飼料螺旋擠壓膨化機關鍵部件的設計

李 翔

（布勒（常州）機械有限公司，江蘇 溧陽 213332）

1 膨化機設計的重要依據(jù)

1）膨化的類型。擠壓膨化機根據(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，接著強迫物料在模板成形孔中進行擠出。出模時，伴隨壓力的驟降，水分蒸發(fā)，進而出現(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，在膨化機設計工作前，首先要對飼料種類進行明確，進而給后面的設計指明方向。

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。在膨化的過程當中，給物料添水，增加蒸汽，能夠有效對物料含水率進行調(diào)節(jié)。物料內(nèi)水分有助于淀粉進行糊化，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：抗營養(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，單螺旋膨化機不應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)。雙螺旋膨化機結(jié)構(gòu)特征是兩個相互之間進行嚙合的螺旋一同進行轉(zhuǎn)動，避免單螺旋膨化機存在的加工局限，目前，主流的同向旋轉(zhuǎn)完全嚙合型雙螺旋膨化機，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，膨化腔長度設計相對單螺旋膨化機較短，所以物料在膨化腔的時間也較短，利于單位產(chǎn)能能耗。雙螺旋膨化機的單位飼料耗電量是每千克0.03千瓦，而單螺旋膨化機是每千克0.04千瓦，設備壽命周期內(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)。在對膨化機進行設計的過程中，通常要已知生產(chǎn)率，然而生產(chǎn)率不但和螺旋直徑相關，還和螺旋轉(zhuǎn)速、出模的壓力等有關參數(shù)相關。長徑比也就是螺旋長度與外經(jīng)的比，其為膨化機螺旋一個重要參數(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，進而能夠增加物料在膨化機當中停留時間，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行輸送，因此輸送段的螺旋槽深比較大，進而提升輸送量。一般情況下，輸送段的第1個螺旋槽深度應該大于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一步壓縮物料，第1個螺旋槽深度應該大于6毫米，通常螺旋長度應該選擇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中表面相應面積也會越小，進而造成比較大的漏流。

一般情況下，單螺旋膨化機內(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模孔來對膨化機壓縮比進行改變，進而對膨化機性能進行測定。通常膨化機壓縮比是8到13范圍內(nèi)。

3）膨化腔設計。在膨化腔的套筒當中，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中溫度進行調(diào)節(jié)，通常膨化腔設計為雙層的機構(gòu)。應用分段設計能夠有效的監(jiān)控和控制膨化腔內(nèi)不一樣區(qū)段。因為套筒和物料進行直接的接觸，易造成嚴重的磨損，一般應用材料是熱作模具鋼40CrMoV，熱處理之后的硬度是55-60HRC。

3 模板和切刀的設計

膨化工藝設計最后關鍵部分為出料模板形狀、切刀、出料口分布。在對模板進行設計過程中，通過螺旋槽環(huán)面作為基礎位置，均勻的對出料孔進行分布。在模板當中表面，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設計生產(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計成0.6到1.0。一般切刀應用變頻調(diào)速技術，更加便于按照出料狀況對顆粒長短進行調(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

自從食品膨化機誕生應用后，伴隨飼料工業(yè)迅猛發(fā)展，人們已經(jīng)將膨化技術廣泛應用到了水產(chǎn)飼料行業(yè)當中。本文從物料特點和機械設計相結(jié)合的角度來，分析了飼料螺旋膨化機設計過程中存在的關鍵部位，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在膨化工藝當中更能夠發(fā)揮穩(wěn)定、易控、節(jié)能的膨化效果。