1、第五章 制粒设备与工艺,基本要求： 了解制粒的基本原理，制粒机的分类及特点；掌握环模制粒机的结构、性能与工艺参数；掌握冷却器、破碎机、颗粒饲料分级筛的结构及工艺要求；掌握不同物料的调质参数；了解粉化率和耐水性的测定；了解鱼虾颗粒饲料工艺流程的组成及特点。主要内容：（1）概述（2）环模制粒机（3）制粒工艺流程及其相关设备（4）饲料的调质（5）颗粒饲料的质量评定,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,一 制粒的目的,通过机械作用将单一原料或配合混合料压实并挤压出模孔形成的颗粒状饲料称为制粒。 制粒的目的是将细碎的、易扬尘的、适口性差的和难于装运的饲料，利用制粒加工过程中的热、水分和压力的作用制成
2、颗粒料。,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,一 制粒的目的,与粉状饲料相比，颗粒饲料具有以下优点： 1.提高饲料消化率：在制粒过程中，由于水分、温度和压力的综合作用，使饲料发生一些理化反应，使淀粉糊化，酶的活性增强，能使饲喂动物更迅速地消化饲料，转化为体重的增加。用全价颗粒料喂养畜禽，与粉料相比，可提高转化率10%12%。用颗粒料喂育肥猪，平均日增重4%，料肉比降低6%，喂肉鸡可平均降低3%10%。 2.减少动物挑食：配合饲料是由多种原料根据动物的营养需要配合而成，通过制粒使各种粉状原料成为一个整体，可防止动物从粉料中挑拣其爱吃的，拒绝摄入其它成分的现象，由于颗粒饲料在贮运和饲喂过程中可
3、保持均一性，因此，可减少饲料损失8%10%。,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,一 制粒的目的,3.使得储存运输更为经济。经制粒一般会使粉料的散装密度增加40%100%。 4.避免饲料成分的自动分级，减少环境污染。在粉料贮运过程中由于各种粉料的容重不一，极易产生分级，制成颗粒后就不存在饲料成分的分级，并且颗粒不易起尘，在饲喂过程中颗粒对空气和水质的污染较粉料要少的多。 5.杀灭动物饲料中的沙门菌：沙门菌被动物摄入体内会保留在动物组织中，人吃了感染这种细菌的动物产品后会得一种沙门杆菌的肠胃病。采用蒸汽高温调质再制粒的方法能杀灭存在于动物饲料中的沙门菌，减少病菌的传播。,第一节 概 述,第五
4、章 制粒设备与工艺,一 制粒的目的,随着颗粒饲料的优越性逐渐被人们所认识，颗粒饲料占配合饲料的总量不断提高。随着产品质量的提高和水产动物饲养量的不断扩大，制粒饲料占有量将进一步提高。 与粉状饲料相比，颗粒饲料也存在一些不足， 如电耗高、所用设备多、需要蒸汽、机器易损坏及消耗大等。同时，在加热、挤压过程中，一部分不稳定的营养成分受到一定程度的破坏等，但综合经济技术指标优于粉状饲料，所以制粒是现代饲料加工中一个必备的加工工段。,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,二 颗粒产品的分类,颗粒饲料通常有三种类型：1硬颗粒 调质后的粉料经压模和压辊的挤压，通过模孔成型。硬颗粒饲料产品以圆柱形为多，其水
5、分一般低于13%，相对密度为1.21.3，颗粒较硬，适用于多种动物，是目前生产量最大的颗粒饲料。2. 软颗粒 软颗粒含水量大于20%，以圆柱形为多，一般由使用单位自己生产，即做即用，也可风干使用。3. 膨化颗粒 粉料经调质后,在高温、高压下挤出模孔，密度低于1。膨化颗粒饲料形状多样，适用于水产动物类、幼畜、观赏动物等。,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,三. 硬颗粒饲料的技术要求,在颗粒饲料中，硬颗粒饲料占了相当大的比重，现仅介绍对硬颗粒饲料的质量要求:1感官指标: 硬颗粒饲料产品的形状要求大小均匀，表面有光泽，没有裂纹，结构紧密，手感较硬。2物理指标：1）颗粒直径 直径或厚度为120m
6、m，根据饲喂动物种类而不同，可参照表中的数据生产。,适宜的颗粒直径,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,三. 硬颗粒饲料的技术要求,2) 颗粒长度 通常颗粒饲料的长度为其直径的1.52倍,鸡饲料的长度要严格控制,过长会卡塞喉咙,导致窒息。3) 颗粒水分 我国南方的颗粒饲料水分应12.5%,贮藏时间长的应更低，北方地区可13.5%.4) 颗粒密度 颗粒结构越紧，密度越大，越能承受包装运输过程中的冲击而不破碎，产生的粉末越少，颗粒饲料的商品价值越有保证，但过度的坚硬会使制粒机产量下降，动力消耗增加，还使动物咀嚼费力。通常颗粒密度以1.21.3g/cm3为宜，一般颗粒能承受压强为902000Kp
