双驱动带式环模制粒机三维设计与性能分析(2)
4.2.2 模孔有限元结果分析 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
1 绪论
1.1选题意义
促进现代化农业的发展，农业机械设备扮演者重要的角色。饲料颗粒机是农业机械中的典型设备，它的广泛应用，改进了饲料的形式，大大提高了效率和生存率。因此，研究制粒机械的优化设计，对于实际应用有着重要的意义。制粒机是饲料机械的四大主机之一，随着饲料工业的快速发展，对饲料机械的需求越来越大，对高品质、高效率的饲料机械产品的需求也越来越迫切。
目前，国内已经有大量的饲料机械企业对制粒机的设计、制造等领域取得了许多重大成果，我国的饲料制粒技术与国外的差距也在不断缩小。但是，在同等条件下，和国外的相关饲料机械设备比较，我国自行研制的产品仍然存在很多不足之处。在材料性能、结构参数、强度耐用度等方面，仍然还有有待提高。
研究环模制粒机的工作机理和结构优化，对推进国内制粒机械的发展具有积极的推进作用，同时也促进了我国畜牧业的生产效率的提高。
1.1.1制粒机的发展历史
在《制粒的历史与发展》（美国 拉里•H•匹兹齐）[1]一文中。作者详尽介绍了制粒的发展过程，制粒的源起可以追溯到1900年，近一个世纪以来饲料制粒工作者不断创新技术，想方设法改善饲料的性能。人们发现，经过挤压加工的饲料，不仅改善了饲料加工的特性，还更利于动物的饲育。
原料通过机器内的热、压力和水分的综合作用，其中的淀粉被糊化。这样，生产出来的饲料能更好地被动物所吸收利用。颗粒饲料的均一性，防止了个别原料的适口性和动物拣食带来的麻烦。因此，饲料制粒后动物采食均衡，排除饲料组分再分离的弊病。颗粒饲料与粉料相比，也相对地减少了饲料的损耗。制粒在饲料密度和流动性两个方面改善了饲料的加工性能，特别对许多纤文素含量高的原料，制粒增加了饲料的密度，体积缩小，这无论在贮藏和运输中都比较方便和经济。同时，制粒更能控制饲料的比重和改善饲料的流动性。颗粒饲料比粉料不容易结拱和附着筒仓、料仓上。
第一次使用的机器是一台铸模式设备。在机械结构上类似于现在的煤球机。两个轧辊作相对旋转运动，轧辊上有凹穴，物料自上而下压制成圆球形颗粒饲料。约1910年，挤压式颗粒机诞生了。第一台商品挤压式颗粒机是1910年由英国的Sizer公司研制出来的。所谓商品挤压式颗粒机就是在饲料加工行业被人们所接受，并投入了生产使用的颗粒机。
1920年第一台平模颗粒机问世了。这种机器主要由围绕中心轴回转的滚轮和水平固定模板组成，模板上有挤压孔。随着滚轮的回转，物料被挤压且强制通过挤压孔形成物料条，然后旋转切具将其切割成一定长度的颗粒。
平模制粒机有效地提高了制粒机的生产率、减小了机械磨损，但由于平模与直辊接触点的线速度沿径向不同，影响成品的质量均匀和模辊的均匀磨损。与此同时，环摸制粒机诞生。环模制粒机主要是由一个带有模孔的环模和多个压辊组成。起初环模制粒机采的主动滚轮(压辊)模式，经过多年的不断改进，逐渐采用主动环模模式。随着环模的旋转，物料被挤压入模孔，进而被挤压出模孔，然后被环模外面的切刀切成一定长度的颗粒。
1.1.2制粒机的现状分析
学术研究表明：环模表面开孔率的大小，直接影响到制粒机的生产效率[2]。理论上，环模表面的开孔率越大，制粒机的生产率越高，但是开孔率的大小也直接影响到机加工的难易程度及环模的强度。因此在保证环模有足够的强度及加工容易的情况下，尽可能地提高环模开孔率。环模的模孔深度与孔径的比值对制粒的质量和效率有很大的影响，当深径比增大时，生产率降低[3]。制粒机环模的整体淬火不会使环模孔的光洁度降低，对保证制粒机的生产效率至关重要[4]。环模制粒机的生产率与环模的转速没有严格的正反比关系，环模存在最佳转速范围对应最高的生产率[5]。国内外研究表明，制粒机选用大直径环模和压辊可以提高生产率，这是因为压辊直径的大小直接影响压粒时物料摄取角。环模和压辊的结构参数对环模制粒机的生产效率影响较大，压辊数目与模辊直径比有相互制约的关系，因此压辊个数的增加不一定都能有效地提高环模制粒机的生产效率[6]。辊模间隙也影响到环模制粒机的生产效率，辊模间隙过大时，物料打滑，生产率降低，而当间隙过小时，粉料经挤压温升加剧，水分蒸发较快，使物料干结堵塞模孔，生产率也降低[7]。文献[8]运用UG对环模进行建模，接着运用有限元分析软件ANSYS对环模进行硕士论文环模制粒机挤压成形机理分析与结构参数优化均匀载荷和非均匀载荷分析，得出物料沿环模轴向不均匀分布是导致环模沿轴向不均匀磨损的主要原因，也是影响环模使用寿命的重要因素，为延长环模使用寿命提供了重要参考依据。文献[9]应用Pro／E和ANSYS软件分别对30度倒角环模型孔45度倒角环模型孔和60度倒角环模型孔进行建模和静态应力分析，分别得到了三种不同角度环模型总结了环模孔沿轴向路径的应力与环模孔倒角的关系及环模孔沿轴向路径的变形与环模孔倒角的关系，最终得出60度倒角环模孔型较好，有效地延长了环模的使用寿命。 [10]到[12]阐述了一些关于制粒机生产率的影响因素。[13]到[16]详细介绍了制粒的方法。
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