制粒機環模失效原因分析

畜牧人小李

制粒機是飼料生產工藝的關鍵設備，而環模是制粒機工作的心臟部件，也是制粒機最易磨損的零件之一。研究環模失效的原因，改善環模的使用條件，對提高產品質量和產量，降低能耗(制粒能耗占整個車間總能耗30％～35％)，減少生產成本(環模損耗一項費用占整個生產車間的維修費25％～30％ 以上)等方面影響極大。

一只環模和一副壓輥理論上可生產粒料分別是：2000噸和500噸(此處不考慮高檔環模和壓輥)。但實際上管理較好的企業也只有1000多噸和250多噸；而一般管理較差的企業，甚至只有500～600噸和80～10噸，就得更換新的環模和壓輥。從此可以看出，延長環模的使用壽命將會為企業帶來可觀的效益。

1、工作原理

環模是由電動機經減速器帶動旋轉的，安裝在環模內的壓輥不公轉，但因與轉動著的環模摩擦(通過壓實物料)而自轉。進入壓制室的調質好的物料被撒料器均分于壓輥之間，被壓輥鉗人、擠壓，并通過環模模孔連續地擠壓成形，形成柱狀顆粒并隨著環模圈回轉，由固定安裝在環模外面的切刀切成一定長度的顆粒飼料。環模與壓輥在任何接觸點的線速度都相同，其全部壓力都被用于制粒。

環模在正常工作過程中，始終存在著與物料間的摩擦作用。隨著生產物料量的增加，環模逐漸磨損，并最終導致失效。因此衡量環模工作性能的指標之一就是生產量。然而在實際生產過程中，大多數環模在達到理論生產能力之前就失效了。由于環模價格昂貴，這就為用戶造成一定的損失。本文擬對環模失效原因進行分析，從而對環模的制造、使用條件提出建議。

2、失效原因分析

從環模實際失效現象來看，可分成3類。第一類：環模工作一段時間后，出料各小孔內壁磨損，孔徑增大，所生產的顆粒飼料直徑超過規定值而失效；第二類：環模內壁磨損后，內表面凹凸不平嚴重，使飼料流動受阻，出料量下降而停止使用；第三類：環模內壁磨損后，使內徑增大，壁厚減小，同時出料小孔內壁也隨著磨損，使各出料小孔間的壁厚不斷減薄，因而結構強度下降，在出料小孔的直徑增大到允許的規定值之前(即出現第一類失效現象之前)，在最危險的截面上首先出現裂紋并不斷擴大，直到裂紋延伸到較大的范圍而導致環模失效。產生上述3種失效現象的實質性原因，歸納起來，首先是磨粒磨損，其次是疲勞破壞。

2.1 磨粒磨損

磨損原因很多，分為正常磨損、不正常磨損。正常磨損原因主要有物料的配方、粉碎粒度、粉料的調質質量等。正常磨損情況下環模出現軸向均勻磨損，導致環模模孔變大，壁厚變薄。不正常磨損主要原因：壓輥調得太緊，與環模間隙小，互相磨損；撒料器角度不好，導致分配物料不均勻而部分先磨損；模內掉進金屬而磨損。這種情況下，環模多出現不規則磨損，多為腰鼓形。

2.1.1 原料粒度

原料粉碎細度要適中均勻，因為原料粉碎細度決定著飼料組成的表面積，粒度越細，表面積越大，物料吸收蒸汽中水分越快，有利于進行調質與顆粒成形。原料粒度過粗，會增加壓模的磨損，并造成生產率下降，能耗增大。一般要求原料粉碎后要能全部通過8目篩面，25目篩上物不得大于35％ 。對粗纖維含量高的物料，添加一定量的油脂，在制粒過程中，可以減少物料與環模之間的摩擦力，有利于物料通過環模，且成形后顆粒外觀較光滑。

2.1.2 原料含雜情況

物料中含砂及鐵雜質過多，會加快壓模的磨損，所以，原料清雜工作十分重要。目前，大多數飼料廠對清除原料中鐵雜質較為重視，因鐵質物質對壓模、壓輥乃至設備會造成強烈的破壞。而對砂石類雜質的清除卻不重視。這一點應引起制粒機用戶的注意。

