انتخاب دای و رولر و اثر پارامترهای آن‌ها بر ظرفیت و کیفیت پلت

در خط پلت، بسیاری از مشکلاتی که در ظاهر به «فرمول جیره» یا «کیفیت مواد اولیه» نسبت داده می‌شود، ریشه در انتخاب و تنظیم غلط دای و رولر دارد. دای و رولر در عمل «گلوگاه تبدیل خوراک مشروط شده به پلت» هستند: اگر سطح باز، نسبت فشردگی، جنس و الگوی سوراخ‌ها با نوع خوراک و هدف تولید همخوان نباشد، نتیجه معمولاً یکی از این سناریوهاست: افت ظرفیت، افزایش آمپر و مصرف انرژی، بالا رفتن دمای محصول و آسیب به مواد حساس، یا پلت شکننده با ریزدانه زیاد. از آن طرف، انتخاب درست دای و رولر می‌تواند همزمان سه هدف متعارض را متعادل کند: ظرفیت پایدار، انرژی ویژه کمتر (kWh/ton) و کیفیت پلت قابل قبول (دوام و یکنواختی). این مقاله با نگاه فرآیندی، پارامترهای مؤثر را باز می‌کند و نشان می‌دهد چگونه برای شرایط رایج کارخانه‌های خوراک ایران، از «حدس و تجربه فردی» به «تصمیم مهندسی قابل تکرار» برسیم.

نقش دای و رولر در فرآیند پلت و شاخص‌های عملکرد

دای (Die) صفحه یا رینگ سوراخ‌دار است که خوراک با فشار رولر از آن عبور می‌کند و در خروجی به شکل رشته‌های فشرده برش می‌خورد. رولرها (Rollers) با ایجاد نیروی فشاری و برشی روی بستر خوراک، هم خوراک را به سوراخ‌ها «تغذیه» می‌کنند و هم اصطکاک لازم برای فشرده‌سازی را شکل می‌دهند. بنابراین، هندسه دای و وضعیت رولر مستقیماً بر سه حوزه اثر می‌گذارد:

• ظرفیت: نرخ عبور جرم از سوراخ‌ها تابع سطح باز دای، قابلیت تغذیه رولر، و مقاومت عبور (که با نسبت فشردگی و ویژگی مواد تغییر می‌کند) است.

• مصرف انرژی و آمپر: هرچه مقاومت عبور بیشتر باشد یا رولر لغزش داشته باشد، انرژی ویژه افزایش می‌یابد و در نهایت به محدودیت موتور/گیربکس می‌رسید.

• کیفیت پلت: دوام (PDI/دوام مکانیکی)، یکنواختی طول، میزان ریزدانه و ظاهر سطح پلت به الگوی فشردگی، دما و رطوبت در لحظه عبور از دای وابسته است.

برای تصمیم‌سازی، بهتر است چند شاخص را کنار هم ببینید: ظرفیت (تن بر ساعت)، انرژی ویژه (kWh/ton)، آمپر پایدار، درصد ریزدانه بعد از کولر و انتقال، نرخ برگشتی از سرند، و نرخ تعویض/سایش قطعات. تمرکز روی یک شاخص (مثلاً صرفاً افزایش ظرفیت) معمولاً به هزینه کیفیت یا عمر دای تمام می‌شود.

پارامترهای کلیدی دای: قطر سوراخ، سطح باز و الگوی سوراخ‌کاری

در کارخانه، قطر سوراخ دای اغلب به عنوان «تنها تصمیم» دیده می‌شود، در حالی که اثر واقعی از ترکیب قطر، تعداد سوراخ‌ها، ضخامت و الگوی سوراخ‌کاری می‌آید. سه مفهوم عملی برای مهندس تولید مهم است:

• قطر سوراخ: افزایش قطر معمولاً عبورپذیری را بالا می‌برد و برای یک نسبت فشردگی ثابت، ظرفیت را بهتر می‌کند؛ اما اگر با هدف گونه/مرحله تولید همخوان نباشد، ریزدانه و جدایش در دانخوری افزایش می‌یابد.

• سطح باز (Open Area): سهم سطح سوراخ‌ها از سطح موثر دای. سطح باز بالاتر به معنی مسیرهای عبور بیشتر و بالقوه ظرفیت بالاتر است، ولی می‌تواند استحکام مکانیکی دای را کاهش دهد و به ترک‌خوردگی یا تغییر شکل نزدیک کند، به‌خصوص در شرایط ارتعاش و ضربه.

