1、引 言
飼料顆粒機的環模和壓輥是顆粒機的主要工作部件，顆粒機制粒過程應滿足低噪音、高質量、高效率的T作要求，低噪音、高質量、高效率取決于環模的結構設計和環模與壓輥在T作狀態下的調整，而環模的受力分析是環模結構設計的依據。在以往的受力分析中由于忽略了環模中物料的可壓縮性和環模模孔的導角對物料受力的影響，造成環模的結構設計的誤差。筆者針對以上問題進行了深入的研究，對以往的環模受力分析進行了修正，為環模的結構設計提供依據，富通新能源專業生產銷售
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機等顆粒飼料成型機械設備，如下圖所示：
2、環模制粒原理
如圖1所示。制粒過程中環模在主動力的驅動下，以一定的轉速順時針旋轉，同時壓輥借助摩擦力的作用順時針旋轉。隨著壓輥的旋轉，農業纖維物料（以下簡稱“物料”）在擠壓力的作用下體積逐漸減小，密度也逐漸增加，物料受到的擠壓力也越來越大，在擠壓力的作用下物料相互移近和重新排列，物料間所含氣體不斷逸出，從而使得物料間的間隙減小，聯接力增加，最后被壓制成具有一定密度，一定強度的顆粒飼料。在壓粒過程中，飼料的蛋白質和糖分受熱產生可塑性淀粉部分糊化，“壓粒”，簡單地說就是一個擠壓式的熱塑過程。
3、受力分析
3.1攫入角的定義
過環模中心O1引一射線通過擠壓區．分別交壓輥和環模于A1、B兩點，引A1、B的切線相交于D點，則∠A，DB定義為壓輥對物料的攫人角r0物料開始攫人時r最大，稱為最大攫人角。對于某一特定的物料而言，角r隨物料的不斷壓實、擠出而減小，直至為零（C點處）；在物料攫人的過程中，最大攝人角小于或等于物料、壓輥之間的摩擦角或物料內摩擦角之和。也就是說，當物料特性一定時，r越小則物料越容易被攫人。
3.2對以往環模受力分析的討論
在以往的環模受力分析過程中，往往從物料擠壓區內分離出一微元物料進行受力狀態的分析，認為這時環模壓輥和物料之間存在著以下諸力：壓輥作用于物料的正壓力Ⅳ，物料與壓輥表面間的摩擦力F，環模內壁的反力Q，物料與環模內表面的摩擦力T。取環模擠壓區內一微元分離體。
為了直觀的分析，假設所選取的分離體與環模內壁接觸，位于圖1中的B點處。從圖1、2中可以看出，力Q沿環模直徑指向環模中心（假設其圖作用點為B點），力Ⅳ沿壓輥的直徑方向向外，兩力之間的夾角等于r。因環模擠壓區內任意位置的物料受到的擠壓力始終沿壓輥直徑方向，所以圖2所示的受力情況在環模擠壓區內任意位置成立。延長力Ⅳ的作用線交環模內表面于一點，則這一點必然不會是圖1中的B點。也就是說所選取的物料分離體在環模內被壓縮時，環模內壁的支撐點并不是圖2中支反力Q的作用點B。然而在制粒的過程，環模中的物料是具有可壓縮性的，在受到壓輥擠壓力后它必然會沿著所受力的方向被壓縮。因此可以認為以往的這種分析方法忽略了環模中物料的可壓縮性。
另外，在制粒的過程中，進入擠壓區的物料始終處于被逐漸攫人到更小空間的過程中，也就是說在物料開始被攫人到被完全擠出的整個過程中應滿足式(1)。這就說明在1角逐漸趨于零的過程中，物料受到的壓輥的摩擦力(F=u1Ncos l)會逐漸增大，并最終達到最大值。因此由以往的這種方法可推出：壓輥是主動運轉的，但在實際的制粒過程中，壓輥與環模間存在間隙，壓輥并非主動運轉的，它旋轉的動力主要來源于被壓縮的物料對它的摩擦。因此得出：在r趨于零的過程中，式(1)左邊部分的值趨于最大值，而右邊部分的值卻趨于0，這就說明。
