摘要
颗粒机是饲料机械的四大主机之一，在饲料工业中占有很重要的地位。目前，国内饲料机械企业虽然在颗粒机的设计、制造领域取得了很大进步，产品的外观、性能指标不断提高，但是与国外同类型设备相比较，仍然存在结构不合理，生产效率偏低、能耗偏高等缺陷，这极大地制约了产品的国际竞争力。研究环模颗粒机理与结构优化技术，对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。
本文以某公司现有产品为基础，通过机理分析与数值分析对环模颗粒机的结构进行了优化计算，并通过试验进行了验证，最终提高了生产率、提高了产品品质。本文具体工作包括以下方面：
(1)对环模颗粒机结构参数进行了分析计算。
(2)对环模、压辊的直径与生产率之间的关系进行了分析，并对压辊与环模之间的受力状态与磨损情况进行了分析。
(3)完成了变环模宽度试验与变环模线速度试验，结果表明存在环模宽度与环模线速度的优化组合使能耗最低，生产率最高。
(4)对环模宽度与环模线速度进行了组合优化，并进行了生产验证，与原机型相比，产量提高15%，吨料电耗降低13%，在降低能耗的同时提高了生产率。
本文的研究工作为颗粒机产品的改进升级提供了重要的依据。
关键词：环模——颗粒机——结构——宽度——速度——优化
第一章 绪论
1.1立项背景与研究意义
饲料工业是国民经济的重要基础产业之一。经过20多年改革开放与发展，我国饲料工业已经建成了包括饲料加工业、饲料添加剂工业、饲料原料工业、饲料机械制造工业和饲料科研、教育、标准、检测等较为完备的饲料工业体系，饲料工业步入了快速发展的道路。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。
颗粒机是饲料机械的四大主机（混合机、粉碎机、膨化机、颗粒机）之一，很大程度上决定了饲料加工的产量在饲料生产中占有很重要的地位。目前，国内以某公司为代表的饲料机械企业在颗粒机的设计、制造领域取得了很大进步，产品的外观、性能指标不断提高，与国外同类产品的差距不断缩小。虽然如此，我国的颗粒机与国外同类型设备相比较，仍然存在结构不合理，生产效率偏低、能耗偏高等缺陷，这极大地制约了产品的国际竞争力。
研究环模颗粒机理与结构优化技术，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国内外现状分析
1.2.1国内外环模制粒技术的研究现状
近年来国外有关颗粒机的研究有：
Keith C．Behnke介绍了环模颗粒机广泛应用于饲料加工业，具有降低饲料损耗、提高动物生长性能等一系列优点；P．K．Adapa对干燥的与脱水的苜蓿草在相同的调制水分与温度下进行了颗粒质量的对比试验，并建立了苜蓿草颗粒的硬度模型；Jens K．Holm建立了物料通过环模模孔时的挤压力模型，并进行了试验验证。Tabil，L．Jr.研究了环模转速对颗粒质量的影响，结果表明影响不是非常明显，Rolfe，L．A．则指出随环模转速的增高，挤压力会减小，但是比机械能会增加，颗粒温度会升高。
近年来国内有关颗粒机的研究有：
颗粒机结构、性能方面的研究：曹康对饲料加工的原理、工艺、设备进行了比较详细的介绍8J；有文献介绍了一种高效自动颗粒机；李润萍对小型一步颗粒机在中药制粒中关键因素的控制进行了探讨。
颗粒机控制系统方面的研究：张培建建立了调质器单元的双输入双输出数学模型，并进行了解耦设计，对饲料颗粒机的自动控制系统设计进行了研究，为了提高控制效果，将预测函数控制技术引入到饲料颗粒机的自动控制；王斌斌介绍了环模颗粒机的自动控制系统，重点阐述了自动控制系统的组成、控制原理以及主要控制程序算法，为改善环模颗粒机的自动控制水平提供技术参考：李秀华介绍了PLC对药丸包衣颗粒机控制系统的改造。
颗粒机设计方面的研究：刘守祥针对粉状混合饲料的生产和运输、储藏中存在的问题，设计了融搅拌混合和颗粒成型为一体的饲料生产机械。介绍了整机的结构和工作原理，对饲料的混合室、搅拌器、螺旋输送挤压器、颗粒成型机构的主要结构特点及相应参数进行了分析与计算；陈义厚对三锥辊式平模颗粒机的设计方法进行了介绍；何明霞根据医药制粒工艺研究的需求，设计了一种新型小型高速混合颗粒机，用于一次性完成混合、加湿与制成颗粒等多道工序的新型小型化自动制药设备，设计包括整体结构和计算机自动检测与控制系统以及实验数据存储与分析等功能，经过大量实验并结合特定的工艺要求得出了针对不同的物料配方与之相对应的最佳匹配参数；黄传海讨论了虾饲料颗粒机的设计方法；查国才介绍了高效自动颗粒机的研发思路与应用比较；伍善根对HLSG系列湿法混合颗粒机的结构改进与技术创新进行了研究“陈雨田对胶轮磨擦传动圆筒混合颗粒机设计理论进行了讨论。