• الگوی سوراخ‌کاری و فاصله بین سوراخ‌ها: اگر فاصله کم باشد، دای در برابر تنش و سایش موضعی حساس‌تر می‌شود؛ اگر فاصله زیاد باشد، سطح باز محدود می‌شود و ظرفیت با افزایش فشار جبران می‌گردد که انرژی را بالا می‌برد.

در خوراک‌های رایج ایران (طیور گوشتی و تخمگذار، نشخوارکنندگان) تغییرات کیفیت مواد (رطوبت، اندازه ذره، درصد چربی، نوع کنجاله) زیاد است. بنابراین، بهتر است دای را طوری انتخاب کنید که «پنجره عملیاتی» وسیع‌تری داشته باشد؛ یعنی در نوسانات مواد، به سرعت از محدوده آمپر مجاز خارج نشود و کیفیت پلت سقوط نکند.

نسبت فشردگی (L/D) و اثر آن بر ظرفیت، انرژی و دوام پلت

نسبت فشردگی یا L/D معمولاً به صورت نسبت طول موثر سوراخ به قطر سوراخ تعریف می‌شود. هرچه L/D بالاتر باشد، مسیر عبور طولانی‌تر و مقاومت اصطکاکی بیشتر است؛ در نتیجه خوراک بیشتر فشرده می‌شود و پلت غالباً دوام بالاتری می‌گیرد، اما بهای آن افزایش انرژی و کاهش ظرفیت است. در عمل، انتخاب L/D باید «متناسب با قابلیت چسبندگی و پلت‌پذیری فرمول» انجام شود، نه صرفاً با هدف افزایش PDI.

برای بسیاری از فرمول‌ها، افزایش بی‌محابای L/D می‌تواند این پیامدها را تشدید کند:

• افزایش آمپر و ریسک تریپ در نوسان رطوبت و دما

• بالا رفتن دمای خروجی پلت و فشار روی کولر (افزایش ریزدانه در انتقال)

• افزایش سایش و کاهش عمر اقتصادی دای

از طرف دیگر، L/D پایین‌تر عبور را آسان می‌کند و ظرفیت را بالا می‌برد، اما اگر فرمول چسبندگی کافی نداشته باشد (مثلاً درصد فیبر نامحلول بالا، رطوبت کم، یا ژلاتینه شدن ناکافی نشاسته)، پلت شکننده می‌شود. راه‌حل بهینه معمولاً ترکیبی است: انتخاب L/D متعادل به همراه کنترل اندازه ذره، کیفیت مشروط‌سازی (بخار/زمان ماند)، و تنظیم رولر برای جلوگیری از لغزش.

جنس و ساخت دای: فولاد آلیاژی، عملیات حرارتی و مقاومت به سایش/خستگی

در محیط پلت، دای همزمان با سایش ساینده (ذرات معدنی، سیلیس، پوسته‌ها)، خوردگی (رطوبت و نمک‌ها) و خستگی مکانیکی (تنش‌های تناوبی) روبه‌روست. بنابراین جنس دای و کیفیت عملیات حرارتی نقش مستقیم در پایداری تولید دارد. انتخاب صرفاً بر اساس قیمت اولیه، معمولاً هزینه کل مالکیت را بالا می‌برد چون توقفات، افت کیفیت و تعویض زودهنگام ایجاد می‌شود.

چک‌لیست صنعتی برای ارزیابی دای (بدون ورود به برند) شامل این موارد است:

• یکنواختی سختی: سختی سطح و عمق باید کنترل‌شده باشد تا هم در برابر سایش مقاوم بماند و هم شکنندگی بیش از حد ایجاد نشود.

• کیفیت پرداخت و پروفایل ورودی سوراخ: ورودی مناسب (chamfer/کانتور) به تغذیه بهتر کمک می‌کند و آمپر را در شروع کار پایین می‌آورد.

• پایداری ابعادی: دای با کیفیت پایین ممکن است در بارهای بالا تاب بردارد یا ترک‌های ریز ایجاد کند که به شکست ناگهانی ختم می‌شود.

برای خوراک‌هایی با مواد ساینده‌تر (مثلاً وجود ناخالصی معدنی در برخی محموله‌ها)، توجه به مقاومت سایشی اهمیت بیشتری دارد. با این حال، هیچ جنسی جایگزین کنترل کیفیت مواد ورودی و آهن‌ربا/الک مناسب نیست؛ چون ورود ذرات سخت می‌تواند هم دای و هم رولر و هم گیربکس را تحت فشار قرار دهد.

