图11 挤压区内压应力、物料密度与物料流动性的关系 若物料内部压应力σ11大，则物料密度增加， 从图11可看出物料密度提高有一个允许值，密度过 高，流动性低，颗粒硬度高，生产率下降。若物料 内部压应力σ 11 低，则物料密度降低，密度过低则 不易成型。一般挤压区的压应力σ 11 为1.5MPa～ 2.0MPa(有资料报导可达6.0MPa)，大颗粒和压缩性较 好的取低值，小颗粒和压缩性较差的取高值。为了 得到最佳的压应力σ 11 ，须合理选择ρ1、ρ2、f孔、 fR、fΓ和h等各类参数，才可以获得较高的生产率。 (7)、压模直径(2R)和挤压区压应力σ 11 的关系 R为压模之内半径，物料因压模旋转产生的压应力为σ1R?x=mRω2，物料的压应力σ1p=σ 11 ＋σ 1R?x ，若压模半径R增大，为保持原有的挤压应力，压模转速应有所下降。如压模半径R增大，压模转速不变，则挤压应力便增加，显然颗粒机的生产能力将增加。但要考虑压模的最佳的线速，压模转速增加不宜过高。压模内径线m/s左右，压模孔径大取小值，压模孔径小取大值，最大不超过10m/s。 (8)、压模转速和物料压出速度的关系： 从式(18) 随压模和压辊的挤压应力σ1p增加，物料压出速度将提高，颗粒机产量亦就提高，即压模转速增加。由于压出的功率消耗按A=f(mv2/2)式的关系，压出的功率消耗与压出速度成平方的关系，说明功率消耗与压模转速亦成平方的关系。所以，在达到相同产量时，压模尽量采用低速，同时压模低速比压模高速颗粒质量好(表面十分光滑和颗粒密读均匀)。所以，只有在生产小颗粒时，才采用高转速的压模，以获得所需的生产能力。 物料在压模模孔内的平均压出速度V，经试验得3.0m/min～7.7m/min。压模孔径大取大值，压模孔径小取小值。 其计算公式为： V=Q/15γZM r2πi ………………………(19) Q为挤压区的物料量 M挤压区内的压模孔数(即出粒孔数) Z压辊数 r为压模孔孔径 γ物料在松散状态下密度 i物料压缩比，松散状态密度与压到所需密度之 比，一般在0.2～0.8 (9)、颗粒机的生产能力和压模工作转速的确定 颗粒机的生产能力可为下式所示： Q=30 Zπbnγ(M－1)(1－COSθ) Q为颗粒机产量 Z压辊数 b压模的有效宽度 n压模的转速 M压模和压辊直径之比 θ为物料的挤压角 压模工作转速： n=Q/30 Zπbγ(M－1)(1－COSθ)………(20) 从式(20)可知压模工作转速与压模直径成反比，一般取200r/min～400r/min，压模直径大取小值，压模直径小取大值。 四、颗粒机在使用、制造中的有关问题 1、当压模使用过后，再次使用，可能难以出料，主要有以下因素： (1)、物料在正常挤压时，物料在蒸汽作用和水、温度共同作用下，使物料软化，物料和压模的摩擦系数下降。当停机后再使用，原物料水分和温度降低，物料就硬化，物料和压模的摩擦系数增加。 压模起动时为克服的是静摩擦，而正常挤压时克服的是动摩擦。所以，当压模停机后再使用，较难压出颗粒或不能压出颗粒。为在停机前在物料中加入含油物料来降低起动的静摩擦系数，因静摩擦系数一般是动摩擦系数的1.4倍，降低摩擦系数，就确保了压模易于起动。 2、在挤压过程中压模和压辊与物料间的压应力急聚增加，当压力达到很高的情况下，在物料内混入的金属粉末与压模能产生粘附现象(可称为模瘤)。在颗粒机使用一定使后，压模和压辊的表面能够正常的看到压模和压辊表面的光洁度变差，挤压温度将进一步上升，使其模瘤更易生成，使物料与压模和压辊摩擦系数剧增，进而影响颗粒机的生产能率。