摘 要
环模
颗�；�是饲料机械四大主机之一，很大程度上决定了饲料加工产量，在饲料加工过程中占有非常重要的地位。目前，国内在环�？帕；屏；矸矫娴难芯考负跏强瞻�，而且颗�；牍馔嘈蜕璞赶啾热匀淮嬖诮峁共缓侠恚势�、能耗偏高等缺陷，这极大地制约了产品的国际竞争力。研究环模制�；碛虢峁褂呕际酰蕴嵘橇匣嫡迳杓�、制造水平，促进饲料工业的发展具有重要的理论意义与实用价值。本文的主要工作如下：
1．分析了制粒过程中物料层在制粒室的分布情况，指出了物料层分布的三个区域之间的联系，对环模和压辊之间的物料受力状况进行了分析，推导了供料区物料层最佳厚度理论公式。
2．分析了环�？自谖锪霞费构讨械氖芰η榭�，建立了环模孔挤压受力数学模型，并基于该模型分析了物料特性对制粒过程的影响，揭示了物料泊松比、摩擦系数和环模长径比与制粒过程中挤压力之间的关系。
3．研究了环�？资芰蚧Ｐ�，并基于简化模型对环模孑L口进行了有限元受力分析，结果表明环模孔进料口倒角越大，所受应力越小，物料更容易被挤压，相应的环模使用寿命越长。
4．研究了环模和压辊的结构参数与压入物料高度及环�？帕；手涞墓叵�。分析了大小辊环�？帕；腿跏交纺？帕；谔岣呱史矫娴挠攀疲⒔辛擞呕扑�。
5．推导了环模颗�；芎睦砺勰Ｐ�，分析了影响环模颗�；芎牡囊蛩�，揭示了环模线速度与制粒能耗之间的关系，并进行了试验验证。
本课题针对环�？帕；屏；砗托阅芊矫孀隽吮冉先娴难芯�，研究成果对提高环模颗�；闹屏Ｖ柿俊⑸�、制粒能耗与使用寿命具有一定的参考价值和应用价值。
关键词：环模，压辊，颗粒机，制粒机理，优化
1、绪论
1.1课题背景和研究意义
饲料工业是随着动物营养和饲料科学的发展，在工业化水平提高并达到一定阶段后逐步发展起来的跨行业、跨部门、跨学科的新兴工业。它包括五大部分：饲料原料生产、饲料加工、饲料添加剂生产、饲料机械生产和饲料科研教育、制标、监测检测等服务体系。近年来，中国饲料工业稳定、持续发展，目前全国有饲料企业1.5万多家，从业人员约50多万人，中国饲料业改革开放后年平均发展速度保持在20%以上，已完成了从手工作坊式的生产到世界第二大饲料生产国的飞越，饲料工业已成为中国国民经济重要的支柱产业之一。随着饲料工业的迅速发展，饲料机械的需求越来越大，要求也来越高。研发高品质、高效率的饲料机械产品已成为支持饲料工业发展的迫切需求。
环�？帕；撬橇匣邓拇笾骰�，其生产的颗粒饲料以其众多优点在我国得到了广泛的推广和应用。相应地，制粒工艺是绝大多数饲料厂采用的加工工艺技术，也是饲料工业十分重视并不断取得进展的重要工艺，世界谷物饲料有将近75%是以颗粒形状生产的�？杉纺？帕；巧帕Ｋ橇系闹饕橇匣瞪璞�，其性能在很大程度上决定了饲料加工产量，在饲料加工过程中占有非常重要的地位。
近年来，国内饲料机械企业在环�？帕；纳杓�、制造领域不断进步，产品的外观、性能指标不断提高，与国外同类产品的差距也在不断缩小，但我国的环�？帕；蠖际窃诠庵屏＜际醴⒋锕遥ㄈ缬⒐⒁獯罄�、瑞士等国）先进产品基础之上进行变型设计而生产制造的，在制�；矸矫娴难芯炕辜负跏强瞻�，这直接导致与国外同类型设备相比较，我国的颗粒机仍然存在结构不合理，生产效率偏低、能耗偏高等缺陷。其中，环模的使用寿命和生产效率低下问题尤为突出，国内生产的环模使用寿命短已成为一个不争的事实，在实际生产过程中，环�？帕；幕纺Ｈ菀壮鱿质褂檬倜�、堵模、制粒质量差等诸多问题，这极大地制约了产品的国际竞争力。
研究环模制�；碛虢峁褂呕际�，对设计出具有国际先进水平的颗粒机具有积极的推进作用，对提高制粒质量与制粒效率，提升我国颗粒机产品的国际竞争力、进而提升饲料机械整体设计、制造水平，促进饲料工业的发展具有重要的理论意义与实用价值。
1.2国内外研究现状
制粒的历史实际上可以追溯到1900年，近一个世纪来，饲料工作者在实践中积累了宝贵的经验，致力于改善颗�；阅�，提高颗粒饲料性能。
1.2.1环�？帕；谕夥⒄垢趴�
世界上第一台与颗�；邢嗨乒δ艿幕魇且惶ㄖＪ缴璞�，如图1.1所示。在其机械结构上类似于现在的煤球机，由一对形状相同、等速相对旋转的压辊（压辊表面铸有凹穴)组成，物料进入压辊表面的凹穴，自上而下受到压缩，压制成形的颗粒具有两个凹穴的合成形状。用该设备可以压制成各种形状的颗粒，如三角形、菱形、椭圆形、纽扣形、圆形等等。这种形式的铸模式设备，由于其压缩时间非常短，饲料颗粒的密度低、强度较小，生产效率低下，能耗高，所以，该工艺并没有被广泛采用。