有文献对影响颗粒机生产效率的因素进行了分析，指出影响因素主要包括物料类型、调质效果、工艺参数选择等。
颗粒机结构参数、技术参数方面的研究：何占松分析了小型平模饲料制粒（块）机结构参数的关系；王敏分析了环模颗粒机的主要技术参数；萧占平分析了饲草颗粒机主要设计参数。
颗粒机压辊环模系统方面的研究：刘学军对饲料颗粒机压辊线磨损度进行了理论研究；苏锡云介绍了环模颗粒机新压模的正确操作使用方法；刘学军介绍了饲料颗粒机压辊的感应热处理工艺；王敏介绍了延长颗粒机压模使用寿命的方法；何占松对饲料制粒（块）机模孔堵塞原因进行了分析并提出了对策；李同祥介绍了颗粒机压辊与环模的间隙调整方法：孟令启介绍了颗粒机压辊环模系统的设计方法。
颗粒机的颗粒料长度、蒸汽系统方面的研究：李令芳对影响颗粒机颗粒料长度的因素进行了分析并提出了控制方法；余传忠介绍了挤压膨胀器与颗粒机相结合的生产工艺；杨杰对饲料颗粒机蒸汽品质进行了分析并对蒸汽干燥电加热器进行了研制；田鹏飞提出了颗粒机蒸汽自动调节系统的设计制作思路。
此外，李同祥介绍丁颗粒机主轴油封的维修方法；邓惠文对颗粒机支承轴断裂的原因进行了分析并提出了解决方法；王德福对颗粒机轴承特性进行了研究。
1.2.2国内外环模颗粒机结构现状
颗粒饲料制粒设备及工艺配套设备，主要由颗粒压制机、调质器、熟化器、干燥器、冷却器、破碎机、分级筛和料仓活化装置等组成。根据畜禽、水产及特种水产饲料加工要求不同而进行配置。
自1910年英国Sizer公司研制出第一台商品挤压式颗粒机至今，颗粒机的制造技术和成形理论得到了飞速发展，使用颗粒机生产颗粒饲料已得到普及。目前常用的颗粒压制机有环模颗粒机和平模颗粒机两种基本类型；根据运动特性又可分为动模式和动辊式；根据其环模和压辊、平模和压辊的组合形式又可分为：三辊、二辊，大、小压辊双环模式环模颗粒机，平模直辊和锥辊式颗粒机。其他类型的颗粒机有：对辊式颗粒机（类似煤球机）、休勒颗粒机（颗粒从空心对辊内排出）、盘式微粒机（无加压机构，利用液体媒介作用，粒子自行凝集）、螺杆式颗粒机、活塞式颗粒机等，但使用不够广泛。常用颗粒压制机模、辊配置形式见图1-1。
环模颗粒机主要由喂料器、调质器、颗粒制造器、调节机构及润滑系统组成。
喂料器由电磁调速电机、减速器、联轴器、绞龙轴及绞龙壳体等组成。调速电机是由变频电机和减速器组成，它与变频器配合使用，通过变频器控制调速电机，可改变其输出转速。喂料绞龙由绞龙壳体、绞龙轴和带座轴承等组成，由可调速电机通过联轴器带动绞龙轴。
调质器由电机、传动机构、调质转子和壳体、加蒸汽口等部分组成。其功能是注入蒸汽，将配合粉料调质到一定的温度和湿度后送入制粒室制粒。调质器壳体由不锈钢制成。调质器的供蒸汽系统如图1-3所示。
颗粒制造器主要由主电机、传动机构、转子、环模、压辊、刮刀、切刀组件及机身和门等组成。经调质器调质的物料，由旋转喂料锥和前板上两个偏转刮刀将料均匀地送入两个压辊与环模组成的压制区，通过环模和压辊两个相对旋转件对粉料逐渐挤压而挤入环模中成型，并不断向外端挤出，由切刀把成型颗粒切成需要的长度，最后成型颗粒排出机外。
国外典型的环模颗粒机有：
三辊式颗粒压制机
三辊式颗粒压制机是以英国UMT公司为代表的一种典型颗粒压制机。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颗粒压制机均采用同步齿形带传动，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。
UMT颗粒压制机特点：
①采用三辊式结构，配有专用导料板，喂料、挤压效果好。
②采用同步齿形带双电机传动，负荷均匀，传动效率高，噪声低；机器外形长×宽×高比例匀称。
③采用摩擦片式液压过载保护装置，确保设备安全运行，复位方便。
④配有自动润滑系统，确保机器运转正常。
⑤环模外配置3把切刀，有利于出料颗粒均匀。
⑥机体和机座采用钢板焊接后正火处理消除应力，结构轻巧，造型美观。
⑦同少齿形带和主轴承使用寿命长，分别为3—4万小时和5～8年。
UMT皇冠型双级传动颗粒压制机结构见图1-4。
三门峡富通新能源生产销售颗粒机、
秸秆压块机、饲料颗粒机、
木屑颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备，同时我们还有大量的生物质颗粒燃料出售。