所以，颗粒机进口应设置性能好的除铁装置，同时压模孔的光洁度不低于0.8，使压模不易生成模瘤。 3、压模挤压后的剩余侧压力对颗粒机挤压 性能的影响： 若压模材料刚度大，在压模工作时模孔变 形量较小，剩余侧压力P剩亦小，剩余侧压力 P剩是解除压力后侧压力的剩余值。 为便于计算和分析，现作如下简化并计 算：设每个压模孔均为厚壁圆筒体，见图12 图12 压模模孔 的结构图 图中圆筒内外半径分别为， r孔和R孔 压模孔内物料侧压力的作用下，使压模产生的应力，根据材料力学按下式计算压模孔内径向应力σr和切向应力στ： 径向应力σr={P侧/(R2孔－r2孔)}(1－R2孔/ r2 孔)…………………(21) 切向应力στ={P侧r2孔/(R2孔－r2孔)}(1－R2孔/ r2孔) 压模孔内应力可按以上公式计算得，并作出径向应力σr和切向应力στ的分布图13，ri为r孔～ R孔之间任意半径。 图13 压模孔 内应力分布图 从图13可看出：最大应力处在 模孔内径边缘。当ri=r孔 (21)得 σr=－P侧 …………………… ……(22) στ=P侧(R2孔＋r2孔) /(R2孔－r2孔) = P侧(m2孔+1孔) /( m2孔－1孔) ………(23) m= R孔/ r孔 根据广义虎克定律得变形与应力之间的关系式： ετ=(στ－μσr)/E ετ=ετ=△ri/ri △ri 为压模孔径向变形量 ετ为压模孔径径向伸长即应变 μ为压模材料的横向变形系数即泊桑系数：合金钢为μ=0.25～0.3 E 压模材料的弹性模量：合金钢为E=2.1×106N/cm2 压模孔内径变形量△ri为： △ri=r孔P侧{(m2孔+1孔) /( m2孔－1孔)}＋μ/E △Ri=0，可与邻近压模孔相平衡 当解除压力后侧压剩余变形量△r剩为 △r剩= r孔P侧{(m2孔+1孔) /( m2孔－1孔)}＋μ/E……………………(24) 1、提高压模刚度则侧压力小，剩余变形量小， 易利于挤压颗粒。同时在压模设计必须合理确定开 孔率和压模的厚度，及提高总体结构设计的刚度有 利于压模挤压出颗粒。 由于压辊挤压时强大的压力通过物料作用于压 模，使压模受到具大的径向压应力，该作用应力将 使压模变形，而且是，该作用应力对压模是循环应 力，压模变形随压辊数量增加压模变形量而减小。 该变形对压模的寿命有一定影响，所以压模材料的 选择，应选用抗疲劳性能较强的材料为宜。 2、压模的传动问题 1)、根据上述分析可知压模转速，应根据颗粒大 小不同来选不一样转速，使其获得最佳的挤压状 态，压模可采用双速传动为好。为美国有关公司就 生产双速传动的颗粒机。 2) 、当压模开始磨损后出料困难,一般认为将压辊 向压模方向靠近,其越压越紧压模加速损坏,实际应将 压辊和压模间隙放松0.1～0.2mm才是正确地处理操作 方法.因其磨损属不均匀,其物料进入模孔的阻力呈不 均匀现象,而且是增加了阻力,使挤压区的物料内部压 应力增加,物料压力增加后流动性下降而不易出粒.间 隙放松后,压力减小后摩擦力减小,进入模孔的阻力反 而减小而易出料. 3)、从现有压模和压孔的传动来看，是属摩擦传动，压模为主动，压辊为从动，良好的摩擦传动其传动效率一般仅为70%左右，该传动效率属较低的行列。如压辊传动亦是主动则传动效率将大为提高，能耗亦就能降低。对于小型颗粒机双机传动，结构难以安排。对大颗粒机双机传动，结构只要合理的安排就可能获得成功。 综上所述，要使颗粒机能生产出优质高产的颗粒饲料，须考虑物料性质、颗粒机结构的合理性、制造水平的优质及正确操作等因素。才可以获得优质和高产的饲料产品。 