■曹麗英 韋安寧 李 震史興華 李魏魏 趙鈺龍

（內(nèi)蒙古科技大學機械工程學院，內(nèi)蒙古包頭041010）

我國是全球第二大飼料生產(chǎn)國[1]，國內(nèi)大約一半以上的飼料是用錘片式粉碎機粉碎的[2]。許多相關研究結果表明：粉碎粒度對飼料營養(yǎng)成分有效利用及畜禽生長和生產(chǎn)性能有顯著的影響，適宜的粉碎粒度有利于飼料的混合、調(diào)質(zhì)、制粒、膨脹、擠壓膨化等[3-4]。隨著畜禽飼養(yǎng)水平的提高，飼養(yǎng)者對飼料加工質(zhì)量的要求也不斷提高，因此如何高效率、低耗能的工業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料成為行業(yè)的研究熱點。

本文針對課題組研制的新型錘片式飼料粉碎機樣機，以玉米為原料，根據(jù)不同飼料粒度生產(chǎn)要求，采用正交旋轉中心組合設計試驗方法,對影響新型錘片式飼料粉碎機樣機粉碎后飼料粒度的主要影響因素進行試驗，確定粉碎后飼料的幾何平均粒度與篩片孔徑、粉碎機主軸轉速和飼料生產(chǎn)時喂入速度的關系[5-6]，得到了一些有價值的數(shù)據(jù)，可供課題組后人和同行參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

玉米：采用2015年收獲的內(nèi)蒙古包頭地區(qū)種植的黃玉米，符合GB/T 17890—2008《飼料用玉米》，常溫保存并堆積。采用帶回料管裝置的新型錘片式飼料粉碎機，由課題組前期自行研制，如圖1，其主要設計工作參數(shù)如表1所示；TYPE Y132S1-2型三相異步電動機（南京韓速電機有限公司）；標準樣品分析篩（方孔，篩孔孔徑分別為5、6、8、10、12、14、16、18目，河南省鶴壁市天弘儀器有限公司）；ACS-計價型電子秤（武義大河電子有限公司），精度0.01 g；SF-011型棉糧含水測量儀（德州雙豐電子有限公司），精度0.1%;ON START 300型電子秒表（迪卡儂體育用品公司），分辨率0.01 s。

圖1 錘片式飼料粉碎機

表1 錘片式飼料粉碎機主要設計參數(shù)

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗流程

依照GB/T 10362—2008《糧油檢驗 玉米水分測定》，用含水測量儀測量玉米含水率，將其調(diào)成12%～18%左右。用電子秤分別稱取5、5.5、6、6.5、7 kg 5組喂入量的玉米，以備試驗使用。根據(jù)飼料生產(chǎn)及試驗要求，選用4、8、14、18、30目5種孔徑的篩網(wǎng)，傾角為60°。主軸轉速由變頻器來調(diào)節(jié)。每組試驗保證物料從料斗投入的時間大致相同，控制在10 s左右，每組試驗結束后清理粉碎機，保證粉碎室內(nèi)無飼料殘留，粉碎后飼料按對應編號裝入袋中，用以供粒度分析使用。

幾何平均粒度是衡量飼料粉碎后質(zhì)量的重要評價性能之一，用它描述顆粒大小更準確，有利于粉碎后物料在數(shù)值上進行有意義的比較[7-9]。本試驗以幾何平均粒度為指標進行試驗，求出試驗指標的回歸方程，找出本新型錘片式飼料粉碎機樣機粉碎玉米飼料原料情況下篩片孔徑、主軸轉速和喂入量與幾何平均粒度之間的關系。

1.2.2 幾何平均粒度的測定

根據(jù)GB/T 6971—2007《飼料粉碎機 試驗方法》，每組分別稱取試驗粉碎后飼料100 g，用標準樣品分析篩進行篩分。直到最下層分析篩基本無物料透篩為止，約5 min，將各層分析篩篩上物分別稱重并記錄。幾何平均粒度計算方法如式（1）。

式中：Xgm——幾何平均粒度(μm)；

di——第 i層篩篩孔直徑(μm)；

di+1——比第i層篩大的相鄰篩的篩孔直徑(μm)；

Wi——第i層篩上物重量（g）。

1.2.3 試驗設計

采用3因素5水平一次回歸正交旋轉中心組合設計試驗法，參考相關研究以及課題組前期相關試驗結果[10-12]，選擇篩片孔徑、主軸轉速和喂入量為影響因素，以幾何平均粒度為評價指標，并以-2、-1、0、1、2分別代表影響因素的各水平，臂長γ=2，共25組處理組合，每組3個重復。x1～x3表示各自變量的真實值，X1～X3表示各自變量的編碼值，Y表示評價指標的試驗值，如表2所示。

