1、
制粒機(jī)優(yōu)化方法
從制粒工藝到環(huán)模本身的各因素來(lái)看，環(huán)模制粒機(jī)(也稱(chēng)
顆粒機(jī))的工作性能受到各方面的影響，如果單從制粒質(zhì)量的角度出發(fā)，我們通過(guò)試驗(yàn)分析是可以達(dá)到想要的目標(biāo)，對(duì)制粒質(zhì)量的影響因素可以分出與各指標(biāo)的相關(guān)性，如前制粒工藝參數(shù)的優(yōu)化，對(duì)于飼料的調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)制水分、油脂添加量、飼料的粉碎粒度與生產(chǎn)率、粉化率、電耗之間的影響關(guān)系，進(jìn)行了試驗(yàn)分析，找到了各個(gè)因素不同水平的優(yōu)化組合。
環(huán)模制粒機(jī)的性能從制粒質(zhì)量、生產(chǎn)率到電耗，這些都是環(huán)模制粒機(jī)設(shè)計(jì)廠家及用戶(hù)都非常關(guān)心的性能指標(biāo)，但是就另一個(gè)指標(biāo)環(huán)模的使用壽命問(wèn)題也同樣是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，對(duì)于這一指標(biāo)在環(huán)模制粒機(jī)的整機(jī)性能也是十分重要的，因此綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)必須考慮環(huán)模的使用壽命。
本課題旨在圍繞整機(jī)性能的提高和優(yōu)化進(jìn)行研究，不僅要對(duì)影響整機(jī)性能的工藝參數(shù)優(yōu)化，還要通過(guò)對(duì)環(huán)模不同模型的有限元分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整機(jī)性能優(yōu)化的目的，為實(shí)現(xiàn)這一目的，本文通過(guò)ANSYS對(duì)核心部件環(huán)模結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、熱結(jié)構(gòu)耦合分析，研究結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而引起的環(huán)模平均應(yīng)力的變化對(duì)綜合指標(biāo)的影響，深層次研究調(diào)質(zhì)后物料的特性對(duì)綜合指標(biāo)的影響。
把環(huán)模的開(kāi)孔率、長(zhǎng)徑比（模孔的長(zhǎng)度與模孔的直徑之比）作為重要的參數(shù)，安排環(huán)模的開(kāi)孔率、長(zhǎng)徑比、正交試驗(yàn)表的每組試驗(yàn)三者作為因素，開(kāi)孔率A 35%、30%、40%分別為1，2，3個(gè)三水平，長(zhǎng)徑比B 5.78、6.22、6.67、7.11、7.56依次為五個(gè)水平，正交試驗(yàn)表的每組試驗(yàn)C9個(gè)水平。通過(guò)ANSYS對(duì)環(huán)模的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與應(yīng)變后處理分析及強(qiáng)大的解算能力，進(jìn)行排列組合式的試驗(yàn)分析，完成對(duì)環(huán)模結(jié)構(gòu)的定量分析。
2、結(jié)果與分析
2.1對(duì)平均應(yīng)力的評(píng)價(jià)分析
平均應(yīng)力極差分析如表5.3
表5.3平均應(yīng)力極差分析
平均應(yīng)力與各因素關(guān)系如圖5.12
通過(guò)圖表可以知道試驗(yàn)組這一因素對(duì)應(yīng)力影響最大，說(shuō)明進(jìn)入制粒室的混合飼料不僅對(duì)制粒質(zhì)量、生產(chǎn)率、電耗影響大，而且還直接關(guān)系著環(huán)模的使用壽命，很顯然混合飼料的調(diào)質(zhì)后所具備的物料特性，對(duì)環(huán)模使用壽命影響較大；其次是開(kāi)孔率，30%的開(kāi)孔率時(shí)平均應(yīng)力2276.04，長(zhǎng)徑比對(duì)平均應(yīng)力影響最小，長(zhǎng)徑比7.56時(shí)平均應(yīng)力為2085.04，長(zhǎng)徑比為6.67時(shí)平均應(yīng)力為2486.56;因此，在這組優(yōu)化和有限元分析，就平均應(yīng)力指標(biāo)而言開(kāi)孔率為30%、長(zhǎng)徑比7.56、第7組試驗(yàn)為最佳組合，也就是開(kāi)孔率30%、長(zhǎng)徑比7.56、調(diào)質(zhì)溫度81度、油脂添加量Skg/噸、粉碎粒度3 mm時(shí)環(huán)模制粒機(jī)使用壽命最長(zhǎng)。
2.2綜合評(píng)價(jià)
上述配合中平均應(yīng)力最小，但是不能說(shuō)明這就是最佳的組合，在衡量環(huán)模制粒機(jī)的性能還必須考慮其它指標(biāo)是否也達(dá)到了優(yōu)化，因此對(duì)平均應(yīng)力指標(biāo)、生產(chǎn)率、電耗、粉化率做一個(gè)權(quán)重分級(jí)，平均應(yīng)力權(quán)重25、生產(chǎn)率25、電耗20、粉化率30。
綜合指標(biāo)極差分析如表5.4
