07 第一节 辊压理论.1.doc

第1页：辊压操作的定义

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2页：理想辊压过程与变形参数

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

α 为接触角（即物料变形区对应的中心角），一般情况下 α 很小；D 为压辊直径，e 为压辊间隙，理论上 e=h1。

3、变形系数——（1）压下系数 δ

δ=h1/h0，因 h0＞h1，故 δ＜1

（2）延伸系数 λ

λ=L1/L0，因 L0＜L1，故 λ＞1

第3页：辊压运动计算与导入条件

3、宽展系数 β

β=b1/b0，因 b0≈b1，故 β≈1

4、δ、λ、β 之间的关系：由理想辊压条件 V0=V1 得 h0·b0·L0=h1·b1·L1，故 δ·λ·β＝1；因 β≈1，故 δ·λ≈1。设辊压次数为 n，则 h1=δ1·h0，h2=δ2·h1=δ1·δ2·h0……hn=δ1·δ2……δn·h0，总压下系数 δ=δ1·δ2……δn，同理 λ=λ1·λ2……λn。

三、辊压过程的运动计算：辊压前后物料体积不变（V0=V1），流量不变 Q0=Q1，故 h0·b0·u0=h1·b1·u1。因 b0≈b1，有 h0·u0=h1·u1，即 u1=λ1·u0。第二次辊压出口速度 u2=λ2·u1=λ1·λ2·u0；经 n 次辊压 un=λ总·u0，故 λ总＞1，un＞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点的受力包括 F（压辊对物料的合力）、T（摩擦力）、P（正压力）、φ（摩擦角）、α（导入角），以及各力的水平分力 Px、Tx 与垂直分力 Py、Ty。

第4页：导入条件与横压力概念

物料能被顺利导入辊隙，必须满足 Tx≥Px，即 F·sinφ·cosα≥F·sinα·cosφ，故 tgφ≥tgα，亦即 f≥tgα、φ≥α（f 为物料与压辊表面的摩擦系数）。

由式可知当 φ 一定时，压辊直径 D 与压下量 △h 之间应满足相应的结构尺寸关系。

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

横压力

物料通过压辊间隙时对压辊产生的径向作用力，始终垂直辊面，其作用结果是将两辊分离；在辊隙稍前处横压力值最大。

接触应力

物料对压辊产生的切向作用力，把物料拉入辊隙中；由于 b-b 界面处物料与压辊相对速度为零，该截面处的接触应力为零。

第5页：横压力计算与影响因素

2、横压力的计算：横压力是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。

压辊直径确定：由导入条件 tgφ≥tgα，经推导得 D≥△h/(1－cosφ) 等关系式。

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计算横压力很难，仅能借助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，根据流体力学原理推导得横压力计算公式 P=2·μ·u·R·L·(1/h0－1/e)。

• 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：滞后区为 abcd 区，超前区为 cdef 区。根据流体力学原理分析（无宽展），在 cd 截面有 ub=uH，故 u＞ub，即物料的压后运动速度大于压辊的线速度，称物料相对压辊的超前。

第6页：超前系数与生产能力计算

2、超前系数 ρ：由 huH=h2u 得 ρ=h/h2=u/uH＞1；因 uH=ub，设 h2=e（辊隙），故 u=ρ·ub。

超前角计算：h=h2+2(R－Rcosθ)=h2+4R·sin²(θ/2)，当 θ 很小时 ρ=1+R·θ²/h2。

3、生产能力计算：G=Q·γ=u·h2·b·γ=60·ρ·ub·h2·b·γ

• 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 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为多少；（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。