2 結果與分析

2.1 試驗結果

試驗數(shù)據(jù)應用SPSS 18.0軟件對各因素與試驗指標進行回歸分析和檢驗。試驗方案與結果如表3所示。

表2 各變量水平設計

2.2 試驗分析與討論

2.2.1 幾何平均粒度回歸方程

玉米的幾何平均粒度回歸方程分析結果如表4、表5、表6所示，調(diào)整后R2值為0.982，大于0.800[13],說明回歸方程與試驗值在整體上符合程度較高。由表4可知，F(xiàn)=444.441，說明擬合水平良好，表明方程模型可用于預測本錘片式飼料粉碎機粉碎玉米時的幾何平均粒度。由表5可知，篩片孔徑、主軸轉速、喂入量對幾何平均粒度的Sig.值分別為0.000、0.003、0.048，均小于0.05，表明篩片孔徑、主軸轉速和喂入量與因變量間回歸關系顯著。由表6中Pearson相關性可知，各因素間相關系數(shù)均為0.000，說明三者互不相關，對試驗指標影響相互獨立，各因素沒有交互作用。由表5可知，幾何平均粒度與各因素編碼值的一次回歸方程為式（2）所示。

表3 試驗方案及結果

表4 模型匯總

表5 系數(shù)

表6 相關性

圖2 單因素與幾何平均粒度關系

2.2.2 各因素對幾何平均粒度影響規(guī)律分析

圖2所示，為將另兩個因素水平編碼值固定在0時，得到的某一因素的回歸模型線圖。由圖2可知，篩片孔徑對幾何平均粒度的影響較主軸轉速和喂入量對幾何平均粒度的影響明顯，幾何平均粒度與篩片孔徑、主軸轉速和喂入量呈線性關系。隨著篩片孔徑的增大，幾何平均粒度呈顯著增大趨勢[14]。篩片孔徑從30目增大到14目，過篩后飼料幾何平均粒度增大了40.8%，篩片孔徑從14目增大到4目，幾何平均粒度增大了29.0%。篩片孔徑與幾何平均粒度的關系為：

隨著主軸轉速和喂入量的增加，幾何平均粒度呈增大趨勢，但變化較為平緩，說明在本試驗的設置范圍內(nèi)，主軸轉速和喂入量的變化對幾何平均粒度影響不大。當飼料在粉碎室內(nèi)被連續(xù)旋轉的錘片粉碎時，絕大部分飼料顆粒在錘片高速撞擊下，在粉碎室內(nèi)與空氣一起隨旋轉的錘片形成氣體-固體兩相流體，少部分顆粒在粉碎室內(nèi)進行無規(guī)則運動[15]。當粉碎后飼料運動至粉碎室豎直切線方向時，在空氣流帶動和錘片撞擊雙重作用下進入分離裝置，并繼續(xù)運動至出料口篩片處，符合篩片孔徑粒度的顆粒過篩，過大顆粒經(jīng)回料管再次流入粉碎室進行循環(huán)粉碎直至粒度減小到可通過篩片孔隙為止。當主軸轉速為-2和-1水平（即主軸轉速小于2 000 r/min）、喂入量為-2和-1水平（即喂入量在5～5.5 kg范圍內(nèi)）時，粉碎室內(nèi)氣-固兩相流流速較慢，密度較小，運動至篩片處飼料顆粒較少，單位時間內(nèi)過篩的飼料少，導致剩余飼料在粉碎室內(nèi)被多次粉碎，飼料整體過篩較慢，因此幾何平均粒度?。划斨鬏S轉速為1和2水平（即主軸轉速大于2 500 r/min）、喂入量為1和2水平（即喂入量在6.5～7 kg范圍內(nèi)）時，粉碎室內(nèi)氣-固兩相流流速較快，密度較大，運動至篩片處飼料顆粒較多，單位時間內(nèi)過篩的飼料多，飼料整體過篩較快，重復粉碎的現(xiàn)象減少，因此幾何平均粒度較大。

3 結論

①篩片孔徑對粉碎后飼料的幾何平均粒度影響較明顯，呈線性關系,幾何平均粒度隨篩片孔徑增大而增大。依據(jù)線性回歸方程可粗略推算本新型錘片式飼料粉碎機粉碎玉米原料時的幾何平均粒度，并可根據(jù)不同粒度生產(chǎn)要求選擇特定孔徑篩片。

②在此次試驗設置范圍內(nèi)，主軸轉速和喂入量對幾何平均粒度有一定影響，主軸轉速和喂入量增加，幾何平均粒度呈增大趨勢，但變化較為平緩。

③每組試驗飼料喂入進料斗時間難以嚴格控制，喂入量誤差難以避免。在大于此試驗設置范圍以外，喂入量越高幾何平均粒度并不一定越大，需要課題組下一步繼續(xù)進行研究。