飼料螺旋擠壓膨化機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計

李 翔

（布勒（常州）機(jī)械有限公司，江蘇 溧陽 213332）

1 膨化機(jī)設(shè)計的重要依據(jù)

1）膨化的類型。擠壓膨化機(jī)根據(jù)能夠處理物料水分高低，分有濕式膨化和干式膨化兩類。它們都是利用擠壓剪切出現(xiàn)摩擦來提升物料的溫度，接著強(qiáng)迫物料在模板成形孔中進(jìn)行擠出。出模時，伴隨壓力的驟降，水分蒸發(fā)，進(jìn)而出現(xiàn)了內(nèi)部多孔、體積變大的膨化產(chǎn)品。在干式膨化過程中，物料水分通常含量是20%左右，然而在濕式的膨化過程中，一般利用加蒸汽和加水，處理物料水分含量是30%左右。另外，濕式的膨化工藝增加的蒸汽也給物料添加了熱量，加快其溫度的提升。濕式膨化主要的應(yīng)用是加工水產(chǎn)飼料。

2）擠壓膨化的對象。不一樣的飼料存在不同的膨化工藝。即使就相同飼料來說，在不一樣含水率、淀粉、脂肪的環(huán)境下，其膨化的工藝特點也不一樣。所以，在膨化機(jī)設(shè)計工作前，首先要對飼料種類進(jìn)行明確，進(jìn)而給后面的設(shè)計指明方向。

物料水分含量為膨化工藝重要的一個參數(shù)，其不但影響著膨化效果，還影響膨化生產(chǎn)率和單位能耗。在膨化的過程當(dāng)中，給物料添水，增加蒸汽，能夠有效對物料含水率進(jìn)行調(diào)節(jié)。物料內(nèi)水分有助于淀粉進(jìn)行糊化，然而水分太高也會限制淀粉發(fā)生糊化，并且影響著物料的儲存。

在膨化過程當(dāng)中，由于高壓、高溫以及剪切的作用，往往會讓一些蛋白質(zhì)出現(xiàn)變形。利用膨化作用就能夠除去飼料內(nèi)有毒的成分，例如：抗?fàn)I養(yǎng)因子、毒蛋白以及蛋白質(zhì)類酶等。一些蛋白質(zhì)變質(zhì)還可以提升飼料消化的吸收率。科學(xué)地利用膨化工藝，能夠使原料內(nèi)蛋白質(zhì)大大改善膨化產(chǎn)品的質(zhì)量。脂肪能夠在膨化工藝內(nèi)發(fā)揮提升彈性和潤滑的效果，然而太高的蛋白質(zhì)和脂肪含量又將會阻礙了物料擠出顆粒成形，影響飼料在水中的耐久性。水產(chǎn)飼料一般蛋白質(zhì)含量需要控制在20%-40%范圍內(nèi)，脂肪添加不能低于12%。

2 螺旋擠壓結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）選擇螺旋的形式。通常情況下，使用在飼料工業(yè)的膨化機(jī)主要含有兩類，分別是雙螺旋和單螺旋。一般情況下，單螺旋膨化機(jī)不應(yīng)用到加工高碳水化合物和高脂肪化合物。多數(shù)狀況下，單螺旋膨化機(jī)不能夠加工脂肪含量高于12%的物料。過多脂肪造成的潤滑作用，會讓物料與螺旋出現(xiàn)打滑，減少了摩擦，弱化了剪切，降低物料熟化度，從而影響生產(chǎn)出的飼料的均勻品質(zhì)。雙螺旋膨化機(jī)結(jié)構(gòu)特征是兩個相互之間進(jìn)行嚙合的螺旋一同進(jìn)行轉(zhuǎn)動，避免單螺旋膨化機(jī)存在的加工局限，目前，主流的同向旋轉(zhuǎn)完全嚙合型雙螺旋膨化機(jī)，在物料輸送，揉合，螺旋自清的優(yōu)勢明顯，適合對各類水產(chǎn)魚料的加工，尤其對高油脂蛋白和高水分特性的物料加工。

盡管雙螺旋膨化機(jī)的價格要高于單螺旋，然而因其在物料揉合和輸送能力突出，膨化腔長度設(shè)計相對單螺旋膨化機(jī)較短，所以物料在膨化腔的時間也較短，利于單位產(chǎn)能能耗。雙螺旋膨化機(jī)的單位飼料耗電量是每千克0.03千瓦，而單螺旋膨化機(jī)是每千克0.04千瓦，設(shè)備壽命周期內(nèi)具備節(jié)能降耗回報優(yōu)勢。

2）確定螺旋基本參數(shù)。螺旋直徑為螺旋主要的參數(shù)。在對膨化機(jī)進(jìn)行設(shè)計的過程中，通常要已知生產(chǎn)率，然而生產(chǎn)率不但和螺旋直徑相關(guān)，還和螺旋轉(zhuǎn)速、出模的壓力等有關(guān)參數(shù)相關(guān)。長徑比也就是螺旋長度與外經(jīng)的比，其為膨化機(jī)螺旋一個重要參數(shù)之一。在其他條件固定的情況下，提高長徑比，就是增加螺旋長度，進(jìn)而能夠增加物料在膨化機(jī)當(dāng)中停留時間，確保物料更好的熔融。然而，如果長徑比太大將會造成物料熱分解，進(jìn)而給膨化產(chǎn)品的顆粒質(zhì)量帶來影響。

