薛曉軍 余昊馳

摘要：飼料粉碎機是加工和制備飼料的重要設備之一。眾所周知，飼料成本約占養(yǎng)豬成本的70%，飼料加工調(diào)制的好壞直接關(guān)系到規(guī)?；B(yǎng)豬的生產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益。在養(yǎng)豬中，準備飼料尤為重要。飼料粉碎機種類繁多，根據(jù)粉碎原料、生產(chǎn)能力、匹配功率、出料方式、粉塵、噪音等有不同的選擇。錘式粉碎機和爪式粉碎機被廣泛使用。錘式破碎機結(jié)構(gòu)簡單，適用于破碎各種物料，生產(chǎn)效率高，但耗電量大，噪音大;齒爪破碎機主要用于破碎礦物原料和輔料。

關(guān)鍵詞：飼料粉碎機;結(jié)構(gòu)特點;性能分析

引言

飼料粉碎過程是在高速旋轉(zhuǎn)情況下進行飼料原料粉碎過篩的過程，飼料粉碎機的工作性能直接影響飼料的粉碎結(jié)果。影響飼料粉碎機的因素較多，而錘片的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和篩片直徑是影響飼料粉碎性能的決定性因素。為此，利用聚類算法對飼料粉碎機錘片及篩片直徑等相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，并利用試驗對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行驗證。隨著篩片直徑的不斷增大，粉碎機的生產(chǎn)率不斷增大，生產(chǎn)相同質(zhì)量的飼料所耗電量逐步降低;在相同的篩片直徑條件下，飼料粉碎平均粒徑大致相同，說明篩片直接影響飼料粉碎機的粉碎效果。

1飼料粉碎機的研發(fā)內(nèi)容

目前，錘式破碎機的出口工藝主要有機械運輸和輔助吸入或空氣動力運輸兩種?？諝鈩恿斔瓦m用于粉碎成品粒度較低的材料，但對材料物理特性的變化敏感，材料要求較高，設計要求較高。固體錘式破碎機的出口工藝一般是機械的。機械運輸必須配有輔助空氣吸收裝置，以確保運輸順暢。常見的吸空氣裝置通常包括：將物料絞盤安裝在絞盤架下，將吸空氣罩安裝在絞盤上，然后連接容易被水汽和灰塵阻擋的除塵裝置，從而大大降低風扇的使用效率。為了應對這些挑戰(zhàn)，可以在傳統(tǒng)研磨機的基礎上進行改進，設計一種自吸收和強化的多功能研磨機，解決材料堵塞、內(nèi)部原材料殘馀物粉碎等問題，提高進料破碎精細度，以及 時尚、高效和節(jié)省勞力的形式，應廣泛用于中小型農(nóng)場。

2自吸式粉碎混合機

自吸式粉碎混合機組系列自吸式粉碎混合機組是專門為農(nóng)村養(yǎng)殖者、小型養(yǎng)殖場和中小型配合飼料廠設計的集自吸、粉碎、攪拌于一體的小型配合飼料加工設備，主要用于玉米粒、大豆、大米等顆粒狀農(nóng)產(chǎn)品的粉碎。它具有一人操作方便、節(jié)省人力成本、結(jié)構(gòu)簡單、損壞少、占地面積小、維修方便等特點。還具有無專用生產(chǎn)場地、混合均勻、產(chǎn)量大的特點，可生產(chǎn)預混料、濃縮料、全價粉等。自吸式粉碎混合機組可一次性完成粉碎混合作業(yè)，也可獨立工作。自吸式粉碎混合機組可大大降低設備電耗，與同類設備相比可節(jié)約25%左右。使用開機時，要注意先啟動攪拌機，再啟動粉碎機;關(guān)機時，先關(guān)掉粉碎機，再關(guān)掉攪拌機。如果由于斷電導致機器中有許多材料，則應排出這些材料。物料少時，采用點開方式，避免損壞機器。

3錘片式飼料粉碎機

改善粉碎機的工作性能，提升其物料的篩分效率是關(guān)鍵。為了探究影響粉碎機篩分效率的因素，早期首先采用高速攝影機對粉碎室內(nèi)物料的運動情況進行試驗;運用高速攝影技術(shù)對錘片式粉碎機粉碎過程中物料狀態(tài)進行研究，證實了粉碎室內(nèi)部物料環(huán)流層的存在;采用同位素示蹤法對錘片式粉碎機粉碎室內(nèi)篩片動態(tài)響應規(guī)律、物料運動規(guī)律進行研究。20世紀八九十年代，國內(nèi)學者也利用高速攝影技術(shù)對粉碎機的工作機理及物料在粉碎室內(nèi)的運動規(guī)律進行研究。提出了，物料環(huán)流層是影響粉碎機的能耗和效率的重要因素之一。對錘片式粉碎機的喂料量、進風量與度電產(chǎn)量進行了研究，通過數(shù)學計算得到了粉碎效率最佳時的理論參數(shù)取值區(qū)間，這為整機的設計參數(shù)提供了支持;對于傳統(tǒng)粉碎加工過程中的相關(guān)現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)錘篩間隙及錘片的排列方式使加工產(chǎn)品的顆粒大小不同，從而提高飼料加工的質(zhì)量;環(huán)流層是造成其功耗大、效率低的主要原因，指出可通過改變粉碎機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來降低環(huán)流速度，從而提升效率、降低能耗。