7、a，体积容量为0.600.75t/m3。具体数据因制粒或压块的物料种类而不同。,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,四.制粒机械的分类,（一）按结构特征分1对辊式制粒机 其主要工作部件是一对反向、等速旋转的轧辊。它依靠轧辊的凹槽，使物料成形。因该机压缩作用时间短，颗粒强度较小，生产率低，一般应用较少。2螺旋制粒机 其主要部件是圆柱形的或圆锥形的螺杆，它依靠螺杆对饲料挤压，通过模板成形，生产效率不高。我国多用其生产软颗粒饲料。3环模制粒机 其主要部件是环模和压辊，通过环模和压辊对物料的强烈挤压使粉料成形。它又可分为齿轮传动和皮带传动型两种，是目前国内外使用的最多的机型，主要用于生产各种畜禽料
8、、特种水产料和一些特殊物料的制粒。4平模制粒机 其主要工作部件是平模和压辊，结构较环模简单；但平模易损坏，磨损不均匀；国内的平模制粒机多为小型机，它较适用压制纤维型饲料。,第一节 概 述,第五章 制粒设备与工艺,四.制粒机械的分类,（二）按产品形式分1硬颗粒制粒机：颗粒饲料具有较大的硬度和密度。2软颗粒制粒机：颗粒产品水分较大，密度小。目前使用的最多的是环模式硬颗粒制粒机。,本节小结,制粒的目的、产品分类、硬颗粒饲料的技术要求及制粒机的分类,课后思考,简述制粒的目的及其优越性与不足.,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,环模制粒机也称为卧式制粒机,通常有齿轮传动和皮带传动
9、两种形式。皮带传动型环模制粒机又可分为单向皮带传动(单电机)和双向皮带传动(双电机)两种。 环模制粒机主要由料斗、喂料器、除铁磁选装置、搅拌调质器、料槽、压制室（环模、压辊）、主传动系统、过载保护及电气控制系统组成。见图,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,1给料器（喂料器）： 为保证从料仓来的物料能均匀的进入制粒机，通常采用螺旋输送机作为给料器来均匀的给制粒机喂料。由于开机、关机以及物料品种和模孔大小的变化，制粒机的给料量都是变化的，所以给料器要在一定范围内无极调速，通常选用电磁调速器来控制给料器的转速，一般控制在17150r/min的范围内。,第二节 环模制粒机,第五
10、章 制粒设备与工艺,一、一般构造,2调质器： 通用型调质器的机构与连续混合机相同。喂料器将一恒定的粉状饲料均匀地喂入调质器。在这里，粉状饲料与蒸汽和其它需要添加的液体原料，如油脂、糖蜜等得到充分的混合，并将调质好的物料输送至压制室。调质器也叫水热处理绞龙，它的主要作用是通过水、热处理，增加物料的塑性和弹性，有利于物料成形。 调质器主要由桨叶或绞龙和喷嘴组成，通常在调质器中喷入蒸汽、糖蜜或水，使物料在调质器内与添加物均匀混合并软化，调质的时间越长越好，一般畜禽饲料的调质时间在20秒左右，在这期间，粉状饲料吸收水蒸汽中的热量和水分，使自身变软，有利于颗粒成形。对于特种动物、水产饲料为提高其质量，提
11、高耐水性，一般要延长调质时间。这种调质器被称为延时调质器。延时调质器被设计能提供20分钟以上的调质时间，一般是通过多级调质，或通过改变普通调质器桨叶的转速来延长调质时间。见图。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,2调质器： 鱼虾颗粒饲料要求高，特别是在水中的稳定性，对鳗鱼和对虾的颗粒料在水中要求浸泡2H，对虾颗粒料散矢率要小于12，鳗鱼应小于4。为了满足这一特殊要求，制粒前通常采用3层加强夹套调质器，其结构见图，其蒸汽系统管路见图。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,3.膨胀器： 膨胀器是90年代兴起的一种新型调质器。它是利用膨胀器的高温、高压来
12、实现调质的。膨胀器的结构类似于单螺杆螺旋，它是由一根厚的焊接的混料管和一个重型螺旋以及蒸汽附件等组成。在出料口有一个圆锥形的排料阀，用来提供一个可调节的环状间隙，这个阀在膨胀器内建立的的压力可超过76Kg/cm2,在工作时，根据需要，通过液力传动，调节该阀及相应的工作压力，蒸汽在膨胀器的进口加入，此处温度可超过121。膨胀器一般安装在普通调质器后，调质器照常工作，保证液体和蒸汽混合，,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,3.膨胀器：使用膨胀器有以下优点。1） 改进颗粒饲料质量，增加生产力。2） 提高制粒前的油脂和糖蜜的添加比例。液体添加量可高达1525。3） 改进高谷物含