在预挤压区内取挤压物料的微段Rdθ和rdα，经计算Rdθ≈rdα。 为便于计算作如下简化： 1)、设微段Rdθ内宽度相等，为a； 2)、设压模和压辊作同向等线速旋转 物料在挤压过程中，建立作用于微段Rdθ上的受 力平衡方程式： σXab＋FR＋Fr=(σX＋dσX)ab 即：σXab＋fR(σXξ＋σR?x)bRdθ＋frσXξbRdθ=ab(σX＋dσX) 经整理得：bRdθ{fR(σXξ＋σR?x)＋frσXξ} = abdσX …………(9) 为了使物料能最佳压实，旋转的压模和压辊等速带动物料向挤压区方向运动，并使物料压紧。此时，物料的运动速度就减慢。因压模和压辊仍在原速转动，因此，物料相对于压模和压辊就必然有滑动。其摩擦力应符合以下条件： FR= Fr F松 F松为物料未压实前的物料内摩擦力，该值跟随物料压实状况而变化。 当旋转的压模和压辊等速带动物料运动，为了获 得物料最佳挤压条件，压模和压辊的摩擦力相等为 宜。 bfrσXξRdθ=bfR(σXξ＋σR?x)Rdθ ………(10) 将式(10)代入(9)得 2bfrσXξRdθ= ab dσX dσX/σX=2frξRdθ/a 设K=2frξR/a dσX/σX=Kdθ ………(11) 对(11)等式两边积分 =Kdθ lnσX－lnσ1 = Kθ 得σX=σ1e Kθ …(12) 将式(12)代入(10)得 σR?x=σ1eKθ(frξ－fRξ)/fR=σ1ξ(fr/fR－1)eKθ ……… …(13) 由于在挤压过程中压模和压辊与物料的摩擦系数fr与fR及侧压系数ξ，均随物料移动的θ而变化，即随物料压实状况而变化。为了简化计算和便于讨论，将fr与fR及ξ视为常数。在饲料配方确定后，可分析σX、Fr、FR、F松、fr、fR、σR?x、r物、和θ之间的关系： 根据有关联的资料介绍：粉状物料在压实过程中其密 度r物和物料的内部压应力按式表示： r物=HσXn 为此，r物=H(σ1eKθ)n ………………(14) n值与物料性质有关，物料压缩和成型性差则 n值大，物料压缩和成型性好则n值小。 H值为单位压力作用时，被挤压物料的密度 值。 对式(10)、(11)、(12)、(13)和(14)的分析可得以下几 点结论： 1)、由(12)和(14)式中可知：因粉状物料是属可压缩 的，其压应力σX与物料挤压角位移θ成指数曲线变化， 为此，物料密度亦随物料挤压角位移θ的变化而成指数 曲线挤压区内物料的应力变化图。 2)、从式(10)和(13)可知：如Fr=FR＜F松， 即fr=fR＜f松，表示物料进入压模和压辊之间的预压缩 区后，因压模和压辊与物料的摩擦力小于物料的内摩 擦力，物料相对于压模和压辊出现打滑现象，说明物 料无绝对运动，即σR?x=0，物料亦就无法压实。 说明(1)、压模和压辊表面须有一定的粗糙度提高fr， fR； (2)、物料内含油及含水量不宜太高。才能使压模 和压辊能正常挤压。 3)、由式(10)和(11)可知：(σR?x≠0) (1)、当Fr=FR时，因物料与压模和压辊的接触长度基本相等，即Rdθ≈rdα，而σX和σR?x均是正值，所以，σXξ＋σR?xσXξ，为简化计算，Fr和FR的作用力方向视为相同。因而得fr、须大于fR时才可以做到理想制粒，fr=(σXξ＋σR?x) fR/σXξ。因物料相对于压模和压辊的运动，既要能带动物料压实，又要有相对滑动。所以，压模和压辊表面应既光滑，又有一定的粗糙度。 但压辊的表面光洁度应低于压模的表面光洁度为佳。如压辊的表面光洁度为1～1.6，压模的表面光洁度不低于0.8。