摘要：檸條在我國“三北”地區防沙固沙、生態作用巨大，枝條成型加工是營養價值很高的顆粒飼料，也可加工利用轉化為燃燒性能很好的成型燃料，因此對其顆粒成型機理的研究具有實際意義。為此，針對檸條顆粒飼料與燃料的成型加工條件、目標要求、加工裝備設計參數和加工過程等影響顆粒成型的因素進行了比較分析研究，主要考慮了影響檸條顆粒成型效果的主因素一原料初始狀態、含水率、粒度、加工喂人量、成型壓力、模盤形式以及物料溫度等，為設計一種既可加工檸條顆粒飼料，又可加工檸條成型燃料的裝備提供參考，富通新能源專業生產銷售
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機等生物質顆粒燃料成型顆粒機械設備。
關鍵詞：檸條；成型加工；顆粒飼料；成型顆粒燃料；影響因素
0、引言
檸條，學名Caragana korshinskiliKom，別名又叫檸條錦雞兒，屬于多年生灌木。其廣泛分布于陜西、山西、內蒙古、河北、東北沙區和溫暖干旱地帶。不僅可以防風固沙，保持水土、美化環境，而且還能提供飼料、燃料等加工利用資源，生態經濟效益顯著。
檸條的枝、葉、花、莢果、種子都富含家畜所需的粗蛋白質、粗脂肪，比玉米秸稈的含量要高，消化率明顯要好，是干旱丘陵和沙漠地區牧草中的主要蛋白質飼料來源之一。因而檸條是極好的畜牧飼料，將其加工成成型顆粒飼料對養殖牲畜業的生產有很大積極作用，且便于運輸和貯存，解決了春、冬季節動物牧草短缺的問題，還能促進實現牛、羊的圈養，減少放養，對我國退牧還林、減少沙漠化起到重要作用。
另外，檸條枝條表面具蠟質層，易點燃、火力旺、發熱量大，是優質的生物能源。檸條中灰分含量較低（而灰分中主要成分是SO2），若將檸條制成生物能源燃燒將對環境污染危害急劇減少。檸條熱值可達到4376.1j/kg，相當于優質煤，是極好的生物質能源，1.6kg的干檸條相當于lkg標準煤的發熱量。只要經營得法，檸條是“取之不盡用之不竭”的優質生物能源。
檸條每4~5年需要進行1次平茬，檸條的發枝力和再生能力極強，平茬間隔期短，產量高。目前，沒有被充分利用，造成很大的資源浪費。
綜上所述，檸條資源豐實，研究檸條成型加工在顆粒燃料和飼料方面的應用，具有很好的應用意義。因此，設計了一種既能生產檸條顆粒飼料又能生產顆粒燃料的小型成型加工機械。考慮生產所需，檸條顆粒飼料和顆粒燃料的適用范圍和目的不同，要求它們的密度、硬度不同，需要研究影響顆粒飼料和顆粒燃料成型的因素（含水率、粒度等）和成型部件的設計要求。為此，本文對顆粒加工裝備設計參數選擇及其影響因素進行了分析，為加工裝備的設計提供依據。
1、檸條顆粒加工成型裝備型式選擇
目前，國內外顆粒飼料和顆粒燃料的成型設備主要有螺旋擠壓成型、活塞壓縮成型和輥模碾壓成型3種，使用較多的是輥模碾壓式。輥模擠壓式又分為環模式和平模式。生物質顆粒燃料的輥模碾壓成型技術是在顆粒飼料生產技術基礎上發展起來的，二者的主要區別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。
平模式顆粒成型機與環模式顆粒成型機相比：①平模結構簡單，加工方便，使用維修方便，制造成本低廉，特別適用于壓制纖維性物料，但產量比環模機低。環模加工較復雜，制造成本高；平模兩面均可使用，使用壽命長。②平模式成型機有利于提高產量。首先，平模式壓輥不受模徑的限制，可以取較大的直徑，有利于提高產量；其次，平模成型機壓粒室空間相對較大，可安裝較多壓輥，也可以提高產量；再次，平模式成型機壓粒室人料比較流暢，可采用厚度較大的壓輥，也有利于提高產量。③平模更適用于壓制粗料，加工粗料的電能消耗以及產量變化比環模小。綜合考慮各種因素且因檸條纖維素含量較高，對模具的磨損較嚴重，平模更換方便，而且平模兩面均可使用可以延長平模的使用壽命，因此檸條顆粒成型機選擇平模式成型機比較適宜。
2、檸條顆粒飼料與燃料成型機理比較
