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環模失效原因分析 發布時間:2016-08-23 16:06:33  來源:  瀏覽量:6358

環模失效原因分析

  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裝修費25% ~30% 以上)等方面影響極大。
  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??走B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。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??鬃兇?,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??紤]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,其交變應力循環特性為:
  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??组_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??字睆綖?~12mm的環模,其??组_孔率一般應選定在20% ~30%之間。??自叫?,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。

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