第二章 辊压机械 辊压操作：由旋转的压辊，对物料施以挤压、摩擦， 使通过辊隙的物料在此作用下形成一定形状、规格的操作
第二章 辊压机械 辊压操作：由旋转的压辊，对物料施以挤压、摩擦， 使通过辊隙的物料在此作用下形成一定形状、规格的操作
第一节 辊压理论 一、理想辊压过程 理想辊压条件： 1、每对压辊直径相等，速度相同，且同时启动。 2、被压物料等速运动。 3、物料仅受压辊的作用力。 4、物料连续，机械性质均匀 5、物料被压前后的体积不变。 二、辊压参数 1、物料辊压前后的变形量 绝对压下量：△h = h0 - h1 2、接触角 根据图可求得 一般情况下α很小 3、变形系数 (1)压下系数δ δ =h1/h0 ∵ h0＞h1 ∴ δ＜1 δ 变形 （2）延伸系数λ λ=L1/L0 1 cos 2 = − R h 2 2 sin 2 2 = R h R h = 2 1 2 sin R h 其中： α—接触角（即物料变形区对应 的中心角） D—压辊直径 e—压辊间隙 理论上 e = h1 D h R R h = − − = 1 2 1 cos R h 2 1 2
第一节 辊压理论 一、理想辊压过程 理想辊压条件： 1、每对压辊直径相等，速度相同，且同时启动。 2、被压物料等速运动。 3、物料仅受压辊的作用力。 4、物料连续，机械性质均匀 5、物料被压前后的体积不变。 二、辊压参数 1、物料辊压前后的变形量 绝对压下量：△h = h0 - h1 2、接触角 根据图可求得 一般情况下α很小 3、变形系数 (1)压下系数δ δ =h1/h0 ∵ h0＞h1 ∴ δ＜1 δ 变形 （2）延伸系数λ λ=L1/L0 1 cos 2 = − R h 2 2 sin 2 2 = R h R h = 2 1 2 sin R h 其中： α—接触角（即物料变形区对应 的中心角） D—压辊直径 e—压辊间隙 理论上 e = h1 D h R R h = − − = 1 2 1 cos R h 2 1 2
∵L 0＜L1 ∴ λ＞1 λ 延长量 （3）宽展系数β β= b1/b0 ∵b 0≈b1 ∴ β ≈ 1 （4）δ、λ、β之间的关系 由理想辊压条件 V0=V1 则：h 0 b 0 L 0 = h 1b 1L 1 或： ∴ δλβ＝1 ∵ β≈ 1 ∴ δ λ ≈1 如设辊压次数为 n，则辊压厚度上的变化为 h1=δ1 h0 h2=δ2h1=δ1δ2h0 . hn =δnh n-1=δ1δ2 .δ n h0 令总压下系数为 δ 则： δ= hn /h0 = δ1δ2 . δ n 同理得：λ= λ1λ2 . λ n 三、辊压过程的运动计算 根据理想辊压条件：辊压前后物料体积不变（V0 = V1 ) 则：Q0 = Q1 (辊压前后流量不变） ∴h 0 b0 u0 = h 1b1 u1 式中： u0 —物料在压辊入口处的速度 u1_—物料在压辊出口处的速度 ∵ b0≈b1 h 0 u0 = h 1 u1 或 u1=λ1 u0 第二次辊压出口速度：u2=λ2 u1= λ1λ2 u0 设经 n 次辊压： u n = λ1λ2 . λnu0= λ总 u0 ∴ λ总>1 u n >u0 四、导入条件与压辊直径的确定 （1）导入条件 接触区内物料 A 点的受力情况如图 0 1 0 1 0 1 1 u u h h u = = F—压辊对物料的合力 T—压辊对物料的摩擦力 P—压辊对物料的正压力 φ—摩擦角 α—导入角 P x、T x —P、T 水平分力 P y、T y —P、T 垂直分力
∵L 0＜L1 ∴ λ＞1 λ 延长量 （3）宽展系数β β= b1/b0 ∵b 0≈b1 ∴ β ≈ 1 （4）δ、λ、β之间的关系 由理想辊压条件 V0=V1 则：h 0 b 0 L 0 = h 1b 1L 1 或： ∴ δλβ＝1 ∵ β≈ 1 ∴ δ λ ≈1 如设辊压次数为 n，则辊压厚度上的变化为 h1=δ1 h0 h2=δ2h1=δ1δ2h0 . hn =δnh n-1=δ1δ2 .