13、量饲料的淀粉水解。4） 在高温、高压作用下，可减少或消除饲料中无用而有害的微生物、细菌和真菌。 另外，膨胀器的造价较高，高温、高压也会影响饲料中的某些维生素、药品等有营养价值的物料。,第二节 环模制粒机,一、一般构造,4. 压制机构： 压制机构是制粒机的核心部分，其主要包括环模（压模）、压辊、匀料板和调节机构。制粒的质量、产量在很大程度上决定于压模、压辊的工作状况及压模和压辊的相对位置。压制机构见图所示。 压模所包围的空间称作压制室。进入压制室的物料经匀料板沿整个压辊宽度均匀分布，为所有模孔提供均一的物料，以使颗粒机平稳、高效工作。压模和压辊的挤压使物料成型。环形压模壁均布小孔，物料在强制压力
14、作用下在通过这些小孔的过程中被压实成形。压模同减速箱轴连接，由电机带动旋转。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,4. 压制机构： 1)压辊 制粒机一般有23个压辊。压辊将物料挤压入模孔，在模孔中受压成型。为使物料压入模孔，压辊与物料间必须有一定的摩擦力。将压辊制造成不同形式的粗糙表面，以防止压辊打滑。 齿形压辊 齿形压辊有开端式和闭端式两种，其中以开端式最为常见，闭端式可减少物料的向外滑移。 窝眼式压辊 这种压辊表面钻有许多窝眼，窝眼中填满了饲料，产生一个摩擦表面，成为动力。 碳化钨压辊 它是将碳化钨颗粒嵌入焊接基质的粗糙表面，碳化钨颗粒非常耐磨。对于磨损压辊严重及粘性
15、大的物料，这种辊面尤为见效。具有碳化钨涂面的压辊，其使用寿命比颗粒辊长3倍以上，但在使用时务必使该辊定位准确，避免磨损压模。 每个压辊绕其中心旋转。中轴为偏心轴，旋转调节螺栓使偏心轴转动，压辊的旋转中心轴也随之改变，由此改变压辊与压模的间隙，以供不同原料或产品获得理想的压制效果。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,4. 压制机构：2）环模（压模）： 环模是颗粒饲料成形作业的心脏。在环模内，经过调质的粉状饲料被压制成需要的形状。在生产中，根据需要质量要求以及设计制成的类型选择合适的环模。 环模的结构主要参数Q：环模内径。B：环模总宽度。W：有效宽度。d：模孔直径，一般为2
16、.019.0mm。l: 模孔有效长度：对粉料实际进行压缩作用的模孔长度。T: 模孔总长度：表示环模的总厚度，为增加环模的强度，总厚度可能大于环模的有效长度。D：入口直径：多数环模有锥形的入口，使粉料容易流进模孔，粉料的压缩过程始于这个锥形入口。D2/d2：压缩比环模入口面积与颗粒料横截面积之比，这是物料进入环模模孔后被压缩的一个指标。L/D：长径比：长径比是压模的重要参数之一，长径比的大小影响成品的紧密程度和产量。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,4. 压制机构：2）环模（压模）： 孔形： （见图） 根据原料的不同特点或饲料产品的不同要求，将模孔加工成如图5-7所示的
17、不同孔型。其中直形孔是最常见的孔型；阶梯孔适合加工小粒径的物料；外锥孔适合加工粗纤维含量多的物料。内锥孔适宜加工牧草类等体积大的物料。 开孔率： 其他参数相同时，开孔率大，产量就大。但开孔率过大，压模强度下降，使用寿命缩短。根据孔径大小，开孔率在20%30%之间为宜。孔径小，取小值；孔径大，取大值。 压模材料： 压模是主要易损件。按产品要求可选用不锈钢、铸刚或碳刚制造，对某些特殊的物料，也可采用青铜模，但青铜模使用寿命较短。合金钢压模的寿命可生产40005000t，比一般生产的压模压制4.5mm颗粒的平均寿命要长45倍。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,一、一般构造,5安全装置 为