压辊的粗糙度是通过打孔或拉一些条纹来实现的，压模的粗糙度是通过孔内的物料来获得的。 当物料性质不同或压模孔径不同，所配的压辊的孔数及孔径或拉丝粗细应有所不同，以获得最佳的压辊与压模的配合。 (2)、当F松=FR＜F r时，在预压缩区开始时物料只能靠压辊一侧压实，靠压模一侧开始无法压实，物料与压模却有相对滑动。只有靠压辊一侧物料压实后使压模一侧物料亦跟随压实，物料密度增加，物料与压模摩擦力增加到FRF松时，压模一侧物料亦就压实。 说明压辊与压模对物料压实不同步，因而，影响颗粒机的生产能力。如F松=F r ＜FR，情况相同。 (3)、当FRF r F松时，在预压缩区压模与压辊对物料均能压实，但压模一侧物料压实较压辊一侧物料压实得密度大。物料尚未完全压实后物料相对于压模与压辊有相对滑动，物料与压辊的滑动角度α大，物料与压模的滑动角度θ小。因压辊较压模滑动距离大，两者并作同向等线速旋转，压辊转速高，压辊的磨损就大。所以，压辊表面硬度应大于压模表面硬度，使压模与压辊同步磨损。 当物料完全压实后，物料相对于压模与压辊就无相对滑动，便进入挤压区。当F r F R F松出现的情况类同，虽压模较压辊滑动距离大，并作同向等线速旋转，因压辊转速远高于压模，其速比为一般在1:0.4，其压辊磨损率高出压模2.5倍。所以，压辊表面硬度应大于压模表面硬度HRC5～6。实际压辊与压模的配合，大多属这类状态下的挤压。 3、挤压成型区物料的受力分析 该区根据物料的挤压状态分为二个部分见图6 1)、挤压区；物料经压模和压辊的强烈挤压下达到 一定密度后，所在该区的模孔全面出料。 2)、挤压成形区：物料经压模和压辊的强烈挤压 下，进入压模孔经保压后挤压成型，挤出压模孔经 割刀切割成颗粒。 图6 挤压区和挤压 成型区分布图 1)、挤压区 当物料经预压缩区达到一定密度时，进入挤压区，此时，物料与压模和压辊无相对滑动。此时，高密度物料具有流动特性，进入压模孔内，使物料内部压力基本稳定不变，物料密度不再增加。物料在压模和压辊的强烈挤压下，物料的流动方向向着压应力作用于压模孔的轴线方向。 高密度的物料开始步入压模孔内，经一段时间的保压，直至成型出粒。该区域内无论是物料内部的压应力，还是压模和压辊都是受到的压应力为最大见图7。在挤压区内的压实的物料几乎全部进入挤压区对应的压模孔内，进入挤压区的物料的体积为挤压区模孔排出机外颗粒的总体积。 图7 挤压时压模的应力分布图 2)、挤压区物料内部压应力与物料的密度的讨论见图8 图8挤压区物料压应力与物料密度的设想图 设： (1)、在挤压区孔1部位的物料密度γ1和压应力σ1 (2)、在挤压区孔2部位的物料密度γ2和压应力σ2 (3)、γ2γ1；σ2σ1 当物料进入压模孔时受到的阻力： 物料进入压模孔的压力=物料进入压模孔口的阻力 ＋物料在压模孔内的摩擦阻力＋物料出压模孔口的 阻力； 物料进入压模孔1的压力F1= F局1＋F摩1＋F出1 物料进入压模孔2的压力F2= F局2＋F摩2＋F出2 物料进入压模孔时的压应力σP1=(σ1＋σR?x) 和σP2=(σ2＋σR?x) 因σ2σ1，所以σP2σP1，因而得F2 F1 根据上式分析可知： 物料进入压模孔2的压力大于进入压模孔1的压 力。当压模孔2旋转到第二圈的第一圈的孔1位置 时，因F2 F1压模孔2内物料不能压到模孔中去，使 物料内部压应力继续提升，直至达到F2 =F1，所 以，物料内部压应力σ2=σ1，σP2=σP1，压模才 能全面出颗粒。 