檸條顆粒飼料和顆粒燃料的成型原理一樣。檸條中含有纖維素72.71%、半纖維素22.81%、木質素19.72%。木質素屬非晶體，在常溫下木質素主要部分不溶于任何有機溶劑，沒有熔點但有軟化點。在平模顆粒成型機壓制室內，物料在壓輥的作用下被擠入�？變�，由于壓輥與物料的摩擦作用加劇而產生大量的熱，當溫度達70～110℃左右時，木素軟化粘合力開始增加：在200～300℃時，軟化程度加劇而達到液化，此時加以一定壓力，可使其與纖維素緊密粘接，同時與鄰近的秸稈顆粒互相交接。由于生物質結構疏松、密度較小，當受到外力后，原料將經歷重新排列位置、機械變形、彈性變形、塑性變形階段。非彈性或粘彈性纖維素分子之間的相互纏繞和絞合，使體積縮小，密度增大，使生物質逐漸成形，這時部分殘余應力貯存于成型塊內部。粒子結合牢固但不穩定，成型塊在擠壓作用下進入�？椎谋Ｐ碗A段，該階段不利于形狀保持的殘余應力被消除，顆粒被定型。在模具的擠壓下，形成表面光滑、具有一定硬度和密度的顆粒狀飼料或燃料。
3、檸條顆粒成型的影響因素分析
3.1原料化學成分及添加劑的影響
檸條顆粒燃料的原料通常比較單一，一般不添加任何添加劑。而檸條顆粒飼料通常需要在原料中添加一些蛋白質、淀粉、脂肪、糖類等輔助配料，其目的是增加顆粒飼料的營養成分和適口性。同時，由于飼料的配方是影響成型的主要因素，各種添加劑對顆粒成型均有促進作用。蛋白質在成型過程中受力然后容易變性塑化，有利于顆粒的成型。脂肪是良好的潤滑劑，有利于減少模具的磨損。纖維素的含量越高，說明植物細胞機械組織越發達，顆粒成型時就需要更大的壓力。檸條纖維素含量高達72.71%，是玉米秸稈纖維素含量的2.6倍。由此可見，檸條顆粒的成型比秸稈成型需要更大的壓力，檸條顆粒成型比玉米秸稈成型要難很多，檸條顆粒的成型對磨具的要求更高一些。
3.2原料粒度的影響
物料的粒度可分為粗粒、中粒和細粒。通常，小于3mm的原料，密度較大且有較大表面吸收蒸汽，發生物理化學反應。因此，中粒和細粒有較好的制粒能力，能夠提高顆粒的產量和質量、降低能耗、延長壓模的壽命，而粗粒則容易使得成型的顆粒開裂。
檸條顆粒飼料的直徑一般為4～6mm，選用粉碎后物料介于2~2.5mm的中�；蛐∮�2mm的細粒。檸條顆粒燃料的直徑一般為8～10mm，選用粉碎后物料介于2～2.5mm的中�；虼笥�3mm的粗粒均可。
3.3含水率的影響
從原料水分方面看，水分含量對于顆粒的產量和質量都有明顯的影響。這是因為在壓制過程中，水分可在物料微粒表面形成水膜，使其容易通過模孔，延長壓模的壽命。但是水分含量太多則容易使物料打滑，不易于顆粒的成型。原料水分過高時，加熱過程中產生的蒸汽不能順利地排出，結果造成檸條壓縮成型顆粒表面開裂當原料含水率太低時，壓縮成型很困難，這是因為適宜的水分對檸條木質素的軟化、塑化具有促進作用。顆粒飼料中的水分主要來源于原料本身和所添加的添加劑，為了保證檸條顆粒飼料的質量，對含水率要求較嚴格，原料本身水分在12%~13%為宜，物料總水分為16%～18%為宜。而檸條顆粒燃料對含水率的要求較為寬泛一些，一般含水率要求15%～20%。
3.4加工裝備喂入量的影響
喂人量的影響主要是由于隨著物料壓縮密度的增加，物料與成型室壁的摩擦力在增加。而摩擦力又與物料與成型室壁的接觸面積有關，喂人量越多接觸面積越大，壓縮阻力就越大。因此，在加工時一定要控制好原料的喂人量。
3.5物料溫度的影響
溫度的影響是因為檸條等物料含有較高的木質素，在一定溫度下木質素會軟化，并在一定壓力下產生塑性變形，從而使物料變得易于壓縮。一方面溫度升高，水分蒸發加快，使含水率降低，影響到物料的可壓縮性：另一方面，溫度在物料之間的傳熱既包括輻射傳熱，又包括傳導和對流，提高溫度能加速水分的運動，促進對流換熱，加速物料軟化，使物料又變得較易壓縮。
檸條物料的可壓縮性隨著溫度的增加而增加，隨著喂人量的增加而下降，并且這種影響均隨壓縮密度的增加而更加明顯。因此，為獲得高密度產品，可適當采取對物料加溫、提高物料含水率或減小喂人量等方式，以減小壓縮功耗，提高壓縮設備的工作性能。