18、了防止因大块异物或过多物料进入压制室而造成模、辊损伤或主电机负载过大导致电机烧毁，在主轴上装有安全销，一旦出现冲击载荷，安全销就自动断裂，同时切断主电机的动力输入，从而保护主电机。6传动 美国及我国生产的大部分环模制粒机采用齿轮作为主传动，这种传动方式的传动比准确，但机体较笨重。西欧及我国的一些新型环模制粒机采用三角带或防滑平皮带传动，一些大功率机型采用双马达传动，使设备运转更为平稳，并有较好的缓冲能力，但对皮带的质量要求较高。7自动控制 采用微机自动控制的制粒机能达到较佳的工作状态，而手动一般只能达到制粒机生产能力的8085%，自动控制系统主要是根据主电机的负荷来控制给料量。按照进入压模的粉
19、料温度控制蒸汽及糖蜜或其它液体的添加量等。微机控制压粒可以延长压模寿命，提高产品质量和产量，降低生产每吨颗粒料的能耗及其它成本。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,二制粒机的工作过程和受力分析,（一） 颗粒成形的工作过程 粉状物料经过磁选装置除去铁质后，经无级调速的螺旋喂料器送至调质器，在调质器内粉料与水蒸汽、糖蜜、油脂等充分混合，使物料的水分达到15%19%，温度8090，然后经过分配器将物料分配到由环模包围的压制室内，借助重力以及环模旋转产生的离心力以及喂料刮刀的作用均匀地喂入环模内的两个压缩区，即两个压辊与环模形成的楔形空间内，因压辊与环模内壁的最小间隙仅为0.10.3mm，在
20、环模和压辊的强烈挤压作用下，物料逐渐被压实挤入环模的模孔中并在模孔中成形。 模孔每经过一次压辊被压入一定量的物料，由于环模转速较高，所以被视为连续地挤压。在结构上环模与减速器连结，由电机带动旋转。压辊绕自身轴旋转。压辊的旋转动力间接地取自电动机。电动机带动压模，压模带动物料，物料依靠摩擦力带动压辊转动。在压辊与压模的挤压下，物料呈长条型通过模孔，并由切刀切成长度适宜的圆柱体。切刀的位置可以调节，以得到不同长度的颗粒。见图。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,二制粒机的工作过程和受力分析,（二） 制粒过程中物料的受力分析在制粒过程中，根据粉料在挤压过程中所处的状态不同，可将其分成四个区
21、，即供料区、压紧区、挤压区和成形区，见图。1供料区：物料基本不受机械外力，但它受环模转动而产生的离心力影响，使粉料紧贴在环模内侧。2压缩区：随着压辊的旋转，物料进入压缩区，在此区域内，受模辊的挤压作用，粉粒之间产生相对移动，孔隙逐渐减少。随着物料向前移动，速度加快，挤压力逐渐增大，孔隙更小，但粉粒基本上还未变形。3挤压区：在挤压区内，压辊间隙变小，挤压力急剧增大，粉料进一步靠紧和镶嵌，粉粒间的接触面增大和联结增强，粉料产生变形，并产生了较好的联接，同时挤压粉体向模孔挤去。这时挤压力达到最高值。这一区段物料将发生弹性、塑性综合变形，压出后的物料密度达到1.3g/cm3左右。4成形区：在压模模孔内
22、充满了已被压实成形的饲料柱体，在环模内侧又不断接受新挤入的粉料，使饲料柱体向外侧推移，排出模孔时挤压力必须克服孔内料柱摩擦力的总和。物料在模辊转动作用下压制成颗粒有两个条件：一是压辊要把物料压入模孔，二是压辊对物料挤压力要大于模孔内料柱的摩擦阻力。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,二制粒机的工作过程和受力分析,（二） 制粒过程中物料的受力分析物料进入制粒机后，在环形压模的带动下，先进入压缩区压缩，然后在挤压区受压辊的强挤压，在挤压力作用下物料进入模孔成型。物料在模孔受力如图所示。A.压辊压力：压辊施加于物料上，这个力作用于和压辊接触的物料上，把它压紧并挤出。B.切向力：切向力是压模
23、表面与物料之间的摩擦力，在这个力的作用下，物料被输送到压缩区。这个力的大小与压辊压力和物料本身特性有关。D.径向力：径向力是压模模孔孔壁对通过模孔的物料流的一种阻力。 在以上三种力的作用下，物料在整个作用区成一倾斜的料楔。在压缩区内，压力主要消耗于颗粒之间的摩擦、物料与压模、物料与压辊之间的摩擦以及物料本身的塑性和弹性变形上，在挤压区和成形区，压力主要消耗于物料之间的摩擦、物料的塑性变形、物料与孔壁的摩擦、压模与压辊的弹性变形上，该区是制粒机功率消耗最大部位，也是制粒成形的关键部位。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（一）概述 颗粒制粒机是生产颗粒饲料的关键设