表5.4各因素不同水平下綜合指標(biāo)值極差分析
綜合指標(biāo)值與各因素關(guān)系如圖5.13
從圖表可以知道，調(diào)質(zhì)因素仍然對(duì)整機(jī)性能有著重要的影響，通過(guò)分析研究表明，在C7、A3、B5下環(huán)模制粒機(jī)的綜合性能較優(yōu)，也就是環(huán)模的開(kāi)孔率40%，長(zhǎng)徑比7.56，調(diào)質(zhì)溫度81度，油脂添加量Skg/噸，粉碎粒度3 mm時(shí)，環(huán)模制粒機(jī)有較好的綜合性能，分析還表明環(huán)模制粒機(jī)的整機(jī)性能提高必須是制粒工藝與環(huán)模結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)優(yōu)化，從折線(xiàn)圖可以清楚的看出調(diào)制后物料的特性對(duì)綜合指標(biāo)值影響頗大，其次是環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)；極差分析表明環(huán)模的開(kāi)孔率也對(duì)綜合指標(biāo)值有較明顯的影響，環(huán)模結(jié)構(gòu)參數(shù)開(kāi)孔率和長(zhǎng)徑比的變化，整體上對(duì)制粒機(jī)整機(jī)性能的提高（即結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的影響），貢獻(xiàn)率為15.3%；在2號(hào)組試驗(yàn)綜合指標(biāo)值最大，此時(shí)調(diào)質(zhì)溫度60度，油脂添加量9kg/t，粉碎粒度1.5mm；在6號(hào)試驗(yàn)組為因素時(shí)綜合指標(biāo)值具有度量性質(zhì)，也就是一般情況調(diào)質(zhì)溫度為77度，油脂添加量為13kg/t，粉碎粒度3mm時(shí)的綜合指標(biāo)值為中性，指標(biāo)值低于它為較好的值；混合飼料調(diào)質(zhì)后溫度、粉碎粒度、油脂添加量等整體上對(duì)制粒機(jī)整機(jī)性能的提高（即物料的影響），貢獻(xiàn)率為84.7%。
對(duì)于物料和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)總指標(biāo)的影響，進(jìn)一步深入研究，開(kāi)孔率、長(zhǎng)徑比混合飼料的調(diào)質(zhì)溫度、油脂添加量、粉碎粒度等各個(gè)因素對(duì)綜合指標(biāo)值的影響規(guī)律如圖5.14所示：
從圖5.14中可以看出，調(diào)質(zhì)溫度對(duì)綜合指標(biāo)的影響最大，再依次是油脂添加量、開(kāi)孔率、粉碎粒度、長(zhǎng)徑比。對(duì)調(diào)質(zhì)溫度、油脂添加量、粉碎粒度、開(kāi)孔率、長(zhǎng)徑比等因素與綜合指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析，得到如下回歸方程：
(r相關(guān)系數(shù)：0.960662)
Y-綜合指標(biāo)值；Xl-開(kāi)孔率；X2-長(zhǎng)徑比；
X3-調(diào)質(zhì)溫度；X4-油脂添加量；X5-粉碎粒度；環(huán)模制粒機(jī)的實(shí)際工作參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)與優(yōu)化值的比較如圖5.15所示：
實(shí)際廠家在生產(chǎn)中，環(huán)模的開(kāi)孔率為35.6%，在這以35%作為實(shí)際開(kāi)孔率，制粒中采用的調(diào)質(zhì)溫度77度，油脂添加量13kg/t，粉碎粒度3mm，長(zhǎng)徑比6.67;優(yōu)化曲線(xiàn)的開(kāi)孔率40%，調(diào)質(zhì)溫度81度，油脂添加量Skg/t，粉碎粒度3mm，長(zhǎng)徑比7.56;從比較曲線(xiàn)來(lái)看，似乎差異性不大，但二者的整體評(píng)價(jià)值差異還是較大的，優(yōu)化曲線(xiàn)的綜合評(píng)價(jià)值為3 8.78，而實(shí)際曲線(xiàn)的綜合評(píng)價(jià)值為72.44，指標(biāo)值越小越好，因此優(yōu)化曲線(xiàn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)為最優(yōu)。
小結(jié)
本文在UG環(huán)境下對(duì)環(huán)模制粒機(jī)核心部件環(huán)模參數(shù)化建模，解決UG與ANSYS的接口問(wèn)題，以IDEAS為接口中介，實(shí)現(xiàn)環(huán)模在ANSYS下的仿真模型，利用ANSYS對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)熱耦合分析，以得到的平均應(yīng)力作為環(huán)模制粒機(jī)使用壽命指標(biāo)，與試驗(yàn)指標(biāo)粉化率、生產(chǎn)率、電耗等結(jié)合形成對(duì)環(huán)模制粒機(jī)的綜合評(píng)價(jià)，研究環(huán)模結(jié)構(gòu)參數(shù)及物料屬性的變化對(duì)環(huán)模使用壽命的影響，完成對(duì)環(huán)模制粒機(jī)的整體優(yōu)化。