پارامترهای رولر: طراحی شیار، فشار تماس و تنظیم فاصله رولر-دای

رولرها فقط «فشاردهنده» نیستند؛ آن‌ها مسئول تغذیه یکنواخت بستر خوراک به سوراخ‌ها هستند. طراحی سطح رولر (شیاردار، دندانه‌ای، یا الگوهای ترکیبی) و مهم‌تر از آن، تنظیم فشار تماس، تعیین می‌کند که خوراک چگونه به دای وارد شود: یکنواخت و پایدار یا همراه با لغزش و ضربه.

در بهره‌برداری، سه نقطه تنظیمی بیشترین اثر را دارد:

• فاصله رولر تا دای: فاصله زیاد باعث لغزش، تغذیه ضعیف، افزایش ریزدانه و نوسان آمپر می‌شود. فاصله خیلی کم باعث تماس فلز-فلز، تولید حرارت موضعی، سایش شدید و ریسک آسیب به یاتاقان‌ها می‌گردد.

• هم‌محوری و یکنواختی تماس: اگر رولرها تراز نباشند، فشار در یک نقطه بالا می‌رود و به سایش موضعی و «راه افتادن مسیرهای ترجیحی» روی دای منجر می‌شود؛ در نتیجه کیفیت پلت ناپایدار می‌شود.

• الگوی سطح رولر: در خوراک‌های چرب‌تر یا رطوبت بالاتر، الگوی سطح باید از لغزش جلوگیری کند؛ در فرمول‌های خشک‌تر، افزایش بیش از حد تهاجم سطح می‌تواند ریزدانه تولید کند و خوراک را خردتر نماید.

برای تیم تولید، نشانه‌های رولر نامناسب یا تنظیم غلط معمولاً این‌هاست: افزایش ناگهانی آمپر با ظرفیت ثابت، صدای غیرعادی و ضربه‌ای، دمای غیرمتعارف روی بدنه، افزایش برگشتی سرند، و تفاوت محسوس کیفیت پلت بین شروع و میانه شیفت. تشخیص سریع و اصلاح تنظیم، از تعویض زودهنگام دای و توقفات بلند جلوگیری می‌کند.

چالش‌های رایج خط پلت در ایران و راه‌حل‌های قابل اجرا

شرایط تأمین مواد اولیه، نوسان کیفیت محموله‌ها و محدودیت‌های انرژی، باعث می‌شود تنظیمات «ایده‌آل ثابت» در بسیاری از کارخانه‌های ایران جواب ندهد. در ادامه چند چالش پرتکرار و راه‌حل‌های عملی (بدون اتکا به ادعاهای قطعی) آمده است:

• چالش: آمپر بالا و ظرفیت پایین بعد از تعویض دای
  راه‌حل: بررسی کنید دای به‌درستی جا افتاده و فرآیند جااندازی (run-in) با خوراک مناسب انجام شده باشد؛ ورودی سوراخ‌ها و پرداخت سطح موثر است. همچنین فاصله رولر-دای را دوباره تنظیم کنید و از لغزش اطمینان بگیرید.

• چالش: پلت شکننده و ریزدانه زیاد با آمپر نسبتاً پایین
  راه‌حل: احتمال L/D پایین برای آن فرمول یا مشروط‌سازی ناکافی مطرح است. قبل از تغییر دای، اندازه ذره، یکنواختی آسیاب و کیفیت بخار/زمان ماند را بررسی کنید؛ سپس درباره افزایش L/D یا تغییر قطر تصمیم بگیرید.

• چالش: دمای بالای پلت و فشار روی کولر
  راه‌حل: مقاومت عبور زیاد (L/D بالا یا گرفتگی/آلودگی سوراخ‌ها) و نیز فشار تماس بیش از حد رولر می‌تواند علت باشد. برنامه تمیزکاری و پایش گرفتگی، همراه با تنظیم فشار تماس، کمک می‌کند.

• چالش: سایش موضعی دای و تغییر کیفیت در طول زمان
  راه‌حل: هم‌محوری رولرها و توزیع یکنواخت خوراک روی دای را چک کنید؛ همچنین کیفیت جداکننده‌های فلزی، آهن‌ربا و کنترل ناخالصی معدنی را تقویت کنید.