4對錘片式飼料粉碎機的優(yōu)化

在錘片式飼料粉碎機的研究和優(yōu)化過程中，進行了大量研究和試驗。利用FLUENT軟件對整機的分離裝置進行了數(shù)學建模，模擬了粉碎室內(nèi)部工況條件下的物料的運動規(guī)律，選取了粉碎過程中的重要因數(shù)，對物料篩分效率及其影響因素的關(guān)系進行了分析;通過FLUENT建立了粉碎室流場和其運動網(wǎng)格的數(shù)學模型，在此基礎上設計UDF算法，得到粉碎機內(nèi)部的速度場云圖和不同入口速度下的流場中的最大速度值，得出當增加肋片數(shù)后，最大速度數(shù)值明顯大于不加肋片，為提高機械效率提供參考;為提高粉碎機篩分效率，對篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行改進，對凹型和平板型兩者對比，經(jīng)EDEM仿真和試驗的驗證，在相同時刻，凹面型過篩物料明顯大于平板型，提出凹面型篩網(wǎng)對篩分效率的提高有顯著作用等。

4.1利用聚類算法優(yōu)化

飼料粉碎機的結(jié)構(gòu)是由不同的設計參數(shù)堆疊而成，在相關(guān)設計參數(shù)中，部分設計參數(shù)是因使用條件及技術(shù)要求等確定的參數(shù)，優(yōu)化過程中此類參數(shù)保持原始要求;另一種與預定參數(shù)無關(guān)的參數(shù)在設計過程中可利用一系列限制條件進行優(yōu)化，此類參數(shù)也可稱為設計過程變量。隨著設計過程中優(yōu)化參數(shù)的不斷增加，設計過程自由度增加，過程復雜，產(chǎn)品多樣性也隨之增加。利用聚類算法進行粉碎機性能優(yōu)化時，以設計變量為自變量，建立設計變量空間，設計變量的個數(shù)稱為設計空間自由度。對飼料粉碎機工作性能相關(guān)影響因素的分析，利用聚類算法對飼料粉碎機性能進行優(yōu)化，并對優(yōu)化后的飼料粉碎機結(jié)構(gòu)參數(shù)進行試驗驗證。結(jié)果表明：隨著篩片直徑的增大，飼料粉碎機的生產(chǎn)率逐漸增大;生產(chǎn)相同質(zhì)量的飼料，耗電量隨著篩片直徑的增長也逐漸增大;在同一種篩片直徑條件下，飼料平均粒徑近似相等。由此說明，粒徑受篩片直徑直接影響，隨著篩片直徑的增大，飼料平均粒徑也不斷增大。

4.2以EDEM-FLUENT耦合為基礎的分離運動分析

錘片式粉碎機內(nèi)物料顆粒在分離裝置中的運動十分復雜?；谇捌谠O計的錘片式飼料粉碎機為試驗平臺，利用EDEM-FLUENT耦合分析1kg物料顆粒在1s內(nèi)進入分離流道內(nèi)運動情況，所得結(jié)論不僅適用于具有分離裝置的錘片式粉碎機，同時對分離裝置內(nèi)顆粒運動狀態(tài)的相關(guān)研究具有參考價值。主要結(jié)論有以下幾個方面：①以EDEM-FLUENT耦合為基礎，對分離裝置內(nèi)氣固兩相流進行模擬，全面清晰地了解物料顆粒在分離裝置內(nèi)的運動狀態(tài)，找到了顆粒能夠順利到達篩網(wǎng)的最佳運動軌跡。②物料顆粒以30°、45°、60°三種不同入射角度進入分離裝置內(nèi)，通過對其運動狀態(tài)進行分析，物料顆粒在入口處的速度方向沿水平方向45°角時，物料顆粒較易到達篩面進行透篩，回料管回料量最少，能量損失較小。③進入分離裝置內(nèi)物料顆粒的速度大小是影響篩分效率的重要因素之一，通過耦合顆粒相的速度大于、等于及小于流體相的速度分析，結(jié)果表明：顆粒運動距離較短且其速度較大，運動受重力影響較小，當氣相速度略高于物料速度時，篩分效率達到最優(yōu)。

結(jié)束語

綜上所述，飼料粉碎機的成功研制將進一步提高飼料的加工質(zhì)量，特別是提高飼料的適口性和消化率，提高飼料的營養(yǎng)價值和利用率，從而大大提高養(yǎng)殖戶和設備廠家的經(jīng)濟效益，有利于擴大養(yǎng)殖場的生產(chǎn)規(guī)模。按照每個農(nóng)場可以解決周邊5～10個農(nóng)村剩余勞動力就業(yè)問題的計算，設備的推廣將有力促進當?shù)剞r(nóng)村剩余勞動力的解決。實現(xiàn)農(nóng)民增收和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，對于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、鞏固脫貧攻堅成果、解決“三農(nóng)”問題具有重要的現(xiàn)實意義。

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