2.1.3 蒸汽的添加

對物料添加蒸汽，可軟化物料，使物料中含油細胞組織分裂，并使油分呈游離狀態，在制粒過程中起潤滑作用，從而減輕物料對壓模的磨損作用，并提高制粒機的產量。一般添加蒸汽的壓力應在0.2～0.4MPa之間，壓力高低隨壓制物料品種而變化，蛋白質含量較高的物料，使用蒸汽壓力應稍低一些，含纖維較多的物料，使用蒸汽壓力可稍高一些。添加蒸汽應使物料含水率達16％～17％ ，物料調質后的溫度在78～87~C時最佳。

2.1.4 環模與壓輥之間的間隙

環模與壓輥之間的間隙過小，會加快環模與壓輥表面的磨損，特別是在制粒機啟動和停止時的空運轉期間，這種磨損作用更加強烈。考慮到環模、壓輥表面的圓度誤差及工作面與安裝面之間的同軸度誤差等因素，環模與壓輥之間的間隙一般取0.2～0.4mm為宜，壓制小直徑顆粒飼料或使用新環模時取小值。

2.1.5 撒料器安裝角度

撒料器安裝角度不正確，會導致環模與壓輥間的物料分布不均勻。因此，進入擠壓時，環模與壓輥的擠壓應力和摩擦力沿軸向出現非均勻現象，最終導致環模與壓輥磨損呈不均勻分布。

2.2 疲勞破壞

制粒機環模為一多孔環形零件，工作條件惡劣，在使用過程中長期承受壓輥的擠壓力和物料的摩擦力，使之產生彎曲應力和接觸壓應力。但這些應力不是影響環模壽命的因素，其主要失效形式還是來自疲勞破壞。黃傳海在“顆粒飼料壓制機環模強度探討”中，對制粒機工作過程中環模的受力情況進行了分析，認為環模在制粒過程中受到交變的作用，這表明其交變應力是非對稱循環的，環模通常發生疲勞破壞。這與環模在實際使用中所產生失效結果相吻合。在此基礎上，提出適當增大環模寬度、厚度及內徑，可提高環模的抗彎能力和生產率。同時增大內徑和有效擠壓長度，可明顯降低環模的接觸壓應力。

為有效改善環模的受力條件，除改變環模外形尺寸，還可以采取選用合適材質和熱處理技術，以及設計環模表面開孔率等途徑。

環模通常由碳(合金)鋼或不銹鋼材料經鍛壓、切削、鉆孔、熱處理等工序制成。環模鉆孔時，應采用多孔槍鉆加工，以保證各孔質量。熱處理時，應采用真空淬火設備，可避免在普通設備中經常出現的表面氧化的脫炭，從而獲得更高的硬度。

環模表面開孔率直接影響制粒機的產量和環模強度。開孔率大，制粒機產量高，環模強度低；反之，環模強度提高，制粒機產量降低。由于選材及環模尺寸的差異，要得到恰當的環模模孔開孔率數值，以更好地協調它的產量及使用壽命，目前還有較大的困難。對于模孔直徑為2～12mm的環模，其模孔開孔率一般應選定在20％～30％之間。模孔越小，開孔率取值越小，反之，開孔率取值越大。制造廠可根據所選環模材料、環模外形結構與尺寸，采取逐次迫近試驗方法，確定環模開孔率的大小，保證環模有足夠的強度，以防止其承載時破裂而縮短使用壽命。

在設計環模外形結構時，應盡量減少環模外表面沿徑向分布的溝槽數量，并減小其深度。因為沿徑向分布的溝糟是最容易產生應力集中的部位。在長期交變應力作用下，首先易在此部位產生微裂紋，繼而逐步擴大，最終造成環模斷裂。

以上分析表明，環模在生產過程中主要有兩種失效原因，一是磨粒磨損，二是疲勞破壞。要從根本上避免環模的失效是不切實際的，只有改善環模制造、生產及使用條件，從而延長環模的使用壽命，節約成本。

來源：飼界友人