δ n h0 令总压下系数为 δ 则： δ= hn /h0 = δ1δ2 . δ n 同理得：λ= λ1λ2 . λ n 三、辊压过程的运动计算 根据理想辊压条件：辊压前后物料体积不变（V0 = V1 ) 则：Q0 = Q1 (辊压前后流量不变） ∴h 0 b0 u0 = h 1b1 u1 式中： u0 —物料在压辊入口处的速度 u1_—物料在压辊出口处的速度 ∵ b0≈b1 h 0 u0 = h 1 u1 或 u1=λ1 u0 第二次辊压出口速度：u2=λ2 u1= λ1λ2 u0 设经 n 次辊压： u n = λ1λ2 . λnu0= λ总 u0 ∴ λ总>1 u n >u0 四、导入条件与压辊直径的确定 （1）导入条件 接触区内物料 A 点的受力情况如图 0 1 0 1 0 1 1 u u h h u = = F—压辊对物料的合力 T—压辊对物料的摩擦力 P—压辊对物料的正压力 φ—摩擦角 α—导入角 P x、T x —P、T 水平分力 P y、T y —P、T 垂直分力
物料能被顺利导入辊隙，必须满足 T x ≥ P x Fsinφcosα ≥ Fsinαcosφ ∴ tg φ ≥ tgα 或 f ≥ tgα φ ≥ α f—物料与压辊表面的摩擦系数 2 、压辊直径确定 由导入条件：tg φ ≥ tgα 由式可之当φ一定时，△h D 结构尺寸 思考题：为什么连续辊压机中第一对压辊的直径一般较大，且开有沟槽？ 五、横压力 1、横压力的概念 物料通过压辊间隙时，物料将对压辊产生经向作用力和切向作用力。径向作用力叫 横压力；切向作用力叫接触应力。 横压力始终垂直辊面，其作用结果是将两辊分离。横压力的大小是随物料厚度的变化而变化 的。在辊隙稍前处横压力值最大。 接触应力把物料拉入辊隙中，但方向取决于物料相对压辊的速度，由于 b-b 界面处物料 与压辊相对速度为零，所以该截面处的接触应力为零。 2、横压力的计算 横压力时设计辊压机械的重要参数，其大小影响辊压机的结构参数和功率消耗， D h D D h tg − − − 2 2 ( ) 1− cos h D D h D D h D h D D h tg − − − = − − − = 2 2 2 2 ( ) 2 ) 2 ) ( 2 ( 经推导得：
物料能被顺利导入辊隙，必须满足 T x ≥ P x Fsinφcosα ≥ Fsinαcosφ ∴ tg φ ≥ tgα 或 f ≥ tgα φ ≥ α f—物料与压辊表面的摩擦系数 2 、压辊直径确定 由导入条件：tg φ ≥ tgα 由式可之当φ一定时，△h D 结构尺寸 思考题：为什么连续辊压机中第一对压辊的直径一般较大，且开有沟槽？ 五、横压力 1、横压力的概念 物料通过压辊间隙时，物料将对压辊产生经向作用力和切向作用力。径向作用力叫 横压力；切向作用力叫接触应力。 横压力始终垂直辊面，其作用结果是将两辊分离。横压力的大小是随物料厚度的变化而变化 的。在辊隙稍前处横压力值最大。 接触应力把物料拉入辊隙中，但方向取决于物料相对压辊的速度，由于 b-b 界面处物料 与压辊相对速度为零，所以该截面处的接触应力为零。 2、横压力的计算 横压力时设计辊压机械的重要参数，其大小影响辊压机的结构参数和功率消耗， D h D D h tg − − − 2 2 ( ) 1− cos h D D h D D h D h D D h tg − − − = − − − = 2 2 2 2 ( ) 2 ) 2 ) ( 2 ( 经推导得：
影响横压力的因素很多。 试验测得：物料硬度越大，温度越低，辊隙越小，横压力越大。 目前要从理论上准确的计算横压力很难，仅能借助于与食品物料相近的理论进行计算。 根据材料的蠕变理论计算横压力 假设物料为牛顿流体，根据流体力学原理进行推导，得横压力计算公式： 式中：P—横压力（kg） μ—粘度（kg.s/ cm2 ） u—压辊线速度（ cm/s) R—压辊半径（cm） L—压辊有效长度(cm） e —压辊间隙（cm） h0—物料在辊压前的厚度（cm） 理论计算有一定的误差，有条件可对类似设备进行实测。 六、生产能力计算 1、超前、滞后的概念 超前区：cdef 区 根据流体力学原理分析（无宽展） huH= h2u ∴ u＞uH 式中：ub —压辊线速度 ∵在 cd 截面有：ub= uH u—物料压后速度 ∴ u ＞ ub uH—cd 截面物料线速度 即物料的压后运动速度大 θ—超前角 于压辊的线速度，称物料 相对压辊的超前。 2、超前系数ρ 有图可知：huH= h2u ) 1 1 2 ( h0 e P = u R L − 滞后区：abcd 区 u’h1=huH 1 ' 1 = u u h h H 在 cd 截面 ∵ uH= ub ∴ ub＞u’ 1 2 = H u u h h