24、备，亦是饲料厂中动力消耗量最大的设备之一，其能耗占饲料厂生产总耗能的40以上；颗粒压制机是噪声较高、蒸汽外溢的设备，工人的操作环境较差；制粒机的压模、压辊在制造、安装调试过程中的误差以及喂料量的随机变化，使制粒机的主机负荷产生波动，波动值可超过满负荷值的510以上，严重时会使压模堵塞、停机，操作工人必须密切监管。所有这些不仅增加了工人的劳动强度，而且影响制粒产量。 为了提高颗粒制粒机的生产效率和改善工人劳动条件，从70年代起国外就开始了制粒机的自动控制研究。随着计算机及微电子技术的发展，新型电脑自控仪表日趋完善，为实现制粒机自动控制提供了可靠的基础。世界上第一台计算机自动控制的颗粒压制机80年
25、代初期在西欧诞生，至今全世界已有相当数量的自动控制制粒机投入了生产。因此，为了进一步提高劳动生产率，降低能耗及生产成本，延长压模、压辊使用寿命，改善劳动强度和劳动条件，颗粒饲料制粒机实现自动控制就具有十分重要的意义。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（二）制粒机的结构组成和功能 颗粒饲料制粒机主要工作部件基本相同，主要由喂料器、调质器、压模和压辊组成的三个核心部分。1喂料器： 喂料器对压制机来说是主物料流量的调节机构。喂料器配有可控制的调速装置，一般为滑速装置。2调质器： 使物料在调质器中与蒸汽及糖蜜均匀混合。由于物料温度的变化，实际上就反映着蒸汽添加量及物料
26、水分的变化值，于是，调质器配有压力表、温度检测器和蒸汽调节阀等装置，操作就比较顺利。3压模、 压辊等组成的压制室：该部分由主电机传动，是颗粒饲料制粒机的核心部分，亦是动力消耗量大的部位。 喂料器、调质器和压制室（主电机）三者运转的关系见图，对控制系统而言，主电机的电流和物料温度是控制目标，喂料器的调速装置、蒸汽的调节阀和糖蜜的调节阀，均为控制对象或执行机构。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（三）制粒机开环控制 颗粒饲料制粒机控制目标与执行机构的相互关系主要决定于以下几个因素：物料性质、压模孔径、进料量、蒸汽、糖蜜添加量、蒸汽压力、物料温度、物料水分等参数。
27、对于一个具体的饲料厂，制粒机、饲料品种型式和配方确定以后，则饲料性质、压模孔径就视为恒量，而进料量、蒸汽和糖蜜添加量、蒸汽压力、物料温度、物料水分则变为变量。其变化规律为：当物料流量增加则主电机电流增加，反之则下降。物料温度增加则物料水分增加，反之则下降。在生产过程中，当主电机电流增加或减少，即应减少或增加给料量，使其达到电流（负荷）设定值的控制要求。此刻蒸汽添加量不作调整。如果电流达不到控制要求，又是温度造成的，则应调整蒸汽的添加量。以上的相互关系就是控制反馈的原则。手动或自动控制的控制原理基本相同，仅控制精度不同和制粒机工作可靠性不同而已。因为流量变化后主电机电流在10秒内才见变化。所以，
28、工人操作是不可能达到最佳控制值的。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（三）制粒机开环控制 目前，国内饲料厂对蒸汽、液体添加量的主物料流量这些主要影响颗粒饲料产量的参数，都是凭借操作员的直观感觉和日常工作经验进行手动开环控制，这种人工创造制粒机的配合模式及工艺条件可由图来表示,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（三）制粒机开环控制 人工操作控制过程叙述如下： 操作工在制粒机正常工作后，通过对制粒机出料口的取样，采用目测方法从颗粒料的外观的光洁度、色泽、成型程度等方面观察、比较和分析，再根据质检员对成品做的粉化率、水中稳定性等质量指
29、标，综合以往经验，作出是否应调节的判断。 如果达不到所要求的产量及质量指标，则应作如下调整：一方面通过主电机电流表，操作调整控制器，调节滑差喂料电机的转速，通过改变主物料的流量的大小来控制主电机负荷及产量的大小；另一方面，根据蒸汽压力表、操作阀门开口的大小，通过改变蒸汽、液体添加量的大小，来控制温度高低、糖蜜多少。这种人工操作制粒机的配合模式及工艺条件，在国内饲料厂具有相当的普遍性。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（三）制粒机开环控制由于是手工开环控制调节，间歇式调节很难实现高产、优质的目标，其存在的缺点主要有以下几个方面。1质量不稳定： 调质后粉料温度的不