物料在加壓膨化的時候需要通過輸送段、均化段以及熔融段。由于輸送段主要作用為對物料進(jìn)行輸送，因此輸送段的螺旋槽深比較大，進(jìn)而提升輸送量。一般情況下，輸送段的第1個螺旋槽深度應(yīng)該大于8毫米，然而輸送段的長度大約占了整個螺旋長度的10%到30%左右。熔融段主要的作用為進(jìn)一步壓縮物料，第1個螺旋槽深度應(yīng)該大于6毫米，通常螺旋長度應(yīng)該選擇50%的整個螺旋長度。均化段槽深越淺，物料經(jīng)受越大的剪切作用，將更好的有助于物料的均化和塑化。但是，均化段槽深不能太淺，反之將會造成物料熱分解。增大均化段的螺旋長度能夠降低漏流和倒流，在一定情況下能夠提升生產(chǎn)率，并且物料在均化段能夠停留比較久的時間，有助于物料攪拌。但是如果均化段螺旋長度太長，也會造成物料熱分解，給飼料的質(zhì)量帶來影響。通常情況下，均化段螺旋的長度需要設(shè)置在20%-25%整個螺旋長度。

多數(shù)情況下，螺旋葉片寬度是根據(jù)經(jīng)驗所得到的。螺旋葉片寬度越窄，那么螺棱占的體積就會越小，螺旋輸送的水平就會越大。但是，螺旋葉片和膨化腔當(dāng)中表面相應(yīng)面積也會越小，進(jìn)而造成比較大的漏流。

一般情況下，單螺旋膨化機(jī)內(nèi)螺旋壓縮比指的是螺旋槽最大的深度、最小深度比是3:1。膨化機(jī)壓縮比定義是：熟化段的螺旋橫截面螺旋的槽深內(nèi)環(huán)形面積和出料口模板孔的面積和的比值。一般能夠利用堵塞一定的?？讈韺ε蚧瘷C(jī)壓縮比進(jìn)行改變，進(jìn)而對膨化機(jī)性能進(jìn)行測定。通常膨化機(jī)壓縮比是8到13范圍內(nèi)。

3）膨化腔設(shè)計。在膨化腔的套筒當(dāng)中，表面軸向或周向剪切槽深度、數(shù)量和形狀對飼料剪切揉搓存在比較大的影響。為了對飼料在膨化腔當(dāng)中溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常膨化腔設(shè)計為雙層的機(jī)構(gòu)。應(yīng)用分段設(shè)計能夠有效的監(jiān)控和控制膨化腔內(nèi)不一樣區(qū)段。因為套筒和物料進(jìn)行直接的接觸，易造成嚴(yán)重的磨損，一般應(yīng)用材料是熱作模具鋼40CrMoV，熱處理之后的硬度是55-60HRC。

3 模板和切刀的設(shè)計

膨化工藝設(shè)計最后關(guān)鍵部分為出料模板形狀、切刀、出料口分布。在對模板進(jìn)行設(shè)計過程中，通過螺旋槽環(huán)面作為基礎(chǔ)位置，均勻的對出料孔進(jìn)行分布。在模板當(dāng)中表面，出料孔位置需要增加壓力緩沖錐面孔，增大徑向擠壓力，調(diào)整模孔料流速度，利于出模料形。模板開孔率要確保膨化機(jī)設(shè)計生產(chǎn)率，不同性質(zhì)飼料，單位產(chǎn)能的期望開孔率范圍不同，一般沉性料在550到600mm2/(t·h)，浮性料在200到250mm2/(t·h)。通常的模板出料孔徑有2.0毫米、2.5毫米、3.0毫米、4.0毫米、8.0毫米、10毫米。為了有助于飼料顆粒膨脹，浮性料的出料孔長徑比需要設(shè)計成0.6到1.0。一般切刀應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，更加便于按照出料狀況對顆粒長短進(jìn)行調(diào)節(jié)。為保證飼料顆粒切割面規(guī)則圓整，切刀刃和模板端面間隙一般是0.02毫米。

4 結(jié)束語

自從食品膨化機(jī)誕生應(yīng)用后，伴隨飼料工業(yè)迅猛發(fā)展，人們已經(jīng)將膨化技術(shù)廣泛應(yīng)用到了水產(chǎn)飼料行業(yè)當(dāng)中。本文從物料特點和機(jī)械設(shè)計相結(jié)合的角度來，分析了飼料螺旋膨化機(jī)設(shè)計過程中存在的關(guān)鍵部位，并且對比了單螺旋結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。通過此次研究說明了雙螺旋膨化機(jī)在膨化工藝當(dāng)中更能夠發(fā)揮穩(wěn)定、易控、節(jié)能的膨化效果。