影响横压力的因素很多。 试验测得：物料硬度越大，温度越低，辊隙越小，横压力越大。 目前要从理论上准确的计算横压力很难，仅能借助于与食品物料相近的理论进行计算。 根据材料的蠕变理论计算横压力 假设物料为牛顿流体，根据流体力学原理进行推导，得横压力计算公式： 式中：P—横压力（kg） μ—粘度（kg.s/ cm2 ） u—压辊线速度（ cm/s) R—压辊半径（cm） L—压辊有效长度(cm） e —压辊间隙（cm） h0—物料在辊压前的厚度（cm） 理论计算有一定的误差，有条件可对类似设备进行实测。 六、生产能力计算 1、超前、滞后的概念 超前区：cdef 区 根据流体力学原理分析（无宽展） huH= h2u ∴ u＞uH 式中：ub —压辊线速度 ∵在 cd 截面有：ub= uH u—物料压后速度 ∴ u ＞ ub uH—cd 截面物料线速度 即物料的压后运动速度大 θ—超前角 于压辊的线速度，称物料 相对压辊的超前。 2、超前系数ρ 有图可知：huH= h2u ) 1 1 2 ( h0 e P = u R L − 滞后区：abcd 区 u’h1=huH 1 ' 1 = u u h h H 在 cd 截面 ∵ uH= ub ∴ ub＞u’ 1 2 = H u u h h
1 2 = = uh u h h ∵ uH= ub ∴u= ρub 设： h2 =e(辊隙） ∴h= h2 +2(R-Rcosθ)= h2 +2R ( 1-cosθ) = h2 +4R ∵ 当θ 很小时 超前角计算 式中：f—摩擦系数 3、生产能力计算 式中：G—生产能力（kg/h) Q—体积流量(m3/h) γ—物料压后密度（kg/ m3 ) u—物料压后速度(m/min) 作业：已知：饼干生产线上成型机输送面带的速度为 u4 =8m/min，现要为其设计一台连续 式饼干压片机，该压片机的三对压辊由一台电动机带动，压辊与面带的摩擦系数 f =0.8，D1= φ210mm， D2=φ180mm， D3=φ180mm， h0=35mm, h1=15mm, h2=10mm, h3=5mm。试 求：（1）辊压机三段帆布输送带的线速度各位多少？（2）辊压机三对压辊的线速度各为多 少?（3）如电 动机的转速为 1450rpm,减速机的传动比为 30， 试设计该压片机的传动系统， 并画出传动系统图。 2 2 2 ) 1 2 ( 4 1 e R h R = + = + (2 ) 4 1 sin 1 2 1 2 fR h h R h h − − − = G b u h b 60 b 2 = = = Q uh2
1 2 = = uh u h h ∵ uH= ub ∴u= ρub 设： h2 =e(辊隙） ∴h= h2 +2(R-Rcosθ)= h2 +2R ( 1-cosθ) = h2 +4R ∵ 当θ 很小时 超前角计算 式中：f—摩擦系数 3、生产能力计算 式中：G—生产能力（kg/h) Q—体积流量(m3/h) γ—物料压后密度（kg/ m3 ) u—物料压后速度(m/min) 作业：已知：饼干生产线上成型机输送面带的速度为 u4 =8m/min，现要为其设计一台连续 式饼干压片机，该压片机的三对压辊由一台电动机带动，压辊与面带的摩擦系数 f =0.8，D1= φ210mm， D2=φ180mm， D3=φ180mm， h0=35mm, h1=15mm, h2=10mm, h3=5mm。试 求：（1）辊压机三段帆布输送带的线速度各位多少？（2）辊压机三对压辊的线速度各为多 少?（3）如电 动机的转速为 1450rpm,减速机的传动比为 30， 试设计该压片机的传动系统， 并画出传动系统图。 2 2 2 ) 1 2 ( 4 1 e R h R = + = + (2 ) 4 1 sin 1 2 1 2 fR h h R h h − − − = G b u h b 60 b 2 = = = Q uh2