影響輥式碎粒機(jī)破碎效果的因素

        在當(dāng)前飼料生產(chǎn)中，從成品飼料形狀上來講，顆粒料、破碎料、粉料是其三大生產(chǎn)品種，而其中破碎料普遍都是由輥式碎粒機(jī)最終加工而成的，因此，探討一下影響輥式碎粒機(jī)破碎效果的因素，如何能最大限度地發(fā)揮輥式碎粒機(jī)（以下簡(jiǎn)稱碎粒機(jī)）的破碎性能，對(duì)于飼料生產(chǎn)廠家來說，具有十分重要的意義。 

        描述碎粒機(jī)工作性能的指標(biāo)主要有三個(gè)：純工作小時(shí)生產(chǎn)率、成品率、噸料電耗。純工作小時(shí)生產(chǎn)率和噸料電耗容易理解，成品率指的是一定數(shù)量的顆粒料經(jīng)碎粒機(jī)破碎后經(jīng)篩分，除去不需要的大顆粒和粉料，中間所需成品顆粒的質(zhì)量占來料總質(zhì)量的百分率。這里所講的成品率是實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的成品率，和飼料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上講的碎粒機(jī)的成品率有一定的區(qū)別，如標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了測(cè)定時(shí)試驗(yàn)篩的篩孔為20目，而實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中根據(jù)破碎料品種的不同所選篩孔的目數(shù)是不同的。通過生產(chǎn)測(cè)定，破碎效果比較理想的碎粒機(jī)的成品率能達(dá)到80%以上，而有的飼料廠家測(cè)定出來只有60~70%，當(dāng)然這和破碎料的品種也有一定的關(guān)系，這樣將有30~40%的不合格料重新回到生產(chǎn)過程中去。低的成品率降低了實(shí)際的產(chǎn)量，增加了能耗。因此，找出影響碎粒機(jī)破碎效果的因素，提高碎粒機(jī)的破碎效果，對(duì)飼料廠家來說顯得十分必要。筆者根據(jù)幾年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和安裝調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，將從以下幾個(gè)方面討論這個(gè)問題。 

1   所破碎顆粒飼料原料的影響 

1.1  顆粒飼料的品質(zhì)特性對(duì)碎粒機(jī)破碎效果的影響 

        性能再好的碎粒機(jī)在破碎品質(zhì)低劣的顆粒料時(shí)也不能表現(xiàn)出它的優(yōu)良性能。和破碎效果有關(guān)的顆粒料的質(zhì)量指標(biāo)主要有長(zhǎng)度、組織、密度、堅(jiān)實(shí)度、成形率、水份等。從制粒機(jī)環(huán)?？字袛D壓出的飼料顆粒經(jīng)切刀切割后的長(zhǎng)度一般調(diào)整為顆粒直徑的2~3倍左右，并且盡可能保持長(zhǎng)短一致和切口平整。顆粒不能切得太短，太短了就增加了斷口面積，增加了粉料，保持切口平整的目的也在于此，并減少了尖角。顆粒的組織應(yīng)該細(xì)密，表面應(yīng)光整，盡可能減少?gòu)澢⒘鸭y、蓬松、表面凹凸不平等缺陷，這些缺陷的存在使顆粒破碎后很容易產(chǎn)生細(xì)粉。顆粒的密度和堅(jiān)實(shí)度既和制粒的原料有關(guān)，也和制粒的過程尤其和調(diào)質(zhì)及環(huán)模的壓縮比有關(guān)，一般顆粒飼料的密度為900~1300kg/m3，堅(jiān)實(shí)度為9.4或大于9.4（“9.4”系按照堪薩斯盒式堅(jiān)實(shí)度試驗(yàn)法測(cè)得的堅(jiān)實(shí)度參數(shù)）。顆粒的密度和碎粒機(jī)的破碎效果沒有直接的關(guān)系，但在一定程度上能反映出如果飼料顆粒的密度偏小，則顆粒的硬度不高，進(jìn)而堅(jiān)實(shí)度達(dá)不到要求，堅(jiān)實(shí)度則能綜合反映顆料飼料的破碎性能。成形率反映出了制粒機(jī)制出的顆粒料中含粉量的多少，一般顆粒飼料的成形率應(yīng)大于或等于95%，即含粉量應(yīng)小于或等于5%。細(xì)粉對(duì)生產(chǎn)破碎料來說是沒有任何功用的，它相對(duì)降低了碎粒機(jī)的破碎效果。水份對(duì)破碎效果也很有影響，被破碎顆粒的水份一般應(yīng)控制在8~14%左右，太高了顆粒被壓扁，形成不了成品顆粒，太低了破碎時(shí)粉末增多，成品率也會(huì)降低。顆粒的水份應(yīng)通過冷卻、干燥器做適當(dāng)控制。以上討論了顆粒飼料的一些品質(zhì)特性對(duì)碎粒機(jī)破碎效果的影響，關(guān)于如何生產(chǎn)出高品質(zhì)的顆粒飼料，這牽涉到制粒技術(shù)，這里就不多做論述了。