30、稳定（波动大）是影响质量的主要因素，而温度的不稳定是蒸汽添加量及物料流量的不稳定引起的。由于受到煤质、蒸汽输送损耗、天气、多部门共同用气的时间不同，制粒机未配置专用的蒸汽“稳压”装置，电网电压及频率波动、调整控制器的时漂等诸多因素的影响，蒸汽压力、供气量及流量的不稳定无法克服和避免。另一方面，控制手段的落后，没有温度检测装置以及平均2030分钟取样一次，也制约了质量信息的快速反馈和调节，再加一些人为因素，使光洁度、色泽、粉化率、水中稳定性等颗粒饲料质量指标造成不同程度的下降。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（三）制粒机开环控制2产量低、单位制粒能耗增加： 从
31、理论上讲，主物料流量应当稳定，在此前提下应使制粒机主电机接近或达到在满负荷状态下工作。但是，实际的情况是工人手动设定的负荷往往仅为满负荷的70%75%。为了避免环模堵塞、“失速”和停车现象，操作工往往将实际工作负荷压低至离主电机满负荷较远的值上，以牺牲产量为代价来换取制粒机长期、安全、可靠运行。产量下降，必然造成单位制粒能耗及成本的增加。3设备使用寿命缩短、维护费用增加： 主物料流量和调质后粉料温度的不稳定或达不到要求，很难使物料的温度、水分达到最佳软化挤压条件，至使物料通过压模和压辊时产生的摩擦热增加、磨损增加，造成设备使用寿命缩短，维护费用增加。4操作工劳动强度大、劳动条件差： 由于一些质
32、量信息反馈只能通过取样来实现，所以频繁的取样和调整、较大的噪声、外溢蒸汽，都将使操作工劳动强度增加，劳动条件相当恶劣。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（四）制粒机闭环控制 以传统的制粒机构为对象，综合应用单片微机微电子和数字直接控制（数字PID）技术，实现蒸汽、液体添加量和主物料流量的最佳配合模式及工艺条件，无疑能克服手动开环控制所存在的主要缺点，提高制粒机的生产效率，以及企业的经济效益。这种自动控制制粒机的最佳配合模式及工艺条件可见图。 由图可知，颗粒压制机自动控制系统由两上闭环调节回路组成。其定性调节原理可描述如下。其中箭头朝上或朝下表示该值的增加或减少
33、。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（四）制粒机闭环控制 颗粒制粒机自动控制的优点在于，当现场蒸汽、液体添加量和主物料流量受到各种扰动因素时，实际控制值与设定控制值会产生偏移（误差），通过智能控制仪表的数字PID调节，能连续、快速地得到修正，使实际控制值与设定控制值达到一致（在允许的误差范围内）。 最终使蒸汽、液体添加量和主物料流量保持在最佳配合模式及最佳工艺条件状态。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（五）主要技术指标及性能1电流控制精度5A；适配制粒机功率为37160kW；其功率范围 能满足国内生产的各类型号及产量的制粒机
34、。2温度控制精度5。3系统配有液体添加量的模拟量I/O接口。4带标准串行通讯接口RS-232C（电流环），可在联网上位微机上显 示出和打印当前电流、温度值以及液体添加量和实际用量。5系统配置八路开关量I/O，以实现制粒机与相邻设备之间的协调与连锁。6所有系统设置的参数均能得到永久性保护；定量数据实现掉电保 护，这给操作工带来很大便利。7系统除了自控功能外，还配备有手动调节功能，且手动/自动能自由切换。8系统能显示电流值、温度值、液体添加流量、电动调节阀的开度 值，实时和实观性强。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（六）控制器工作原理 制粒机自控系统的控制对象由
35、主电机负荷（喂料流量）和调质后粉料温度（蒸汽添加量）两个闭环控制回路组成。第一个为负荷闭环控制回路，由交流电流传感器采集主电机的工作电流，通过调节滑差调速电机的转速来控制喂料流量的大小，使主电机负荷稳定在设定值的范围内，以期达到较高的产量；第二个为温度闭环控制回路，由温度传感器采集调质粉料温度，通过调节电动调节阀开度的大小来控制蒸汽添加量的大小，以期达到设定温度。 智能控制仪表是把现场安装的传感器采集到的交直流小信号经过不同的信号调理和放大，产生05V电压，通过VFC、光电隔离和串/并转换得到的数据分时给单片微机进行实时处理，其结果一方面供数字显示，另一方面与设定值相比较，通过数字PID运算，