3.6成型壓力的影響
一般成型壓力越大，物料的密度越大，硬度也就越高。檸條顆粒飼料的密度和硬度都遠遠小于檸條顆粒燃料，但是顆粒燃料的密度也不能超過1.3g/cm3。因此，檸條顆粒飼料的成型壓力一般取4kN，而檸條顆粒燃料的成型壓力則要高達5～7kN。
3.7成型模盤參數的影響
平模是顆粒成型機的心臟，模輥間隙、模板厚度、�？字睆�、�？子行С潭�、模孔的長徑比、模孔的粗糙度、�？椎呐帕芯鶆蚨�、耐磨性和壓模的材質等，對檸條顆粒成型的密度和質量有很大影響。同一設備要實現檸條顆粒飼料和顆粒燃料的成型，必須設計不同的模板。
1)模輥間隙一般控制在0.05～0.3mm之間。模輥間隙過大時，壓輥對檸條原料的擠壓力變小，使攫取物料的能力變小，壓輥無法將料壓進�？變龋乖显诔尚褪覂仍椒e越多，最終導致堵模死機。間隙過小時，喂人原料量少、生產率低、摩擦力大，導致噸燃料能耗高。模輥間隙對顆粒飼料和顆粒燃料的影響差比不大。
2)平模模板越厚，壓制出的顆粒密度越高、粒度越硬。如果其他因素不變，加工檸條顆粒燃料的模板厚度要比顆粒飼料要厚。但是，一般不調整模板的厚度，而是通過改變�？子行чL度來實現不同密度顆粒的成型。
3)排列在壓模上的�？字睆皆酱螅瑒t顆粒硬度越小。�？字睆讲灰走^大或過小，在高速轉動下，孔徑過小則原料難擠入�？變�，在成型孔被摩擦的時間過長而產生熱量，原料水分蒸發較快，壓輥無法將原料順利壓出，導致模孔堵塞，嚴重時會產生放炮、顆粒炭化甚至著火等現象�？讖竭^大，在壓模厚度不改變情況下，成型率難以保證，且壓出的顆粒燃料易松散。一般檸條顆粒飼料的�？字睆綖�4～6mm，檸條顆粒燃料的直徑一般取8～10mm。
4)�？椎拈L徑比為�？字睆脚c�？子行чL度之比。�？椎拈L徑比關系到成品的質量，長徑比越小即�？子行чL度越長，擠壓阻力越大，形成的顆粒密度也就越大，表面硬度相應提高，但能耗大、產量小，容易堵機；反之則情況相反。當物料被擠進�？缀�，物料要發生彈塑性變形，在模孔內分層擠壓成型，所以顆粒內存在應力。因此，物料在成形孔內必須有一定的滯留時間以保證顆粒的成形率，一般其取值范圍在1：4～1：10之間。但對于檸條這種粗纖維物料，為保證順利出料以及成形率，長徑比取得較小。檸條顆粒燃料的長徑比一般取1:4～1:5，檸條顆粒飼料的長徑比一般取1:5～1:8。
5)平模模板上的直徑確定以后，�？组g的間距越小，�？讛盗吭酱�，越有利于提高生產率；但是模板和模孔受到的力越大，越容易損壞。因此，模孔的合理均勻分布要求�？组g距要合理安排，以便在提高生產率的同時延長模板的壽命。
6)模板的耐磨性即模板選用的材質及熱處理，不僅影響到模板本身的壽命，同時影響顆粒的質量與產量。針對檸條這種特殊的生物質，其物料對模板的磨損性要遠大于秸稈等生物質，因此需要選用更好的材質才能到達模板的壽命要求。
4、結論
分析表明，可以選用平模式成型機實現檸條顆粒的成型。檸條顆粒飼料要求顆粒直徑4～6mm，密度為小于0.7g/cm3；選擇含水率介于16%～18%以及粒度小于2.5mm的物料，施加4KN的載荷于孔徑為4～6mm、長徑比介于1：4～1：5的模盤上。檸條顆粒燃料要求顆粒直徑8~10mm，密度在0.8～1.2g/cm3之間：選擇含水率介于15%～20%及粒度介于于2～3mm的物料，施加5～7kN的載荷于孔徑為8～10mm、長徑比介于1:5～1：8的模盤上。欲使成型機最終要實現兩種顆粒的成型，可以通過改變平模模孔直徑以及模孔長徑比等因素來實現兩種不同顆粒的加工成型。因此，在后續顆粒成型設備的研制中，平模是實現顆粒飼料與顆粒燃料的核心部件。本研究對于通過更換不同模盤來加工檸條顆粒飼料或燃料的通用成型加工裝備的設計提供了一定的參考。
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