1.2   一定直徑大小的破碎料對(duì)破碎顆粒原料的要求 

        一個(gè)飼料廠家往往不只生產(chǎn)一個(gè)品種的破碎料，但這些品種的破碎料可以由一種大小的顆粒料來生產(chǎn)，也可以由不同大小的顆粒料來生產(chǎn)，例如小雞破碎料和大雞破碎料，都可以由直徑為4.5mm的顆粒料來生產(chǎn)，而小雞料也可以用直徑為3.0mm的顆粒料來生產(chǎn)，對(duì)于同一臺(tái)碎粒機(jī)來說，用直徑為3.0mm的顆粒料來生產(chǎn)小雞料就比用直徑為4.5mm的顆粒料來生產(chǎn)效果好一些，因?yàn)樾‰u料的顆粒大小要求一般為1.5~2.5mm左右，如果選擇直徑為4.5mm的顆粒料來破碎，由于兩碎粒輥間的間隙要調(diào)得很小，產(chǎn)生的細(xì)粉就比較多。又如幼蝦料，破碎后的顆粒大小一般為1.0~1.8mm左右，通常取直徑為2.0mm或2.5mm的顆粒料來進(jìn)行破碎，而不取更大的顆粒料來進(jìn)行破碎，就是這個(gè)道理。當(dāng)然這還要考濾另外一種不利情況，生產(chǎn)小直徑的顆粒料比大直徑的顆粒料制粒機(jī)的產(chǎn)量要低一些，能耗相對(duì)高一些，這就要求飼料廠家綜合考慮，找到適合自己的一個(gè)最佳方案。

 2.1  碎粒輥 

2.1.1  材料 

        碎粒輥要具有較高的硬度和耐磨性，要能承受較大的扭矩和良好的抗疲勞特性，某些用戶還要求輥?zhàn)泳哂幸欢ǖ目垢g性。以前輥?zhàn)訌V泛采用的是中碳合金鋼輥，它的優(yōu)點(diǎn)是能承受較大的扭矩，保證在使用時(shí)不開裂，經(jīng)表面淬火后硬度可達(dá)HRC60以上，具有一定的耐磨性。它的不足是表面硬化層很淺，持久耐磨性差，同時(shí)抗腐蝕也較差，易生銹?，F(xiàn)在使用的碎粒輥大多是由雙層金屬離心澆鑄而成。外層為冷硬合金鑄鐵層（圖1中A層），多采用高鉻合金，硬度達(dá)HS66~78，深度為輥體直徑的10%左右，在磨料磨損條件下它的耐磨性比合金鋼高3~5倍，由于含有高鉻，這種材質(zhì)又具有良好的抗腐蝕性。它的缺點(diǎn)是韌性差，脆性高。輥體的內(nèi)層為灰口鑄鐵層（圖1中B層），它起著支承高鉻鑄鐵件，承受壓力和線旋轉(zhuǎn)扭矩的作用。因它韌性好，充分滿足了這方面的要求，同時(shí)又彌補(bǔ)了高鉻合金層的韌性不足。輥?zhàn)拥妮S一般采用45號(hào)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理至HB220～250或用60號(hào)鋼壓鑄在輥體內(nèi)（圖1中C軸）。上述三種材質(zhì)各自發(fā)揮了它的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又彌補(bǔ)了各自的不足，從而使輥?zhàn)诱w達(dá)到最佳狀態(tài)，這是任何一種單一金屬材料所不能達(dá)到的。