36、输出数字控制量，经并/串转换、光电隔离、FVC，产生010mA的标准调节信号，去控制执行机构，最终达到实际的负荷和温度与设定值保持动态一致。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（七）系统控制对象特性1控制周期整定： 制粒机自控系统的控制目标是温度和主机电流，通过现场观察，每当喂料绞龙转速和电动调节开口变化时，主机电流和温度并不是同步地相应变化，而是有一段延迟时间，称为滞后。从自控角度看，制粒机的控制对象特性是纯滞后环节，这是控制对象固有的特性。如果不对纯滞后时间加以定时试验，自动控制的关键之一控制周期就很难得到整定。 而控制周期的过短或过长都将造成温度和主机电流
37、的大幅度上下波动（振荡）或控制响应慢产生超差，其结果直接影响到控制精度下降，严重时无法实现自控。通过我们在现场对系统加以扰动试验后，测出主机电流和温度的纯滞后时间分别为5秒和8秒，以此作为自控系统对主机电流和温度的控制周期,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（七）系统控制对象特性2主机电流和温度之间的相互关系： 前面讲到制粒机自控系统由主机电流和温度两闭环回路组成，在自控状态下，实际的定性测试表明： 主机电流和温度这两控参数既相对独立，又相互联系、影响。在一定的范围之内，当温度不变时，主机电流产生偏差，则调节主物料流量；同样，当主机电流不变时，温度产生偏差，则提
38、高蒸汽添加量。 当温度上升或下降时，主机电流会减少或增加；同样，当主机电流增加或减小时，温度也会下降或上升。 温度变化时，对主机电流的影响较大；而主机电流变化时，对温度的影响较小。这就是它们的相互联系、影响关系，这种关系从理论上分析同样可以得到证实。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（八）自动控制PID控制 控制精度是本系统主要考核指标，数字PID控制设计是否适用制粒机控制对象对达到设计指标并使系统长期稳定、可靠运行具有举足轻重的意义。以往闭环自动调节采用的经典数字PID算法控制已有许多成功的实例。但是，对于制粒机控制对象不能完全套用，应对其改进、优化。制粒机
39、控制对象主要有四个固有特性：大纯滞后环节；双变量（主机电流和温度）的相互影响；调速电机的“失速”和物料的堵塞；执行机构输入/输出控制呈非线性。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,三、制粒机的自动控制,（八）自动控制PID控制 针对上述四个特点，软件在数字PID算法处理上以及非线性校正上采用了多种新技术。 在控制对象设定值的上下范围内分别划分了多个区域，当实际控制量进入不同区域，P、I、D参数进行不同的运算处理，主要有：积分分离、带控制死区、整定合理的控制周期等，以解决滞后环节对控制稳定带来的不利影响。采用模糊控制方法处理多变量变化时相互影响。 进入缺料状态下，保持控制输出量以解决滑差
40、调速“失速”问题。用大比例调节方法防止物料堵塞、停机。 输出控制采用正弦波（调速电机非线性特性）和抛物线（电动调节阀非线性特性）查表方法，以解决执行机构输入/输出的非线性特性。 所有这些方法都是为了实现静差小、超调小、上升时间快和过渡过程短的最佳自控曲线。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,四.平模制粒机,(一)平模制粒机的结构 平模制粒机主要有喂料调质机构、压制机构、出料机构、传动机构、电气控制系统、蒸汽系统等组成。见图。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,四.平模制粒机,(二)平模制粒机的分类 按平模制粒机压辊和平模的运动形式来分，平模制粒机可分为三种形式：1动辊式：
41、平模不转动，压辊在电机驱动下公转，并在粉料的摩擦力作用下自转，以小型机型为主。2动模式： 平模在主电机的驱动下绕立轴转动，压辊在物料摩擦力的作用下自转，以大中型机为主。3动辊动模式： 压模和压辊在电机驱动下绕主轴相向转动，同时压辊在物料摩擦力作用下自转。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,四.平模制粒机,(三)平模制粒机的工作原理 以最为常见的中型动辊式为例，介绍平模制粒机工作原理。 平模制粒机工作时，粉料由料斗进入调质器与蒸汽和水调质后，进入压制机构。 压辊由主电机带动绕主轴作公转，同时在摩擦力作用下自转。压辊是一固定的圆盘，其上有许多按一定规律排列的模孔。物料通过模孔成为结实的颗
