环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析.pdf

《环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第26卷第12期1422010年12月农业工程学报TransactionsoftlleCSAEV．01．26No．12Dec．2010环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析武凯，施水娟，彭斌彬，丁武学，孙宇(南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要：该文旨在通过研究环模制粒机挤压过程受力状况为其节能降耗及优化设计提供一定的参考。根据环模制粒机制粒成形过程与机理的分析和对环模系统受力状况的研究，建立了环模扭矩力学模型，推导出最大物料挤压高度及最大环模扭矩的计算公式：以力学模型为基础，分析了泊松比、摩擦系数等物料特性及环模、压辊系统

2、的结构参数对环模扭矩的影响规律。研究结果表明。物料特性对制牲能耗影响很大：在一定范围内减小模孔长径比、减小压辊直径有利于降低能耗；而采用大尺寸的环模与压辊不仅可以提高产量，同时还町以降低能耗。该研究对于降低环模制粒机的能耗具有重要意义，并可为相关的试验提供理论依据。关键词：制粒，模型，扭矩，受力分析，能耗doi：lO．3969巧．issn．1002—6819．2010．12．024中图分类号：$220．1，TH6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)一12-0142—06武凯，施水娟，彭斌彬，等．环模制粒挤压过程力学建模

3、及影响因素分析[J]．农业工程学报，2010，26(12)：142—147．Wu勋i，ShiShnOuan，PengBinbin，eta1．ModelingandanalysisOnextrudingforceinpelletingprocess[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(12)：142—147．(inChinesewithEnglishabstract)0引言环模制粒机广泛应用于饲料、制药、新能源等技术领域。在饲料加工领域，环模制粒机是饲料机械的四大主机之一，具有成型率高、提高动物生长性能等一系

4、列优点【l】；在制药领域，可以降低原料损耗、提高吸收率；在新能源技术领域，环模制粒机可将秸秆、木屑等生物质原料制成燃料颗粒，实现高效燃烧、低污染排放，大力促进可再生能源的合理应用【2J。国内外学者针对环模制粒机的制粒机理、质量、能耗、效率等问题开展了一系列研究。在国外，Jens[¨】建立了物料通过模孔时的挤压压强模型，并进行了试验验证；Blank[5】对制粒过程进行了优化与控制研究，研究在保证加工质量的前提下如何提高加工效率；Tabil6】研究了工艺条件与制粒质量之间的关系，建立了能耗与颗粒耐久性之间的关系模型；RolfetTj贝JJ指

5、出随环模转速的增高，挤压力会减小，但是比机械能会增加；A．Mehrdad[81研究了锯屑制粒成形过程，指出通过优化工艺可以在比较低的能耗下获得高质量的颗粒；L．Torbi【9】将近红外技术应用于颗粒实时湿度检测及能耗计算：N．ENielsen【lo】研究了锯屑纤维方向对制粒特性的影响，结果表明具有横向纤维方向的锯屑制粒能量更低。在国内，曹康【l】J对制粒的机理、工艺进行了比较详细、全面的论述，对挤压区的受力状况进行了力学分析；吴劲锋【121对不同粒度苜蓿草粉进行了制粒过程模拟试验，得出了制粒挤出力与粒收稿日期：2009-09-06修订日

6、期：2010．12-09作者简介：武凯(1972一)。男，山西盂县人，工学博士、副教授，主要研究方向为：先进制造工艺与装备、先进切削加工技术。南京市孝陵卫200号南京理工大学机械工程学院，210094。Email：wukai@mail．ajust．edu．Gn度、密度之间的关系；李在峰【13】研究指出，玉米秸秆颗粒成型时电耗主要集中在粉碎与制粒2个工艺中，而制粒电耗又是粉碎电耗的2倍，且颗粒密度对成型时的电耗有较大影响；白炜【14】进行了3种秸秆颗粒冷态压缩成型的开式实验研究，研究表明在压紧阶段物料主要发生了塑性变形，且挤压力的数学模型

7、为线性方程；何晓掣”J研究了不同生物质原料粒度、含水率、环模孔长径比等因素与颗粒成型率及吨料电耗的关系，找出了生物质颗粒燃料的最佳成型条件；此外，田鹏飞【l61对制粒室物料分布与效率之间的关系进行了讨论；高星【l7J、王红英ll8J对影响制粒机生产效率的主要因素进行了分析。以上国内外研究并未建立系统的环模受力与物料特性、制粒机结构参数之间的关系模型。本文将在已有成果基础上，分析环模制粒机挤压成形过程与原理；研究环模系统挤压过程力学模型；研究压紧区受力状况，推导最大物料挤压高度以及最大扭矩的计算公式：详细分析物料特性及制粒机结构参数对环模

8、扭矩的影响规律。1成形过程分析环模制粒机的工作过程如下：环模(压模)在电机驱动下以一定的转速顺时针旋转，调质后的物料由导料机构送入环模与压辊间的工作区(如图1)，压辊借助工作区内环模与物料、压辊与物料间的摩