 2.1.2   輥徑 

        碎粒輥直徑除影響輥?zhàn)拥膹?qiáng)度和剛度外，還直接影響破碎效果。兩碎粒輥對(duì)破碎顆粒的作用情況如圖2所示。

從圖中可知破碎區(qū)域長(zhǎng)度為：

 D --- 碎粒輥直徑     d --- 顆粒直徑 α--- 攫住角 

 b --- 軋距香               L --- 破碎區(qū)域長(zhǎng)度 

從上式說明，碎粒輥直徑、顆粒直徑愈大，則破碎區(qū)域長(zhǎng)度比愈大，顆粒受到的破碎作用愈強(qiáng)，制成品的粉末比也愈大。實(shí)踐證明，顆粒直徑對(duì)粉末比的影響要比碎粒輥直徑的影響還要大，為了獲得最高的效率，顆粒的直徑必須小，而且與碎粒輥的直徑有一個(gè)合適的比例關(guān)系。對(duì)于直徑較大的顆粒，物料會(huì)較易集中在某個(gè)部位，這將引起物料之間的研磨，由此產(chǎn)生的細(xì)粉百分?jǐn)?shù)較高和功率消耗較大。而且，假使顆粒直徑與碎粒輥直徑之比太大，則喂料性能就會(huì)降低。一般對(duì)于直徑為150mm的碎粒輥，顆粒的直徑不應(yīng)超過4.5mm，對(duì)于直徑為220mm的碎粒輥，顆粒的直徑不應(yīng)超過6mm。 

2.1.3 輥齒 

        碎粒機(jī)的輥齒大體上有兩種類型，一種是沿輥?zhàn)拥妮S向進(jìn)行拉絲，齒形如圖3中的a圖，其中α角(亦稱鋒角)一般設(shè)計(jì)為13.5°~45°，β角（亦稱鈍角）一般設(shè)計(jì)為58.5°~70°。另一種是沿輥?zhàn)拥膱A周方向進(jìn)行拉絲，齒形如圖3中的b圖，其中γ角一般設(shè)計(jì)為60°~70°。這兩種齒形的輥?zhàn)釉诮M成一對(duì)碎粒輥時(shí)，有兩種組合形式目前在飼料廠普遍使用，一種組合為快輥和慢輥都采用軸向拉絲齒（c圖），在這種組合中，為子減少破碎時(shí)的粉末，增加成品碎粒，常把快輥的作用角（亦稱前角）拉成小角度角，即圖中α角，后角則采用大角度角，即圖中β角，而慢輥則相反。另一種組合為快輥采用軸向拉絲齒，慢輥采用圓周向拉絲齒（d圖）。這種組合中的快輥的作用角選用方式如同第一種組合中的快輥，慢輥的作用角采用b圖中的γ角。比較兩種組合形式的優(yōu)缺點(diǎn)，破碎效果差別不是太大，筆者認(rèn)為粗齒輥采用第一種組合比較好，細(xì)齒輥采用第二種組合效果較理想一些。關(guān)于粗齒輥、細(xì)齒輥，源于碎粒輥的拉絲齒數(shù)，其拉絲齒數(shù)目前仍習(xí)慣以每英寸的長(zhǎng)度上有多少個(gè)齒來表示，單位為牙/英寸（或牙/厘米）。一般粗齒輥為5~9牙/英寸，細(xì)齒輥為11~14牙/英寸，粗齒輥適合破碎畜禽料，如雞料，細(xì)齒輥適合破碎水產(chǎn)料，如蝦料。 

        對(duì)于軸向拉絲的碎粒輥，為了使碎粒機(jī)負(fù)荷均勻，一般將輥齒的齒溝線拉成與軸線成一夾角，夾角大小一般取2.5°~8°，或用傾斜度表示1/25~1/7。傾斜度不能過大，傾斜度愈大，破碎能力愈強(qiáng)，顆粒料破碎后粉末增加，而且如果傾斜度過大，物料在進(jìn)入破碎區(qū)時(shí)將會(huì)發(fā)生軸向滑移，對(duì)破碎不利。 

        輥齒的齒頂厚度（圖3中S）對(duì)碎粒輥的耐磨性、破碎料成品粒度的均勻性都有影響，齒頂厚度太薄，輥?zhàn)硬荒湍?，齒頂厚度太厚，破碎不均勻，粉料多。齒頂厚度和齒的大小有一定的對(duì)比關(guān)系，一般粗齒輥為0.4~0.7mm，細(xì)齒輥為0.1~0.2mm。 2.1.4  快慢輥圓周速度及速比 碎粒機(jī)輥?zhàn)拥膱A周速度過大或過小都會(huì)影響碎粒機(jī)產(chǎn)量。速度過大，顆粒料在軋區(qū)內(nèi)打滑，難于被攫住；速度過小，顆粒料在軋區(qū)內(nèi)通過的時(shí)間加長(zhǎng)，自然產(chǎn)量降低。一般快輥的圓周速度取6.0~9.0m/s ，慢輥的圓周速度為快輥速度的1/1.25~1/1.5。當(dāng)然，對(duì)于不同大小輥徑的碎粒機(jī)來說，大直徑的輥?zhàn)拥膱A周速度可比小直徑的稍大些。