42、粒。压辊转动时，压辊前面的物料层被挤入压缩区压实，如果挤压力大到能克服下面模孔内料柱的摩擦力，则新的物料会被一点点压进模孔，从而将物料柱排向前进， 连续动作，物料不断压出孔外，由切刀切断，形成颗粒。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,四.平模制粒机,(四)平模制粒机的优缺点 平模制粒机与环模制粒机相比，具有结构简单，制造方便，价格低廉等优点，特别是平模的加工，比环模容易得多。 但平模制粒机工作时，压辊内外侧线速度不一致，所以压辊在转动过程中既有滚动又有滑动，最终导致压辊内外侧摩擦不一致，物料受力不一致。为克服上述存在问题，所以国外有些大型平模制粒机的压辊制作成锥形，保证压模的磨损一致
43、。,第二节 环模制粒机,第五章 制粒设备与工艺,本节小结,1.环模制粒机一般构造2.制粒机的工作过程和受力分析3.制粒机的自动控制4.平模制粒机特点,课后思考,1.简述环模制粒机一般构造.2.结合制粒机的工作过程对物料进行受力分析.3.简述制粒机自动控制中控制器的工作原理.,第三节 制粒工艺的其它设备,第五章 制粒设备与工艺,一、冷却器,粉状原料在调质器吸收了来自蒸汽中的大量热能和水分，以及来自机械摩擦的附加热量，一般出机的颗粒料的温度在7595，水分在14% 18%。这么高的温度和水分不便储存和运输，同时高温高水的颗粒较软，容易粉化。因此应及时将颗粒料进行冷却、去水，降低物料的温度，提高颗粒
44、料的硬度。,第三节 制粒工艺的其它设备,第五章 制粒设备与工艺,一、冷却器,当颗粒出机后，颗粒具有纤维状结构，使水分沿毛细管作由内向外的移动。一般的冷却器设计成使用周围空气与颗粒的外表面接触，通过空气的流动达到冷却目的。所以只要大气不成饱和状态，它就会从颗粒料表面带走水分。水分在蒸发作用下脱离颗粒，同时使颗粒得到冷却。空气吸收的热量并使空气加热，高温空气提高了载水能力。 因颗粒饲料的冷却是利用周围空气来进行冷却物料的。因此颗粒排出冷却器的温度不会低于室温，一般认为比室温高35。水分能降至12%13（即安全贮藏水分）。使之便于破碎处理和贮运。 目前，饲料企业使用的冷却器主要有三种，即立式、卧式和
45、逆流式。逆流式冷却器以其自动化程度高、占地面积小、吸风量小、功耗低等优点，迅速取代其它两种冷却器成为当今主流产品，为饲料企业广泛采用。,第三节 制粒工艺的其它设备,第五章 制粒设备与工艺,一、冷却器,(一)立式冷却器1.塔式冷却器(1)塔式冷却器的工作原理 塔式冷却器的结构见图。 它的工作原理是制粒机压制出来的湿热颗粒从冷却器的进料口进入，经塔形分料档板，使颗粒料分流后，从机头分两路流向冷却筒。颗粒料至冷却筒后经二道塔形活动淌板和塔形筛板分流，逐渐流向冷却筒，再经塔形筛板分流后，流出料斗。 开始时，颗粒料逐渐堆积，待到料充满全部冷却筒的三分之二处时，由于颗粒料的自重作用使进料门挤开并转过一定的
46、角度，使进料门轴上的料位器接通，开启振动电机，振动电机开始振动排料。出料量的大小因由进料门联动控制。出料速度大于进料速度。工作一段时间后，延时开关复位。振动电机断电，停止排料，如此循环往复，振动电机始终处于间歇工作状态，使颗粒料在冷却器内始终处于充满状态，这样可保证冷却时间，保证冷却效果。,第三节 制粒工艺的其它设备,第五章 制粒设备与工艺,一、冷却器,(一)立式冷却器1.塔式冷却器（2）塔式冷却器的结构 塔式冷却器的结构简单，制造成本低，主要由进料机构、匀料机构、风管、吸风管、进料门、出料门、联动机构、机架等组成。主要结构是进、出料门联动机构。（3）主要技术参数 SKLL型系列冷却器是立式塔
47、流并利用自然空气对物料进行冷却的。该机操作维护简便，能耗低，冷却效果好，占地面积小，不锈钢筛板装拆容易，且寿命长，其主要性能参数见表,第三节 制粒工艺的其它设备,第五章 制粒设备与工艺,一、冷却器,(一)立式冷却器2逆流式冷却器（1）逆流式冷却器工作原理如图所示。 制粒机压制出的湿热颗粒料从冷却器顶部旋转关风喂料器的进料口进入，经料仓顶部棱形散料器，使颗粒料分流，使其从前、后、左、右、中五路流入料仓中。 开始时颗粒料逐渐堆积，当料触到上部料位器时，出料电机接通，排料机构开始工作。电动机通过减速器和偏心机构带动排料框作左右往复运动，当排料框与固定框之间的相对位置达到一定程度时，料经排料框之间的缝隙中排入出料斗，当排料框与固定框各自相对位置错开时则不排料。当排料大于进料，机构颗粒料层降至下料位器时，则电机停止转动，排料也相应停止，而进料继续进行，待料层再接近到上料位器时，又开始工作。,