3)、挤压成型区 压模孔内的受力分析见图9 图9 物料在压模孔内的受力分析图 建立受力平衡方程式： (σ1X＋dσ1X)πD2/4=f孔σ1Xξ孔πDd X＋σ1XπD2/4…………………(15) σ1X为阻止模孔内物料前进的压应力； dσ1X为推动模孔内物料d X微段所增加的压应力； f孔为物料在压模孔内的摩擦系数； ξ孔为物料在压模孔内的侧压系数； d X取压模孔内物料的微段。 σ11=σ1p σ11为物料在挤压区内部的压应力 σ1p为压模孔进口处的压应力 对式(14)进行整理得： dσ1XπD2/4= f孔σ1Xξ孔πDd X dσ1X/σ1X=4f孔ξ孔d X/D 对式(15)等式两边积分得 dσ1X/σ1X=4 f孔ξ孔d X/D 左变积分区间：b=σ1 d=σ1p lnσ1p－lnσ1出=4f孔ξ孔h/D σ1p=σ1出e4f孔ξ孔h/D …………………(16) 对式(16)分析得如下的结论： (1)、模孔内压应力σ1p的分布随压模有效厚度h和物料在压模孔内的动摩案擦系数f孔增加而增加，并成指数曲线p的分布亦随模孔D加大而下降，并成指数曲线)、压模有效厚度可下式计算： h= (lnσ1p/lnσ1出×D)/4f孔ξ孔 ……(17) 4)、物料在挤压区内的受力分析 在挤压区内要求物料与压模和压辊之间不能产生 相对滑动，才有利于挤压出粒，亦可减少压模和压 辊的磨损。为此须符合以下条件： F物=FR=Fr 若FR=Fr＜F物，则物料同时对压模和压辊之间有 相对滑动，σR?x=0，物料没有绝对运动，说明颗 粒机压模不能出粒。 若FR=FrF物，则物料继续挤压，物料密度再度增 加，同时对压模和压辊之间有一定的相对滑动和绝 对运动，为此颗粒机压模不能出粒或出粒不爽。 当F物=FR=Fr，压模和压辊之间无相对滑动，物料密度不再度增加，物料在压模和压辊的强烈挤压下具有流动性，物料能进入压模孔内，确保了压模正常出粒。现对物料进入压模孔时的受力分析见图10以一个孔为例。 图10 物料进入压模孔 时的受力分析图 在物料进入压模孔处建立受力平衡方程式： 进入压模孔口处的压力=压模孔处的阻力＋物料在孔内的摩擦阻力＋压模孔出口处的阻力。 σ1pπD2/4=(ρ1＋ρ2) V2γ/2g×πD2/4＋f孔σ1pπDhξ孔＋σ出πD2/4 经整理得： (σ11＋σ1R?x)={(ρ1＋ρ2) V2γ/2g＋σ出}/(1－4f孔hξ孔/D) ………(18) D为压模孔孔径； ξ孔为压模孔内物料的侧压系数； ρ1为挤压区内物料的能量分配系数，与压 模开孔率成反比； ρ2为压模孔孔形的阻力系数； V为物料进入压模模孔的速度； γ为物料在挤压区内的的密度1.0g/cm3～ 1.3g/cm3； 从式(13)、(16)和(18)可知： 当饲料配方、成品要求和压模转速确定后σ1R?x，为常数，为此，σ11和γ随ρ1、ρ2、V、f孔、fR、fΓ和h增加而增加，随压模孔径增加而下降。为了颗粒机获得较高的产量，应合理选择ρ1、ρ2、V、f孔、fR、D、fΓ和h等各参数。现讨论以上各参数之间的关系： (1)、能量分配系数ρ1和压模有效厚度h的关系： 若压模开孔率高则能量分配系数ρ1应取低值，压模有效厚度h应加厚。若能量分配系数ρ1取高值，即压模开孔率较低，压模有效厚度h可减薄些。 为了更好的提高颗粒机产量，在保证压模的刚度和强度的前提下，最好能够降低能量分配系数ρ1值，即增加开孔率，同是增加压模有效厚度h来调节物料的挤压和保压的成形条件。 (2)、压模孔孔形的阻力系数ρ2与压模有效 厚度h的关系： 若压模孔孔形的阻力系数ρ2大，表示物料 较难进入压模孔内，因而，压模有效厚度h可 减薄些。