通過(guò)分析說(shuō)明，環(huán)模制粒機(jī)的性能與調(diào)質(zhì)、飼料的粒度、環(huán)模的結(jié)構(gòu)有重要的深層次關(guān)聯(lián)；調(diào)質(zhì)因素對(duì)整機(jī)性能有著重要的影響，環(huán)模的開(kāi)孔率40%，長(zhǎng)徑比7.56，調(diào)質(zhì)溫度81度，油脂添加量5kg/噸，粉碎粒度3 mm時(shí)，環(huán)模制粒機(jī)有較好的綜合性能，分析還表明環(huán)模制粒機(jī)的整機(jī)性能提高必須是制粒工藝與環(huán)模結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)優(yōu)化，調(diào)制后物料的特性對(duì)綜合指標(biāo)值影響頗大，其次是環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)；環(huán)模結(jié)構(gòu)參數(shù)開(kāi)孔率和長(zhǎng)徑比的變化，整體上對(duì)制粒機(jī)整機(jī)性能的提高（即結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的影響），貢獻(xiàn)率為15.3%；混合飼料調(diào)質(zhì)后溫度、粉碎粒度、油脂添加量等整體上對(duì)制粒機(jī)整機(jī)性能的提高（即物料的影響），貢獻(xiàn)率為84.7%。各個(gè)因素與綜合指標(biāo)值的關(guān)系，調(diào)質(zhì)溫度對(duì)綜合指標(biāo)的影響最大，再依次是油脂添加量、開(kāi)孔率、粉碎粒度、長(zhǎng)徑比。
在實(shí)際生產(chǎn)中，廠家為了提高制粒質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，往往通過(guò)調(diào)整間隙，使環(huán)模與壓輥的工作間隙處于非常規(guī)狀態(tài)，這種忽視設(shè)計(jì)廠家對(duì)于環(huán)模制粒機(jī)的使用的技術(shù)要求，使環(huán)模的使用壽命急劇縮短；而設(shè)計(jì)方也沒(méi)就飼料的調(diào)質(zhì)、飼料的粉碎粒度作一可靠的科學(xué)的定量分析，缺乏對(duì)使用者的技術(shù)指導(dǎo)；研究工作的結(jié)果表明要提高環(huán)模制粒機(jī)整體性能，照顧各個(gè)指標(biāo)環(huán)節(jié)，調(diào)制因素、飼料粒度等原料因素、環(huán)模結(jié)構(gòu)因素必須綜合考慮與評(píng)價(jià)，而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有限元分析技術(shù)與試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法相結(jié)合實(shí)為科學(xué)的、有效的、合理的研究方法。
環(huán)模制粒機(jī)核心部件的仿真模型主要是在UG環(huán)境下完成，解決UG與ANSYS的接口問(wèn)題，以IDEAS為接口中介，在UG環(huán)境下對(duì)環(huán)模參數(shù)化建模，實(shí)現(xiàn)環(huán)模在ANSYS下的仿真模型；對(duì)環(huán)模進(jìn)行了結(jié)構(gòu)力分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)其完成優(yōu)化。
·在對(duì)環(huán)模制粒機(jī)有關(guān)研究基礎(chǔ)上，建立了合理的約束關(guān)系完成了環(huán)模制粒機(jī)的核心部件的仿真幾何模型；
·通過(guò)試驗(yàn)研究與分析，完成環(huán)模制粒機(jī)制粒工藝的參數(shù)優(yōu)化；
·完成對(duì)環(huán)模的FEA動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)分析及熱結(jié)構(gòu)耦合分析；
·完成制粒工藝參數(shù)和環(huán)模結(jié)構(gòu)參數(shù)的綜合優(yōu)化；
·將試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與有限元技術(shù)結(jié)合，探索出一條指導(dǎo)制粒機(jī)設(shè)計(jì)與制粒生產(chǎn)的方法；
一、創(chuàng)新點(diǎn)
·通過(guò)有限元分析和試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)模制粒機(jī)性能的整體評(píng)價(jià)和優(yōu)化；
·核心部件仿真模型的建立。
二、今后的努力方向
·繼續(xù)研究影響環(huán)模制粒機(jī)整體性能的因素，逐步尋找影響因素及相互關(guān)系；
·從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，研究環(huán)模非常規(guī)磨損的原因；
·繼續(xù)研究環(huán)模制粒機(jī)的仿真模型，研究零部件的加工精度對(duì)環(huán)模制粒機(jī)性能的影響并優(yōu)化。
三門(mén)峽富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)是用戶(hù)們很好的選擇。