 2.1.5  軋距 

        碎粒機(jī)輥?zhàn)拥能埦鄬?duì)破碎效果影響很大。軋距過小，破碎料的粉末比將會(huì)增加，而且動(dòng)力消耗也很大；軋距過大，破碎不完全，使不合格的大粒增多。一般軋距應(yīng)調(diào)整到被破碎顆粒直徑的0.7倍，當(dāng)然應(yīng)根據(jù)不同的原料品種和破碎后成品顆粒的大小做適當(dāng)調(diào)整。在調(diào)整軋距時(shí)必須使碎粒輥保持平行，即碎粒輥在全長(zhǎng)上軋距應(yīng)保持一致。調(diào)整軋距時(shí)，通常先將軋距調(diào)定一定大小，然后從碎粒機(jī)兩端取破碎后的樣品，用肉眼進(jìn)行比較或進(jìn)行篩選分析，再仔細(xì)地調(diào)節(jié)碎粒輥的兩端，使間隙大小合適，并保持兩輥平行。在輥?zhàn)娱L(zhǎng)度方向上，為保持均勻一致的軋距，對(duì)輥?zhàn)颖旧硪灿休^高的加工要求，輥?zhàn)颖砻娴膹较驁A跳動(dòng)相對(duì)于安裝軸承的兩基準(zhǔn)軸線應(yīng)不大于0.03mm。 

2.2  喂料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 

        喂料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式對(duì)碎粒機(jī)破碎效果影響很大。喂入碎粒機(jī)的顆粒的理想流動(dòng)狀況應(yīng)該是薄、快、連續(xù)不斷，因?yàn)槲覀兞η笫馆価X逐一地破碎顆粒，這樣產(chǎn)生的碎粒易合格，而且細(xì)粉含量很少。當(dāng)喂入大量顆粒而梗塞時(shí)，則會(huì)發(fā)生壓碎，這樣產(chǎn)生的合格產(chǎn)品很少，而細(xì)粉非常多，因此，合理設(shè)計(jì)碎粒機(jī)的喂料機(jī)構(gòu)就顯得特別重要。目前在飼料廠普遍使用的有代表性的碎粒機(jī)的喂料結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。 

        在a圖中，當(dāng)顆粒料需要破碎時(shí)，旁路門5偏轉(zhuǎn)到破碎時(shí)的一邊，把來料導(dǎo)入兩碎粒輥之間，同時(shí)調(diào)整喂料調(diào)節(jié)插板3，控制流量的大小。這種喂料形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，調(diào)整方便，制造成本低；缺點(diǎn)是不容易得到一個(gè)合適的喂料速度，流量大小不易控制。這是由于碎粒機(jī)一般是通過一個(gè)過渡倉(cāng)直接安裝在冷卻器之下的，而大部分冷卻器是間歇式排料的，這樣碎粒機(jī)的喂料狀態(tài)是不連續(xù)的。當(dāng)喂料門調(diào)整得大時(shí)，喂料速度過快，過渡倉(cāng)中的飼料很快破碎完，造成碎粒機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間很長(zhǎng)；喂料門調(diào)整得小時(shí)，由于喂料是靠重力導(dǎo)入的，飼料就不易流過喂料門，造成結(jié)拱。為了克服上述喂料方式的不足，有必要把喂料結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。在b圖中，由喂料葉輪5代替a圖中的喂料調(diào)節(jié)插板3，喂料量大小是由喂料葉輪來控制。在這種結(jié)構(gòu)中，喂料葉輪是由機(jī)殼外的調(diào)速電機(jī)并經(jīng)減速裝置帶動(dòng)的，通過改變喂料葉輪的轉(zhuǎn)速，就可以調(diào)節(jié)喂料量。和前一種喂料方式相比，喂料量由喂料葉輪轉(zhuǎn)速快慢來控制，可大大降低冷卻器間隔排料的影響，有效縮短空轉(zhuǎn)時(shí)間，且料流均勻，厚薄一致，不易堵塞。由于不需人工調(diào)節(jié)喂料門，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。它的不足之外是結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，且多了一臺(tái)調(diào)速電機(jī)及減速傳動(dòng)系統(tǒng)，制造成本較高。還有一種碎粒機(jī)喂料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)介于上述兩種結(jié)構(gòu)形式之間，它是由一個(gè)拉有齒槽的喂料輥和一塊喂料調(diào)節(jié)插板組成，喂料輥由快輥帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速恒定，喂料量大小靠調(diào)節(jié)喂料插板與喂料輥之間的間隙大小確定。它的優(yōu)點(diǎn)是比完全用插板調(diào)節(jié)式的喂料均勻，喂料不易堵塞；缺點(diǎn)是喂料量靠調(diào)節(jié)插板與喂料輥的間隙來保證，不易調(diào)整得準(zhǔn)確。   

