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环模失效原因分析 发布时间:2016-08-23 16:06:33  来源:  浏览量:2261

环模失效原因分析

  制粒机是饲料生产工艺的关键设备,而环模是制粒机工作的心脏部件,也是制粒机最易磨损的零件之一。研究环模失效的原因,改善环模的使用条件,对提高产品质量和产量,降低能耗(制粒能耗占整个车间总能耗30% ~35%),减少生产成本(环模损耗一项费用占整个生产车间的装修费25% ~30% 以上)等方面影响极大。
  1 工作原理
  环模是由电动机经减速器带动旋转的,安装在环模内的压辊不公转,但因与转动着的环模摩擦(通过压实物料)而自转。进入压制室的调质好的物料被撒料器均分于压辊之间,被压辊钳人、挤压,并通过环模模孔连续地挤压成形,形成柱状颗粒并随着环模圈回转,由固定安装在环模外面的切刀切成一定长度的颗粒饲料。环模与压辊在任何接触点的线速度都相同,其全部压力都被用于制粒。
  环模在正常工作过程中,始终存在着与物料间的摩擦作用。随着生产物料量的增加,环模逐渐磨损,并最终导致失效。本文拟对环模失效原因进行分析,从而对环模的制造、使用条件提出建议。
  2 失效原因分析
  从环模实际失效现象来看,可分成3类。第一类:环模工作一段时间后,出料各小孔内壁磨损,孔径增大,所生产的颗粒饲料直径超过规定值而失效;第二类:环模内壁磨损后,内表面凹凸不平严重,使饲料流动受阻,出料量下降而停止使用;第三类:环模内壁磨损后,使内径增大,壁厚减小,同时出料小孔内壁也随着磨损,使各出料小孔间的壁厚不断减薄,因而结构强度下降,在出料小孔的直径增大到允许的规定值之前(即出现第一类失效现象之前),在最危险的截面上首先出现裂纹并不断扩大,直到裂纹延伸到较大的范围而导致环模失效。产生上述3种失效现象的实质性原因,归纳起来,首先是磨粒磨损,其次是疲劳破坏。
  2.1 磨粒磨损
  磨损原因很多,分为正常磨损、不正常磨损。正常磨损原因主要有物料的配方、粉碎粒度、粉料的调质质量等。正常磨损情况下环模出现轴向均匀磨损,导致环模模孔变大,壁厚变薄。不正常磨损主要原因:压辊调得太紧,与环模间隙小,互相磨损;撒料器角度不好,导致分配物料不均匀而部分先磨损;模内掉进金属而磨损。这种情况下,环模多出现不规则磨损,多为腰鼓形。
  2.1.1 原料粒度
  原料粉碎细度要适中均匀,因为原料粉碎细度决定着饲料组成的表面积,粒度越细,表面积越大,物料吸收蒸汽中水分越快,有利于进行调质与颗粒成形。原料粒度过粗,会增加压模的磨损,并造成生产率下降,能耗增大。一般要求原料粉碎后要能全部通过8目筛面,25目筛上物不得大于35% 。对粗纤维含量高的物料,添加一定量的油脂,在制粒过程中,可以减少物料与环模之间的摩擦力,有利于物料通过环模,且成形后颗粒外观较光滑。
  2.1.2 原料含杂情况
  物料中含砂及铁杂质过多,会加快压模的磨损,所以,原料清杂工作十分重要。目前,大多数饲料厂对清除原料中铁杂质较为重视,因铁质物质对压模、压辊乃至设备会造成强烈的破坏。而对砂石类杂质的清除却不重视。这一点应引起制粒机用户的注意。
  2.1.3 蒸汽的添加
  对物料添加蒸汽,可软化物料,使物料中含油细胞组织分裂,并使油分呈游离状态,在制粒过程中起润滑作用,从而减轻物料对压模的磨损作用,并提高制粒机的产量。一般添加蒸汽的压力应在0.2~0.4MPa之间,压力高低随压制物料品种而变化,蛋白质含量较高的物料,使用蒸汽压力应稍低一些,含纤维较多的物料,使用蒸汽压力可稍高一些。添加蒸汽应使物料含水率达16% ~17% ,物料调质后的温度在78~87~C时最佳。
  2.1.4 环模与压辊之间的间隙
  环模与压辊之间的间隙过小,会加快环模与压辊表面的磨损,特别是在制粒机启动和停止时的空运转期间,这种磨损作用更加强烈。考虑到环模、压辊表面的圆度误差及工作面与安装面之间的同轴度误差等因素,环模与压辊之间的间隙一般取0.2~0.4mm为宜,压制小直径颗粒饲料或使用新环模时取小值。
  2.1.5 撒料器安装角度
  撒料器安装角度不正确,会导致环模与压辊间的物料分布不均匀。因此,进入挤压时,环模与压辊的挤压
  应力和摩擦力沿轴向出现非均匀现象,最终导致环模与压辊磨损呈不均匀分布。
  2.2 疲劳破坏
  制粒机环模为一多孔环形零件,工作条件恶劣,在使用过程中长期承受压辊的挤压力和物料的摩擦力,使之产生弯曲应力和接触压应力。但这些应力不是影响环模寿命的因素,其主要失效形式还是来自疲劳破坏。黄传海在“颗粒饲料压制机环模强度探讨”中,对制粒机工作过程中环模的受力情况进行了分析,认为环模在制粒过程中受到交变的作用,其交变应力循环特性为:
  这表明其交变应力是非对称循环的,环模通常发生疲劳破坏。这与环模在实际使用中所产生失效结果相吻合。在此基础上,提出适当增大环模宽度、厚度及内径,可提高环模的抗弯能力和生产率。同时增大内径和有效挤压长度,可明显降低环模的接触压应力。
  为有效改善环模的受力条件,除改变环模外形尺寸,还可以采取选用合适材质和热处理技术,以及设计环模表面开孔率等途径。
  环模通常由碳(合金)钢或不锈钢材料经锻压、切削、钻孔、热处理等工序制成。环模钻孔时,应采用多孔枪钻加工,以保证各孔质量。热处理时,应采用真空淬火设备,可避免在普通设备中经常出现的表面氧化的脱炭,从而获得更高的硬度。
  环模表面开孔率直接影响制粒机的产量和环模强度。开孔率大,制粒机产量高,环模强度低;反之,环模强度提高,制粒机产量降低。由于选材及环模尺寸的差异,要得到恰当的环模模孔开孔率数值,以更好地协调它的产量及使用寿命,目前还有较大的困难。对于模孔直径为2~12mm的环模,其模孔开孔率一般应选定在20% ~30%之间。模孔越小,开孔率取值越小,反之,开孔率取值越大。制造厂可根据所选环模材料、环模外形结构与尺寸,采取逐次迫近试验方法,确定环模开孔率的大小,保证环模有足够的强度,以防止其承载时破裂而缩短使用寿命。
  在设计环模外形结构时,应尽量减少环模外表面沿径向分布的沟槽数量,并减小其深度。因为沿径向分布的沟糟是最容易产生应力集中的部位。在长期交变应力作用下,首先易在此部位产生微裂纹,继而逐步扩大,最终造成环模断裂。
  以上分析表明,环模在生产过程中主要有两种失效原因,一是磨粒磨损,二是疲劳破坏。要从根本上避免环模的失效是不切实际的,只有改善环模制造、生产及使用条件,从而延长环模的使用寿命,节约成本。

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