植物材料對金屬材料的磨料磨損是影響飼料加工機械質量和使用壽命的主要原因，在苜蓿草顆粒擠壓成型過程中，由于草粉形狀和物理機械性能與配合飼料不同，容易引起模孔的堵塞，不僅影響了顆粒成型率和硬度，而且使環模磨損嚴重，其壽命只有加工配合飼料顆粒的1/4，為了找出環模磨損的原因，提高顆粒機的使用壽命，研制一臺能模擬其磨損工況條件的試驗設備具有實際意義．通過查看文獻資料和咨詢生產廠家得知，目前國內還沒有以植物材料為磨料，研究其對金屬材料摩擦學性能影響的磨損試驗機產品，本研究擬研制一種與環模制粒工況相似的三體磨料磨損試驗機，該機把溫度、轉速、負荷、摩擦配偶材料等作為磨料磨損試驗機的設計參數，進行磨料磨損試驗機的設計研究，對進一步深入開展植物材料對金屬材料的磨料磨損機理試驗，具有十分重要的意義，富通新能源生產銷售
木屑顆粒機、
木屑制粒機等生物質燃料成型燃料設備。
1、環模顆粒機制粒工況與環模失效的分析
1.1環模顆粒機制粒工況分析
草粉從料斗進入喂料絞龍，通過無級調速電機獲得合適的物料流量，進入調質器后通過攪拌使草粉與蒸汽充分混合，調質后溫度為80～90'C的草粉物料，被均勻送入兩個壓輥與環模組成的壓制區．工作時環模由電動機通道三角皮帶帶動轉子回轉，安裝于環模內的壓輥借助模輥間物料及其間的摩擦力也同方向旋轉，通過環模和壓輥兩個相對旋轉件將草粉料鉗入壓緊區，由于模輥之間空間驟小，草粉料受到擠壓，物料產生不可逆的變形，密度由松散狀態的0.4～0.7 g/cm3增加到0.9～1.0g/cm3，壓縮后的草粉被加快向前移動，進入空間更為狹小的模輥間隙處，草粉進一步靠緊，鑲嵌，相互接觸面積增大，產生較好的聯結，并被壓入模孔，當壓輥對物料的擠壓力大于模孔內料柱與孔壁的摩擦阻力時，即擠壓力達到出模壓力6 kN，密度己達到1. 2～1.4 g/cm3的草粉料就形成條柱狀顆粒飼料從模孔中被連續擠出來，再由裝在環模外的固定切刀把成形顆粒料切成一定長度的圓柱狀顆粒．
制粒過程中草粉料能否被擠壓通過環模，取決于模孔中產生的擠出力和摩擦力的大小．這同草粉與環模壁之間的摩擦系數、草粉粒度、草粉料溫度有關，因此，要模擬環模的制粒工況，磨料磨損試驗機的有關實驗參數如溫度、轉速、負荷及磨料粒度等應能在一定范圍內調節．
1.2環模失效分析
草粉料和環模的摩擦使環模工作一段時間后模孔內壁出現軸向均勻磨損，孔徑增大，所生產的顆粒飼料直徑超過規定值而導致產品質量不合格；環模內壁磨損使各出料小孔間的壁厚不斷減薄，因而結構強度下降，在最危險的截面上出現裂紋并不斷擴大延伸；同時環模內壁磨損后，內表面凹凸不平嚴重，使飼料流動受阻，出料量下降，即環模失效．
2、三體磨料磨損試驗機設計
2.1結構設計和工作原理
根據環模制粒的工況特點，三體磨料磨損試驗杌主要由動力、裝夾、加載、測試和控制系統構成.三體即磨料、試件、鋼輪．草粉料由設有滑板式供料量調節裝置的料斗上部加入，伸入料斗下部的鋼輪由變頻器控制獲得不同的穩定速度，草粉料沿鋼輪輪緣上的凹槽與試件之間的縫隙滑過，矩形塊狀試件裝在與杠桿加載系統相連的試件夾內，杠桿加載系統可以通過施加不同的配重獲得不同的負荷，即改變砝碼質量，調節物料與試件之間的接觸壓力．
試驗機通過加熱鋼輪輪緣和試件來加熱草粉物料，以模擬環模中調質后的草粉溫度狀態．為此設計了加熱和溫度控制系統，使試樣的溫度在進行磨料磨損試驗時保持穩定．如圖3電路原理圖所示，控制系統由熱電阻、數字顯示溫度控制器、繼電器和可變電阻器組成．當接通電源后，插入試件夾孔中的管式電阻加熱器加熱試件，試樣溫度逐漸升高，安裝在試件夾上的熱電阻將測得的溫度傳送給溫度控制器，當溫度升到設定值時，繼電器動作，管式電阻加熱器斷電，升溫速度和熱慣性的抑制由溫度控制器和可變電阻器自動配合調節，控制精度為±2℃．鋼輪的輪緣溫度也可通過調節熱風機控制在±10℃范圍內．
2.2控制部分硬件系統設計
控制系統的功能主要是調節試驗機的起、停狀態及電機轉速，數據采集，以及監測分析測試參數的狀態．它主要由計算機、控制電路板和控制軟件組成．
試驗機硬件系統總體結構如圖4所示．由傳感器測得的電信號經過轉換、放大后通過A/D轉換器輸入計算機采集處理，計算機再通過轉換器的端口實時控制試驗機和變頻器．
2.3控制部分軟件系統設計
軟件控制系統如圖5所示，采用了模塊化的結構設計方法，程序有以下幾個主要部分組成：主程序、采樣數值處理子程序、參數設定與查詢子程序、控制輸出子程序、數據存貯子程序以及鍵盤中斷、定時采集中斷等子程序．系統實現的主要功能是設備檢查、異常警告；輸入參數校驗、錯誤提示；變頻器監測與控制；通道的數據采集與保存；數據處理．相關的磨損參數以數據和曲線的形式動態地顯示在屏幕上，以便實時觀察參量的變化情況．
3、討論與結論
摩擦學的進一步發展對磨料磨損試驗機的測試范圍和形式提出了更高的要求，設計的三體磨料磨損試驗機能較全面地模擬環模制粒的工況，滿足了植物材料對金屬材料磨損機理研究的需要，與以往的各種摩擦試驗機相比，具有以下特點：
1)可滿足一定溫度、速度、負荷等條件下的測試要求，改變摩擦副、磨粒性質，設定溫度、載荷、相對滑動速度等參量均非常方便．
2)具有加熱和溫度控制系統，磨料磨損試驗時可保持試樣溫度穩定，關掉溫控開關還可進行磨粒常溫試驗。
3)試樣裝夾便利、可靠，無松緩、卡死現象，試驗過程中試樣與鋼輪之間間隙調整方便，加載系統穩定持續。
4)通過計算機可以控制試驗機和變頻器，相關的試驗數據可動態地顯示在屏幕上，以便實時觀察參量的變化情況。
5)試驗機結構緊湊，調控運行便捷，裝置運行穩定，可實現加速磨損試驗。
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