2 0 0 8

年

6

月

农 业 机 械 学 报

第

39

卷 第

6

期

饲料膨化机模孔几何参数理论分析

3

　　

【摘要】　饲料膨化机模孔几何参数对产品质量和膨化机生产率有显著影响

,

目前常用经验方法确定其具体数

值 。本文利用动量定理推导出模孔径长比 、

物料与模孔壁间摩擦因数和模孔两端压强差三者间理论关系式

,

并以

模孔为圆形的

EXT

系列膨化机为例

,

说明了理论关系式在实际生产中的应用 。

关键词

:

饲料 　膨化机 　模孔 　参数

　　

引言

模孔几何参数对膨化产品质量和膨化机生产率

有显著影响

,

目前一般用经验方法确定 。本文在张

魁学

[

1

]

等的试验基础上利用动量定理推导出模孔

径长比 、

物料与模孔壁间摩擦因数和模孔两端压强

差三者间理论关系式 。

1

　基本关系式

在膨化机稳定工作条件下

,

物料在模孔内连续

流动 。据试验可知

:

在产品直径与模孔直径相近

(

即

在径向上物料基本不膨化

,

如挤出全脂豆粉 、

生产蚕

饲料

)

时

,

观察不到径向速度梯度 。当产品直径与模

口直径比在 2 以上

(

如膨化玉米

,

温度达到 150～

170 ℃

)

时

,

可以观察到物料翻卷涌出

,

沿径向有明显

的速度梯度

[

1

]

,

出口周边壁处的速度低

,

在该横截

面中心附近各点的速度基本相同

,

如图 1 所示 。膨

化机稳定工作时

,

在横截面上物料流出平均速度恒

定

,

用该值表示横截面上物料速度 。在生产上

,

同一

图

1

　圆形模孔中物料速度分布

　

横截面上的速度差异并不影响产品质量

,

为简化问

题在理论分析时

,

不考虑此速度差异

,

可以假定物料

像一个弹性塞子一样整体移动

[

2

]

。

在中小型食品 、

饲料膨化机上的模孔形状 、

尺寸

一般不变

,

横截面积

A

、

横截面周长

Z

为常数 。模

孔内压强从机内入口处到出口处逐步减小至大气
压

[

3

]

,

模孔内物料在该压强差作用下

,

克服侧壁摩

擦力向孔外运动

,

如图 2 所示 。

图

2

　模孔内物料微元受力分析

　

在模孔中取微元

,

以该微元为研究对象

,

其长为

δ

L ( x ) ,

质量为δ

m ,

经过 d

t

后

,

质量δ

m

不变

,

它的

质心前进距离为 d

x ,

其长度变为δ

L ( x

+ d

x )

。作

用在该物料微元上外力有重力 、

物料对微元的压力

和孔壁的摩擦力 。图 2 中

Q ( x )

为摩擦力

, Q ( x )

=

Z

δ

L ( x ) p ( x ) f

。膨化机一般是水平放置的

,

重力

对物料微元的水平运动无影响

,

可不计 。物料微元

在运动时会产生弹性和塑性变形

,

微元内粒子间有

复杂的力作用 。但将微元作为研究对象时

,

如果利

用动量定理则只需考虑相应时段内外力对微元产生
的冲量

,

而无需考虑微元内部的变形和力的作用 。

根据动量定理得

{

-

[ p ( x

+δ

L ( x ) )

-

p ( x ) ] A

-

Z

δ

L ( x ) p ( x ) f }

d

t

=δ

m

d

v

(

1

)

式中 　

p ( x

+ δ

L ( x ) )

—

—

—

x

+δ

L ( x )

点处的压强

,

阻碍微元前进

,

方向为负