为便于挤压和压模孔易加工常采用 锥形孔。如进口孔形改为曲线)、压模孔内的摩擦系数f孔和压模有效厚度h的 关系： 若压模孔内的摩擦系数f孔大，压模有效厚度h可 减薄些。但颗粒表面上的质量较差，颗粒表面毛糙，易 吸湿，易出碎和不易保管等问题。同时压模有效厚 度h过薄，颗粒保压时间短，颗粒回弹量大，颗粒较 松散和成型率降低。为此，压模孔内的加工光洁度 不低于0.8为宜。所以，常用含油磨料对模孔进行抛 光。以获得压模孔内较低的摩擦系数f孔，增加压模 有效厚度h，提高压制颗粒的质量。 (4)、压模孔径D和压模有效厚度h的关系： 若压模孔径D大则压模有效厚度h应厚一些，压 模孔径D小，压模有效厚度h可薄些。压模有效厚度 h过薄，颗粒成型率低。为了获得挤压优质的颗粒 ，当孔径D确定后，压模有效厚度h可比理论计算值 大一些。 压模有效厚度h与孔径D之比即长径比，一般取 8～20之间。为了物料有足够的保压时间，确保 较高的成型率，小孔径和成形率差的物料取大值， 大孔径和成形率好的物料取小值。 (5)、压模的fR和压辊的fΓ与物料挤压性能的关系： 物料在预压缩区内相对于压模和压辊有滑动，而 在挤压区与压模和压辊不能产生相对滑动。所以，要 求压模和压辊的表面既要有高的光洁度，又要有一定 的粗糙度。压模内表面须具有较高的光洁度，而压模 孔内的物料起到粗糙度的作用。压辊须在光滑表面拉 一些条纹或打孔来增加摩擦系数，使之达到上述要 求。否则，颗粒机不在最佳工作状况。 (6)、物料内部压应力σ11和物料密度的关系： 挤压区内物料的密度为1.0g/cm3～1.3g/cm3， 是根据物料的性质和使用上的要求而确定的。现就 饲料和苜草挤压的流动特性见见图11，当颗粒 挤压密度确定后，则压模和压辊的挤压应力有 一个最佳挤压值或有一个最佳的挤压区域。 卧式环模颗粒压制机 工作原理 王永昌 1982 9 2009.9.1 目 录 一、物料在压制过程中的物理现象 二、颗粒机压模最低转速的确定 三、颗粒机工作原理及物料挤压过程的受力分析 1、压辊最小摄取角的分析 2、预压缩区内物料受力分析 3、挤压成型区物料的受力分析 四、颗粒机在使用、制造中的有关问题 一、物料在压制过程中的物理现象 当经调质后的颗粒大小不同的粉状物料，经喂料刮刀，进入主动旋转的压模和从动旋转的压辊之间的预压缩区时，使有一定松散度的物料内部就形成了大小不等的孔隙，同时受到旋转压模的带动和挤压下，粉状颗粒之间产生移动(滑动和滚动)。 粉状颗粒之间的孔隙随压模和压辊的滚压逐步减小，内部压力和物料密度随之增加，粉状颗粒之间从点接触变成面接触。 当压力达到一定值后，使之达到预定的密度的物料，高密度的物料从预压缩区进入挤压区，物料从弹性变形转变成塑性变形，物料呈现出流动特性，并开始步入压模孔内。 粉粒之间属于机械啮合、粉粒之间接触面积的增加，物料自身的特性和经调质后产生的粘结性，物料在压模孔内经过一段时间的保压，并达到预定密度和强度的颗粒，被挤出模孔外，经割刀切割后形成所需长度的颗粒。 颗粒在挤压室内的挤压过程，可分为预压缩区和挤压区两个阶段，见图1 图1 物料挤压工作区分区图 1、预压缩区内的物料状态：是将松散物料挤压成一定密度的物料，该区域内物料内部应力逐步增加。此时，被压缩的物料不具有流动性，物料亦不能流向压模孔内，因此，该区域内压模孔是不会出料。 物料经压模和压辊摩擦力的带动下，物料之间产生相对移动，物料之间的孔隙减小，大小粉粒之间被相对挤压后变形，或小粉粒填入大粉粒之间的间隙中再压缩变形。