再者，按照上面的平衡條件分析，環模孔內（包括孔的內倒角部分和直孔部分）的物料受到的力應該都是沿環模直徑方向，則在內倒角錐面上的磨痕應該會沿倒角錐面的母線方向整齊地排列，倒角處和直孔內部具有相同的磨損機理。然而，作者在環模失效機理研究中發現，從失效環模模孔導角處和直孔內壁的SEM圖上可以看出：導角處與直孔內表現出不同的磨損機理，且磨痕方向混亂。
3.3受力分析的修正
3. 3.1環模內壁的受力分析
處于擠壓區內的物料受到的壓輥的作用力均沿壓輥直徑方向，受力情況如圖5所示。從圖中可以看出，在連續制粒的情況下，壓輥因受到摩擦力而轉動。物料在被逐漸攝人的過程中，物料除隨環模一起轉動外，還將沿壓輥直徑方向被壓縮。
現從擠壓區內任取一物料塊進行分析。
物料受到壓輥擠壓力Ⅳ，環模的反作用力Q，環模內物料隨環模旋轉所需的力T和壓輥對物料的摩擦力F的作用。其中Ⅳ的方向沿O2A1指向物料，Q方向與Ⅳ相反沿C02指向物料，T垂直于O1D，F垂直于O2A1。因為環模上存在模孔及模孔倒角，所以力丁的大小并不一定等于環模對物料的摩擦力，根據平衡條件可得：
由此可以推斷，環模內壁所受物料的作用力受到擠壓力Ⅳ，內摩擦系數u，和角b的影響。其中壓輥對物料的擠壓力Ⅳ隨著被壓縮物料體積的減小而增大，受到物料的粒度和物料內摩擦系數等因素的影響。內摩擦系數u同樣受到物料粒度的影響。
3.3.2模孔倒角處受力分析
環模在開始擠壓物料時，模孔倒角處所受的力主要由內錐面正對壓輥的那半部分承受，隨著模孔向水平方向的運動，倒角內錐面承受壓力的面積逐漸增大，并最終在水平位置處達到最大值。在環模上任取一模孔進行受力分析：由前面的分析可知，在制粒的過程中環模內壁所受到的力Q=N(l-tgb），力的方向沿壓輥直徑向外。所以，在模孔倒角錐面上任意一點受到的力的大小為Q=Q =N(l-tgb），它與倒角內錐面之間的夾角等于B+a/2。
由于模孔倒角錐面上所受的力是沿環模軸向平行分布的，所以當以上圖所示方式（即沿環模軸向）在模孔倒角處作截面時會產生一系列大小不同的角a，由此可知：0≤a≤錐角。
3.3.3 直孔部分的受力分析
處于模孔直孔部分的物料所受的力主要來源于物料間的擠壓力，且壓力的方向平行于模孔中心線。如圖8所示。現假設模孔內物料所受擠壓力的合力為Q，孔壁對物料的摩擦力為f，物料對孔壁的壓力為Ⅳ，則模孔內物料必須滿足如下關系式：
N=f
f=Fu
式中：物料我草粉與孔壁間的摩擦系數；F為物料對孔壁的正壓力。
通過實驗證明飼料粉粒的壓縮主要是在未進入模孔前的擠壓階段完成。進入模孔后，壓縮量除剛進模孔時有變化以外，進入直孔后未產生變化。同時，農業纖維物料在壓縮時，物料在某一壓力下產生了變形當保持其變形狀態不變時，被壓縮物料的應力會隨時間衰減的現象。從相關研究中可知，物料在開式壓縮過程中（飼料制粒的過程屬開式壓縮過程），整個壓縮室內的物料可劃分為3個階段：變形反彈階段、應力松弛階段；再變形反彈階段，其中變形反彈是被壓縮物料的內應力克服摩擦阻力的一種行為，也是應力松弛的一種形式。從制粒的過程來看，物料在環模內的壓縮屬于變形反彈階段，在模孔內的擠出過程屬于應力松弛階段，而物料顆粒出模后的反彈膨脹則屬于再變形反彈階段。所以說，要準確分析模孔內的受力情況，必須明確正壓力F在物料擠出過程中的變化規律，而這種變化規律的確定還需進一步的實驗研究。
4、結語
為了準確分析環模制粒過程的受力狀況，應考慮物料的可壓縮性，應考慮環模模孔導角處的受力，取壓縮過程中微元進行受力分析不能全面表述環模制粒過程受力狀況，農業纖維物料的應力松弛特性影響著環模的受力。
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