3.  破碎后顆粒料的篩分系統(tǒng)對(duì)破碎效果的影響

        碎粒機(jī)破碎后的顆粒必須經(jīng)過篩分，篩去不需要的大顆粒和粉料，才能得到合格產(chǎn)品。篩分從本質(zhì)上來說和碎粒機(jī)的破碎效果是兩回事情，但在實(shí)際生產(chǎn)中，二者卻是割裂不開的。這是因?yàn)轭w粒飼料經(jīng)碎粒機(jī)破碎后并不是合格成品，只有經(jīng)過篩分，除去不需要的大小顆粒，才能選出成品顆粒。因此，篩分效果的好壞，就直接影響了碎粒機(jī)的破碎效果，碎粒機(jī)的破碎效果是由篩分后成品的多少（百分比）來反映的。因此，合理提高分級(jí)篩的篩分效果，多取出成品顆粒，就等于提高了碎粒機(jī)的破碎效果。 

        飼料廠一般用回轉(zhuǎn)式分級(jí)篩或振動(dòng)式分級(jí)篩進(jìn)行顆粒的篩分。對(duì)于一臺(tái)現(xiàn)有的分級(jí)篩來說，如何合理地配置篩網(wǎng)是提高其篩分效果的關(guān)鍵。傳統(tǒng)上用來生產(chǎn)破碎料的分級(jí)篩一般配有兩層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)的篩上物是未被破碎的大顆粒料，下層篩網(wǎng)的篩上物為成品料，其篩下物為細(xì)顆粒料或粉料。用這種配置的分級(jí)篩進(jìn)行篩分時(shí)有一個(gè)缺點(diǎn)，就是下層篩篩孔如果配置的較大，其篩下物中就混有許多合格的成品顆粒，而如果配置的較小，其篩上物中又夾雜有許多粉料，影響成品質(zhì)量，尤其在喂料量較多時(shí)更是如此。為了克服上述不足，現(xiàn)在許多飼料廠都采用三層篩網(wǎng)進(jìn)行破碎料的篩分，第一層篩網(wǎng)的篩上物為不合格的大顆粒料，第二層篩網(wǎng)的篩上物為較大顆粒直徑的成品顆粒，第三層篩網(wǎng)的篩上物為較小一些顆粒直徑的成品顆粒，這兩種顆粒直徑大小的成品料可分別包裝，供應(yīng)給不同的飼養(yǎng)用戶。從第三層篩網(wǎng)篩下的是不需要的小顆粒料和粉料。經(jīng)過這種配置的篩網(wǎng)生產(chǎn)出的成品料的成品率有很大提高，且成品料顆粒大小均勻，含粉也較少，因此是一種較為理想的配置方式。還有一些飼料廠家為了盡一步提高成品率，在第一層篩面上再做文章，把第一層篩面上的篩孔分為前后兩部分，前一部分是稍大一些的篩孔，這樣來料中小些的顆粒很快被過篩，大顆粒料還來不及過篩的時(shí)候，料流就已進(jìn)入后一部分篩面，大顆粒料就不能過篩，這樣可減少大顆粒料中夾雜的許多成品顆粒，尤其在喂料量比較大的時(shí)候。當(dāng)然，采取何種篩面配置方式，一定要根據(jù)生產(chǎn)廠的生產(chǎn)實(shí)際，且不能一概而論，應(yīng)當(dāng)在生產(chǎn)實(shí)踐中找到一種最適合自己的生產(chǎn)方法。 

4.  結(jié)束語(yǔ)