模块化环模制粒机试验样机三维设计与性能分析(2)
本课题从现有环模制粒机机械结构的基础上出发，探究环模制粒机试验样机优化结构，分析模块化环模和压辊可行的必要因素，对关键环模制粒部分进行三文结构设计，使环模和压辊能易于更换、调试，并应用有限元分析软件对环模部件进行性能分析与强度校核，使之满足制粒强度需求。
1．1 国内外研究现状
在环模制粒成型研究和技术上，国内近几年来发展迅速，但由于国外掌握大量先进技术和专业人才，相比仍有一定差距，我国还缺乏大功率、环模直径更大的机型，并且环模使用寿命也仍有差距。
1.1.1 国外技术及研究现状
1.1.2 国内技术及研究现状
2 环模制粒机
2.1 主要工作原理
制粒的主要方式有挤出制粒、挤压制粒、团聚制粒、搅拌破碎制粒、熔融制粒、喷雾制粒及流化制粒[12]，应用不同的机械结构和工程原理来达到相同的制粒目的，即将粉状物、块状物等形态的物料进行加工，制成具有特定形状和大小的颗粒物。在其中，环模制粒属于挤出式制粒，也就是用挤出、滚筒挤压及压制等加工方式，将干燥粉体、含有粘结剂的湿润粉体制成圆柱形、球形和片形的方式。
环模制粒时，将物料放在压辊和环模的转动滚轮之间，在压辊转动的时候与环模产生挤压力，将物料从环模的模孔中连续不断地挤出，再用切刀切断，制成颗粒。挤压原理如图2.1所示。
图2.1挤压原理图
在物料压制成颗粒的过程中，物料要经过四个区域[13]：给料区、压紧区、挤压区及成形区。物料在给料区时，完全处在自由状态，只受到环模旋转时的离心力，致使物料附在环模内表面上。紧接着物料进入压紧区，在这个区域，物料受到压辊的挤压力，逐渐挤压进入模孔，但由于孔隙有余量，所以物料不会变形。在压辊挤压力逐渐增大后，物料进入挤压区，孔隙减小，物料逐渐压缩混合，充满模孔。在成形区，物料进行弹性形变，在新入物料的挤压下逐渐挤出模孔。物料挤压成型的条件是压辊能把物料挤压到模孔的扩孔中，并且物料受到的挤压力要大于物料在模孔中产生的摩擦力。
2.2 主要组成结构
环模制粒机一般分为卧式环模挤出制粒机和立式环模挤出制粒机。卧式环模制粒机中环模水平安装，环模内有2~3个压辊，压辊轴线呈水平，环模由主电机带动旋转，安装在环模内的压辊不进行公转，但会由于环模的转动引起的摩擦力产生自转。进入制粒室的物料被整料器均匀地分布到压辊之间，挤入模孔，切割成型。立式环模机型中的环模轴线与水平面成垂直安装，环模内有两个或多个压辊，将物料连续不断地供给旋转的环模和压辊之间，从而进行挤压成型。
2.1.1 卧式环模制粒机
卧式环模制粒机由给料装置、调质器、造粒器和其他部件构成，简要的结构如图2.2所示。
图2.2卧式环模制粒机结构示意图
给料装置主要由电磁调速机，减速器，联轴器，螺旋轴和螺旋壳。电机包括变频电机和减速器，用来与变频器连接，可以改变输出速度。螺旋壳，螺旋轴和轴承等部件，通过驱动调速电机进行工作。调质装置包括电动机，传动机构，转子和壳体，蒸汽口。其功能是注入蒸汽，将配合粉状物料调质到一定的温度和湿度后送入制粒室制粒。调质器壳体由不锈钢制成。制粒器主要由主电机、传动机构、转子、环模、压辊、刮刀、切刀组件及机身和门等组成。粉状物料调理过后，放入喂料锥，通过刮刀将物料均匀地布置在环模与压辊之中。物料在压辊与环模的挤压下通过模孔挤压成型，最后由切刀将挤压成型的物块切割成颗粒状，由出料口排出。
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