نکته مدیریتی: هر تغییر در دای یا رولر را مثل یک «آزمایش کنترل‌شده» اجرا کنید: ظرفیت، آمپر، انرژی ویژه، دمای خروجی و ریزدانه را در یک فرم ثابت ثبت کنید تا تصمیم بعدی داده‌محور باشد.

جدول مقایسه تصمیم‌ها: اثر تغییرات دای و رولر بر ظرفیت، انرژی و کیفیت

جدول زیر جهت‌گیری اثرات را نشان می‌دهد. شدت اثر به نوع فرمول، کیفیت بخار، اندازه ذره و وضعیت نگهداری وابسته است؛ بنابراین آن را به‌عنوان نقشه تصمیم‌گیری استفاده کنید، نه نسخه ثابت.

جمع بندی: چگونه انتخاب دای و رولر را به تصمیم قابل تکرار تبدیل کنیم

انتخاب دای و رولر وقتی به نتیجه اقتصادی می‌رسد که به جای «انتخاب یک عدد» (مثلاً قطر یا L/D) به یک بسته تصمیم نگاه کنید: مشخصات دای (قطر، سطح باز، L/D و جنس) باید با پلت‌پذیری فرمول و محدودیت‌های خط (توان موتور، ظرفیت کولر، کیفیت بخار و آسیاب) هم‌راستا باشد. در کنار آن، رولرها باید تغذیه یکنواخت ایجاد کنند؛ نه اینکه با فشار بیش از حد، انرژی و سایش را بالا ببرند. بهترین مسیر اجرایی برای کارخانه این است که برای هر محصول اصلی، یک پروفایل هدف تعریف کند (ظرفیت، انرژی ویژه، ریزدانه، دمای خروجی) و هر تغییر دای/رولر را با ثبت داده‌های قبل و بعد ارزیابی کند. در نهایت، پایداری تولید و کیفیت پلت، حاصل هماهنگی «قطعه درست»، «تنظیم درست» و «کنترل فرآیند» است؛ نه اتکا به تجربه فردی یا تعویض‌های پیاپی بدون تحلیل.

سوالات متداول

۱. از کجا بفهمیم مشکل پلت از دای و رولر است یا از فرمول و بخار؟

پایدار بودن آمپر، دمای خروجی، درصد ریزدانه و تغییرات آن‌ها در شیفت‌های مختلف را کنار هم ببینید؛ نوسان آمپر و صدای غیرعادی بیشتر به رولر/تنظیم مربوط است و افت دوام با آمپر پایین اغلب به مشروط سازی یا فرمول برمی گردد.

۲. آیا افزایش L/D همیشه کیفیت پلت را بهتر می کند؟

خیر، L/D بالاتر می تواند دوام را بالا ببرد اما همزمان انرژی و دما را افزایش می دهد؛ اگر بخار و رطوبت و اندازه ذره مناسب نباشد، نتیجه ممکن است گرفتگی، تریپ و حتی افت کیفیت در انتقال باشد.

۳. چرا بعد از تعویض دای، آمپر بالا می رود و ظرفیت کم می شود؟

دای نو معمولاً نیاز به جااندازی دارد و پرداخت ورودی سوراخ ها هنوز به حالت پایدار نرسیده است؛ تنظیم مجدد فاصله رولر-دای و اجرای جااندازی با خوراک مناسب، معمولاً آمپر را به محدوده عادی برمی گرداند.

۴. فاصله مناسب رولر و دای چقدر است؟

یک عدد ثابت برای همه خطوط و فرمول ها وجود ندارد؛ فاصله باید به گونه ای تنظیم شود که لغزش رخ ندهد و تماس فلز-فلز ایجاد نشود، سپس با معیارهای آمپر پایدار، دمای خروجی و ریزدانه، نقطه بهینه تثبیت گردد.

۵. آیا دای با سطح باز بیشتر همیشه ظرفیت را بالا می برد؟

اغلب سطح باز بالاتر به عبورپذیری کمک می کند، اما اگر استحکام دای کافی نباشد یا کیفیت ساخت پایین باشد، ریسک ترک و تغییر شکل بالا می رود و توقفات می تواند سود ظرفیت بالاتر را از بین ببرد.

منابع:

FAO. Feed and Nutrition.
U.S. Department of Agriculture (USDA). Foreign Agricultural Service (FAS) Reports and Data.