zi動dong潤run滑hua和he自zi動dong控kong製zhi。采cai用yong單dan電dian機ji側ce傳chuan動dong，空kong心xin軸zhou、環模、軸、壓輥和大皮帶傳動等總成，外加皮帶傳動的張力等均由主軸尾部懸臂支承，承載負荷大、且屬於偏載荷狀態設計、驗算和裝配的配合要求較高。
Munch公司生產的環模顆粒機有環模、錐形壓輥平模顆粒機兩種，環模顆粒機的結構形式和英國UMT公司單級同步齒形帶傳動的形式基本相同。Munch公司生產的環模顆粒機采用三角帶傳動，大皮帶輪的寬度比較寬，采用鑄鐵鑄造整體機座，整機重量偏重，但運轉平穩、噪聲低，大皮帶輪的慣性作用有利於節能。環模的固定結構宜改用CPM三分式環模夾，如采用螺栓固定式，則單側操作大大延長了換模時間。係統可以實現自動潤滑和自動控製。
三輥式環模顆粒機是以英國UMT公司為代表的一種典型環模顆粒機。國內外多家公司均生產類似的產品，傳動方式分為齒輪式和皮帶式兩種。UMT公司生產的皇冠牌三輥式環模顆粒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。
同時，一些科研機構和高校也開始對環模顆粒機進行研製，先後有商都牧機廠、阜新牧機總廠、華中農學院、中國農業科學院飼料研究所、漁(yu)業(ye)機(ji)械(xie)儀(yi)器(qi)研(yan)究(jiu)所(suo)和(he)上(shang)海(hai)市(shi)飼(si)料(liao)研(yan)究(jiu)所(suo)對(dui)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)進(jin)行(xing)了(le)研(yan)製(zhi)。我(wo)國(guo)的(de)環(huan)模(mo)顆(ke)粒(li)機(ji)技(ji)術(shu)正(zheng)朝(chao)著(zhe)自(zi)主(zhu)創(chuang)新(xin)的(de)道(dao)路(lu)前(qian)進(jin)，已(yi)取(qu)得(de)了(le)一(yi)定(ding)的(de)成(cheng)效(xiao)，產(chan)品(pin)的(de)外(wai)觀(guan)、性能指標不斷提高，與國外同類產品的差距也在不斷縮小，富通新能源同時銷售秸稈壓塊機、木屑顆粒機等生物質顆粒燃料成型機械設備。