1910年左右，世界上第一台挤压式颗�；适�，如图1,2所示。该颗�；墓ぷ骰碛胂衷诘募费故娇帕；鞠嗤啃穆菪渌推髑恐平锪舷蚯巴平�、挤压并通过环�？仔纬芍纯帕＃⒃诔隽峡谇械兜淖饔孟�，切断成粒状颗粒。这种颗�；纳什桓�，而且需要使用蒸煮膨化机，生产成本大大提高。
到1920年，斯凯勒( SchMeler)提出了压缩法制粒，这种设备安装有两个带有排出孔的齿轮成形模具的轧辊，如图1.3所示。在牙状形齿轮根部有圆柱形的小孔，齿轮、等速相对旋转，物料进入齿轮的啮合空间，受到挤压力的作用，经根部小孔挤出，被装在齿轮内腔的切刀切断成颗粒，并排出孔外。与铸模法和挤压法相比，这种制粒方法或多或少带有刚性挤压，机械磨损程度大，费用也高。
1920年期间，在总结了许多颗�；ぷ骰淼幕∩希兄瞥晒α说谝惶ㄆ侥？帕；缤�1.4所示。这种机器装有围绕中心轴回转的滚轮，迫使物料挤压向下，通过水平固定模板的模孔，旋转切刀把饲料切割成一定长度的颗粒饲料。平�？帕；钠侥：凸雎稚细鞔Φ脑仓芩俣炔坏�，平模上的物料受到的离心力大小也不相同，因而在平模工作平面上的负荷是不均匀的。不过，当时欧洲许多饲料厂与干草厂却普遍采用一种平置铸�？帕；涫鲅构踔糜谕黄矫嫒浦绷⒅嵝哿暇晒潭ǖ乃街Ｄ？准烦�。
几乎在同一时期，世界上第一台环�？帕；兄瞥晒�，如图1.5所示。到了1920年，颗�；逊⒄钩墒褂没纺＝峁梗仁刮锪贤ü纺？椎幕魃璞福畛醯幕纺？帕；皇褂靡桓鲅构�，以后演变成两个、三个压辊，利用压辊的挤压力将粉状物料经由环模的环�？字屑烦�。经过不断地改进，现在的环�？帕；唤霾捎昧酥鞫雎�，而且还采用更为普遍的主动环模�；纺？帕；腔纺？恐髦岽刈�，其内有两个或者三个压辊，工作时压辊将粉状物料压入环�？字校烦龀尚魏蟪试仓�，并被固定切刀切断成颗粒饲料。其主要特点是环模与压辊接触线上各处线速度相等，所以无额外的摩擦力，全部的挤压力都被用来制粒。这种环模式颗�；屏Ｖ柿拷虾茫矢�，能耗比其他几种要少，在饲料加工厂中应用最为广泛。在此基础上，环模颗�；阅懿欢媳桓纳疲谄浜蟮�60年，支配了整个饲料业�；纺Ｊ娇帕；慕徊椒⒄�，提高了其机械性能和强度。根据生产的实际需要，今后颗�；纳杓平虼蠡纺！⒋蠊β屎痛笮秃欧较蚍⒄�。
从环模颗�；⒄沟恼隼汤纯�，环�？帕；墓ぷ骰砻挥斜浠纺？帕；闹圃焖胶图际跣阅艽笥懈慕�。目前世界上使用较为广泛，比较典型的环�？帕；饕幸韵录钢郑�
CPM公司生产的环�？帕；捎眯背莩萋旨跛傧浯峁�，齿轮减速箱可以通过手动换挡实现双速交换�；纺９潭ㄔ诖蟪萋执莸目招闹嵘闲构踉蚬潭ㄔ谟弥贫爸霉潭ǖ氖敌闹嵘�，为动模型颗粒机。环模采用三分式环模夹固定，装拆方便，配有自动循环润滑系统设备，使用更安全。
Buhler公司生产的环�？帕；捎盟构�、环模式、单电机三角皮带传动结构。单位生产效率高，运行费用低结构比较简单，操作维修方便。系统可以方便地实行自动润滑和自动控制。采用单电机侧传动，空心轴、环模、轴、压辊和大皮带传动等总成，外加皮带传动的张力等均由主轴尾部悬臂支承，承载负荷大、且属于偏载荷状态设计、验算和装配的配合要求较高。
Munch公司生产的环�？帕；谢纺�、锥形压辊平�？帕；街�，环�？帕；慕峁剐问胶陀⒐鶸MT公司单级同步齿形带传动的形式基本相同。Munch公司生产的环�？帕；捎萌谴�，大皮带轮的宽度比较宽，采用铸铁铸造整体机座，整机重量偏重，但运转平稳、噪声低，大皮带轮的惯性作用有利于节能。环模的固定结构宜改用CPM三分式环模夹，如采用螺栓固定式，则单侧操作大大延长了换模时间。系统可以实现自动润滑和自动控制。
三辊式环�？帕；且杂⒐鶸MT公司为代表的一种典型环�？帕；�。国内外多家公司均生产类似的产品，传动方式分为齿轮式和皮带式两种。UMT公司生产的皇冠牌三辊式环�？帕；捎猛匠菪未�，其中350B型采用双电机同步齿形带一级传动，其他型号均采用双电机三角带、同步齿形带二级传动。
同时，一些科研机构和高校也开始对环�？帕；醒兄�，先后有商都牧机厂、阜新牧机总厂、华中农学院、中国农业科学院饲料研究所、渔业机械仪器研究所和上海市饲料研究所对环�？帕；辛搜兄�。我国的环�？帕；际跽抛灾鞔葱碌牡缆非敖讶〉昧艘欢ǖ某尚�，产品的外观、性能指标不断提高，与国外同类产品的差距也在不断缩小，富通新能源同时销售
秸秆压块机、
木屑颗�；�等生物质颗粒燃料成型机械设备。