粉状颗粒逐步从弹性变形转变成塑性变形，物料相对于压模和压辊之间的运动从慢逐步变成快，物料的绝对运动从快逐步变成慢。 动力主要消耗于粉状物料之间的摩擦、物料与压模和压辊的摩擦和粉状物料在压缩过程中的弹性变形和塑性变形上。 2、挤压区内的物料状态：该区域一定的密度的物料在经压模和压辊继续挤压下，物料内部应力不再增加，在强大的压力下物料呈现出流动特性，一定的密度的物料开始流向压模孔内，并挤压成型，该区域的压模孔内将全面出粒。 物料在预压缩区内被压缩后产生塑性变形，并达到预定的密度后进入该区，在挤压力的强力作用下，物料呈现出流动特性。使已达到预定的密度的物料进入压模孔内，经一定时的保压，被挤出压模孔外。 动力主要消耗于物料之间和物料流动时的摩擦、物料与压模和压辊的摩擦、物料的塑性变形、物料与孔壁的摩擦和压模和压辊的弹性变形上。该区是功率效率消耗最大的部位。 以上两个阶段没有规定的界限，与物料特性、颗粒机的结构和操作工艺参数等因素相关。 二、颗粒机压模最低转速的确定： 以两辊为例： 为了能够更好的保证物料对压模和压辊之间的挤压区能均匀地喂料，必须使物料能跟随旋转喂料罩或压模而提升，经喂料刮刀分别喂入压模和压辊的预压缩区。为了确认和保证物料随旋转喂料罩或压模提升，须对物料在喂料罩壁和压模上的受力分析见图2。 图2 物料在喂料罩壁上的受力分析图 根据物料在喂料罩壁上运动状态，建立物料受力平衡方程式(以第三象限为例)： ∑X=0 PK+G·COSα=N…………………(1) ∑Y=0 G·Simα=F………………………(2) 式中：PK为物料旋转时的离心慣性力。 G为物料质量 N为物料法向反力 F为物料与喂料罩壁或压模的摩擦力 α为物料之升举角 因 F=fN f为物料与喂料罩或压模的摩擦系数0.37～ 0.7 f=tgψ ψ为物料对喂料罩或压模的摩擦 角20°～35° 物料跟随喂料罩或压模旋转时的离心慣性力 PK=GRω2/g …………………(3) G=mg 式中 R为喂料罩或压模的半径； ω为喂料罩或压模旋转的角速度； g为重力加速度。 将式(3)代入(2)得： G·Simα= fN=f(mRω32+ mg COSα)…………(4) ω3为物料在第三象限时喂料罩或压模旋转的角速度。 将式(4)整理得： Simα/f= Rω32/g＋COSα Rω32/g= Simα/tg－COSα=Sim(α－ψ)/ Simψ ω3={g Sim(α－ψ)/ R Simψ}1/2 压模转速n3=30/π{g Sim(α－ψ)/RSimψ}1/2……(5) 根据同理得第二象限时，带动物料升举之喂料罩或 压模最低角速度和转速。 喂料罩最低角速度：ω2={g Sim(α＋ψ)/ R Simψ}1/2 喂料罩最低转速：n2=30/π{gSim(α＋ψ)/RSimψ}1/2 (6) 因ψ为正值，喂料罩或压模最低角速度和最低转速 ω2ω3，n2 n3 为此，两辊以上的喂料罩或压模的最低线速 以α第二象限时α=0～90°为准 n=30/π{gSim(α＋ψ)/RSimψ}1/2 为了获得较高的产量，喂料罩或压模其转速应 n30/π{gSim(α＋ψ)/RSimψ}1/2 一般取200r/min～400r/min，喂料罩或压模直径大取低 速，喂料罩或压模直径小取高速 三、颗粒机的工作原理及其受力分析 物料在颗粒机挤压区分为预压缩区和挤压 区，现就物料在两区域内的受力分析如下： 1、压辊最小摄取角的分析： 为了确保预压缩区正常工作，首先应保证物料能 被压辊和压模带入挤压区。