f

—

—

—微元与模孔壁之间的摩擦因数

v

—

—

—物料微元质心的前进速度

p ( x )

—

—

—

x

点处的物料内压强

,

推动微元前

进

,

方向为正

整理式

(

1

)

得

d

p ( x )

d

x

+

Zf

A

p ( x )

=

-

q

2

A

dδ

L ( x )

d

x

δ

m

-

q

A

d

v

d

x

-

q

2

ρ

2

A

2

dρ

d

x

(

2

)

其中

q

=ρ

vA

式中 　

q

—

—

—质量流量

,

即膨化机生产率

ρ———微元密度

式

(

2

)

右边 3 个式子分别表示

:

模孔中物料微元

长度在

x

方向上的变化速率 、

速度在

x

方向上的变

化速 率 和 物 料 密 度 在

x

方 向 上 的 变 化 速 率 。对

EXT 系列膨化机的初步试验表明

:

从均化段开始物

料的密度基本不变

,

但原料不同 、

工艺不同其密度也

有差异

,

基本在 1～1

12 g/ cm

3

范围内

,

在模孔内物

料密度没有显著变化 。在稳定工作条件下可假定右
侧为零

,

即微元在模孔内轴向各点处速度相同

,

微元

既不被压缩

,

也不膨胀 。

该方程齐次解为

p ( x )

=

c

e

-

Zf x

A

(

3

)

设模孔出口

( x

=

L )

处压强为大气压

p

L

,

机筒

内模孔进料处

( x

= 0

)

压强为

p

0

,

则式

(

3

)

可表示为

A

ZL

=

f

ln

p

0

p

L

(

4

)

式

(

4

)

即为描写模孔几何参数 、

物料与孔壁摩擦

因数 、

模孔两端压强差三者间关系的基本方程式 。

2

　基本方程式的物理意义和使用

式

(

4

)

左侧是模孔横截面面积和模孔侧面面积

的比

;

而右侧则反映了物料运动阻力和动力的比值 。

可得推论

:

① 在同样的模孔几何参数条件下

,

摩擦

因数越大

,

机内压强越高

,

摩擦 、

剪切等机械作用越

强烈 。调质处理 、

适当增加水分有助于减小摩擦因

数

,

物料更易被挤出 。 ② 长时间使用后

,

受磨损影

响

,

横截面积

A

增大

,

机内压强变低

,

产品质量发生

变化

,

所以应定期检查模孔尺寸

,

适时更换模头 。

EXT 系列膨化机模孔通常 为 圆形

,

此时

Z

=

π

D , A

=

1
4

π

D

2

,

将该两式代入式

(

4

)

得

D

L

=

4

f

ln

p

0

p

L

(

5

)

式中 　

D

—

—

—模孔直径

基本方程式使用

:

(

1

)

模孔几何参数初步设计

:

大多数饲料原料

与金属的摩擦因数在 0

137～0170

[

4

]

之间 。压强

p

0

是工艺参数

,

可据对膨化机设计要求确定 。在 EXT

系列膨化机上对全脂豆粉 、

玉米粉 、

面粉 、

鱼粉 、

鸡肉

粉等的混合物进行试验 。试验表明

:

温度为 70 ～

90 ℃时

,

挤出物无膨化现象

,

腔内压力低于 1 MPa

;

温度 为 100 ～ 130 ℃时

,

成 品 膨 化

,

压 力 为 1

13 ～

1

17 MPa

;

压力大于 2 MPa 时

,

成品剧烈膨化

,

交替

出现 稳 定 出 料 和 喷 射 现 象

;

本 机 瞬 时 压 力 可 达

6 M Pa

,

物料可喷射 10 m 以外 。估取摩擦因数

f

和

压强

p

0

,

可估算出模孔径长比 。直径一般根据产品

要求确定

,

据此计算出孔长度

,

再据试验结果和机加

工工艺要求确定实际采用长度 。按此方法设计的

EXT 系 列 膨 化 机 的 模 孔 尺 寸 为

: D

= 6 mm 、

L

=

10 mm

(

计算时取

f

= 0

154

, p

0

= 1

15 ×10

6

Pa

, p

L

=

1 ×10

5

Pa

) ,

实际采用的值为

L

= 15 mm 。原因

:

物

料在水和热的作用下变软

,

摩擦因数变小

,

为保持应

有压力

,

孔长应增大 。

(

2

)

改变产品时使用

:

某厂用 EXT50 型膨化机

生产鱼饲料

,

模口孔径 1

15 mm

,

模孔长度 2

15 mm。

现在根据市场要求需改产 0

18 mm 热带鱼饲料

,

配

方和膨化度不变

,

保证径长比不变

:

计算出新产品模

孔长约 1

13 mm

,

再据试验结果

,

最后调为 1

12 mm。

3

　结束语

依据动量定理推导出的基本关系式建立了膨化

机内压强 、

模孔几何尺寸 、

物料密度及物料与孔壁间

摩擦因数之间理论关系 。该关系式可用于模孔几何
参数初步设计和模口选择 。

参 考

文

献

1

　张魁学

,

周佩成

,

姜治国

,

等

.

挤压膨化机模孔参数的试验研究

[J ] .

农业工程学报

,1995 ,11 (3) :167

～

172.

2

　北京化工学院

,

天津轻工学院

.

塑料成型机械

[ M ] .

北京

:

轻工出版社

, 1983.

3

　Мо

и

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вП И

.

Ра

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[ J ] .

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С

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с

к

о

г

оХо

з

яй

с

т

в

а

,1979 ,8 (8) :15

～

19.

4

　饶应昌

.

配合饲料加工工艺及设备

[ M ] .

北京

:

中国农业出版社

,1996.