压辊摄取物料最小摄取 条件和最小摄取角(α－β)见式(7)，见图3 图3 压模和压辊 摄取角受力分析图 f1 R+fPcos(α－β)≥Psin(α－β) f1= tgф1压模与物料的摩擦系数 f= tgф压辊与物料的摩擦系数 如f1= f得 图4 压辊与物料层 f1= tgф1压模与物料的摩擦系数 厚度的关系图 R= Pcos(α－β)+ fPsin(α－β) 整理得 tg(α－β)=2f/1－f2， …(7) 压辊和压模摄取物料厚度L见图4。 L=R-r=R-{(R-r)-[rsin(α-β)]2}1/2-r/Rcos(α-β) …………(8) 从式(7)和(8)可知：影响压辊摄取角(α－β)的主要因素 1)、压辊和压模与物料的摩擦系数，摩擦系数高有利于压辊摄取物料，压辊摄取角(α－β)与摩擦系数成正比。物料与压辊和压模的摩擦系数为0.37～0.7。压辊是孔内或沟槽与物料的摩擦系数，压模是压模孔内物料与物料的摩擦系数。 2)、压辊摄取角(α－β)与压辊直径成正比，压辊直径大，易摄取物料见图4。摄取物料层厚度L随r/R比值增加而增加，及随摄取角增加而增加。当物料与压辊和压模的摩擦系数为0.37～0.7时，相应的摄取角为40°～70°。 3)、压模直径与压辊摄取角成反比，所以，随压模直径增大，压辊直径亦需增大。一般压模半径与压辊半径R/r应在1.8～3.0之间为宜，在结构允许下，尽量取小值更有利于压辊摄取物料。 2、预压缩区的物料受力分析见图5： 图5 物料在预压缩区的受力分析图 经调质的粉状物料进入预压缩区后，物料受到压模和压辊的强力作用下，物料之间的相对运动速度，随物料的内应力增加和物料密度增加而降低，物料相对于压模和压辊的滑动速度亦就增加。 为了确认和保证物料能压实，物料相对于压模和压辊应有相对滑动。此时，物料密度进入预压缩区后从0.4g/cm3～0.7g/cm3增加到0.9g/cm3～1.0g/cm3。 由于压模属主动，而压辊的属从动，传动主要在挤压区内做，由压模经压实物料的传递给压辊，使压辊与压模几乎作同向等线速运动。使压辊具有带动松散物料压实的能力。 图5物料在预压缩区的受力示意图中，各作用力如 下所述： σX为物料压实时周向作用于物料上的压应力 1.2MPa～1.5MPa，压应力引起的摩擦力方向同压模 的旋转方向； σr为压辊对物料的压应力σr=σXξ； σR为压模对物料的压应力σR=σXξ＋σR?x； ξ为一定密度下的侧压系数； σR?x为物料受旋转压模的作用，是由物料离心惯性力作用于压模内表面的压应力； θ预压缩区挤压物料对应于压模所占的角相位， dθ为挤压物料对应于压模预压缩区内的微角相位； α预压缩区挤压物料对应于压辊所占的角相 位，dα为挤压物料对应于压辊预压缩区内的微角相 位； dσX为物料经过dθ后，所增加的微压应力； fR为物料对压模的综合动摩擦系数；fr为物料对 压辊的综合动摩擦系数； FR为物料与压模的摩擦力；Fr为物料与压辊的摩 擦力； R为压模的半径；r为压辊的半径 b为压模和压辊的宽度。

  2、成为VIP后，下载本文档将扣除1次下载权益。下载后，不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。

  3、成为VIP后，您将拥有八大权益，权益包括：VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。

  4、VIP文档为合作方或网友上传，每下载1次， 网站将按照每个用户上传文档的质量评分、类型等，对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者