甘 玲，黃瑞森，羅喬軍

（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630）

0 引言

生豬飼喂工序占總工序勞動量的40%，國內(nèi)外學(xué)者長期致力于飼喂過程自動化、智能化研究，先后開發(fā)了智能型飼喂站和管道式輸送設(shè)備[1-5]。管道式輸送設(shè)備通過長距離輸送將飼料投放進各飼喂站，飼喂站實現(xiàn)精準(zhǔn)飼喂，從而提高生豬生長性能。目前市場應(yīng)用較多的管道式輸送設(shè)備為索盤式結(jié)構(gòu)，由封閉的管道、注塑在鋼索上的刮盤組成，鋼索牽引刮盤在管道中運行，從而將輸送管道內(nèi)的飼料送至生豬食槽[6-8]。索盤存在的問題主要為：①多根細(xì)小鋼繩螺旋卷在一起而制成大鋼索，制造工藝麻煩；②刮盤與鋼繩以注塑形式結(jié)合，極易滑脫，一個刮盤滑脫則整條運輸鏈便會報廢。黃瑞森[9]等通過在鋼索上穿插釘子，再在釘子處注塑刮盤，增加了鋼索與刮盤之間的粘結(jié)力，但該結(jié)構(gòu)在釘子穿插鋼索時，給鋼索帶來了沖擊應(yīng)力，降低了鋼索抗拉能力，限制了鋼索使用壽命。本文提出一種鏈盤式結(jié)構(gòu)，用各鏈環(huán)相扣鏈接組成鏈條替代鋼索，刮盤注塑在鏈環(huán)上，提高了鏈盤之間的粘結(jié)力，提高了產(chǎn)品輸送長度。當(dāng)設(shè)備輸送長度增大，刮盤與管道之間阻力增大時不會出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象[10,11]。

轉(zhuǎn)角器為輸送機中改變輸送方向的部件，由轉(zhuǎn)輪外轂與圓盤殼體形成鏈盤轉(zhuǎn)向通道，但轉(zhuǎn)輪外轂與圓盤殼體存在很大的間隙，容易讓飼料進入輪轂中央。長期充滿、滯留在輪轂中央的飼料被壓實、摩擦生熱，不但增加了整個飼喂輸送系統(tǒng)動力能耗，也會造成飼料在轉(zhuǎn)角輪中發(fā)霉和腐爛腐蝕，嚴(yán)重影響生豬的健康生長和設(shè)備的使用壽命。本文通過優(yōu)化轉(zhuǎn)角器結(jié)構(gòu)，解決了該項問題。

1 鏈盤式飼料輸送機的工作原理

鏈盤式飼料輸送設(shè)備由料倉、輸送管道、刮盤鏈條、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)角器以及出料機構(gòu)組成（如圖1所示）。生豬飼料儲存在料倉中，通過料斗進入輸送管道，并分布于各個刮盤之間。驅(qū)動裝置的電機帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，牽引鏈盤在管道中移動，從而帶動刮盤之間飼料運動，實現(xiàn)飼料輸送的功能。飼料輸送至出料機構(gòu)后進入豬舍末端食料箱，食料箱設(shè)有滿料傳感器，當(dāng)食料箱空料時，設(shè)備控制系統(tǒng)開啟輸送模式；當(dāng)食料箱滿料后，控制系統(tǒng)自動關(guān)閉設(shè)備。為適應(yīng)生豬養(yǎng)殖場空間布局，飼料輸送管道必然會出現(xiàn)垂直交叉布置的場景，管道之間的轉(zhuǎn)向連接通常由轉(zhuǎn)角器完成。

圖1 鏈盤式飼料輸送設(shè)備示意圖

2 鏈盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能分析

2.1 鏈盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化

飼料輸送機鏈盤由刮盤和鏈環(huán)組成（如圖2所示），刮盤注塑在鏈環(huán)中心，分為刮料部、包裹部以及包裹凸起。刮料部外徑設(shè)計應(yīng)保證輸送管道內(nèi)壁與刮盤之間留有 2～5 mm間隙，保障刮盤在管道內(nèi)運行通暢。包裹部呈圓錐結(jié)構(gòu)，且圓錐體厚度應(yīng)大于刮盤部厚度，從而增強刮盤與鏈環(huán)之間的抗拉強度，使鏈環(huán)不受損壞，不會滑脫。包裹凸起呈圓柱體，向鏈環(huán)方向延伸，增加鏈環(huán)與刮盤之間的接觸面積，進一步提升抗拉能力。

圖2 鏈盤結(jié)構(gòu)示意圖

針對長距離輸送中刮盤極易沿著鏈環(huán)方向整體滑脫的問題，在鏈環(huán)上設(shè)計一根垂直鋼桿，與鏈環(huán)在水平、垂直方向呈均勻分布，通過焊接方式連接。鋼桿完全包裹在刮盤內(nèi)。鋼桿與鏈環(huán)垂直焊接，又與刮盤注塑聯(lián)接，有效防止了刮盤整體在鏈環(huán)方向的滑脫，也進一步提升了刮盤與鏈環(huán)之間的抗拉能力。

2.2 鏈盤性能試驗分析

鏈盤拉力試驗采用ZL-5000萬能材料試驗機，如圖3所示，設(shè)備性能參數(shù)見表1。

表1 ZL-5000萬能材料試驗機性能參數(shù)

試驗樣品由3節(jié)刮盤及鏈環(huán)組成，左側(cè)第一個刮盤與鏈環(huán)發(fā)生整體滑脫，如圖4所示。根據(jù)鏈環(huán)形狀配備專用夾具，夾持第1節(jié)和第3節(jié)刮盤，如圖3所示。ZL-5000萬能材料試驗機設(shè)定加載速度后自動加載，設(shè)備自動采集記錄拉力試驗過程產(chǎn)生的最大拉力和最大拉力時發(fā)生的形變。鏈環(huán)與鏈環(huán)之間環(huán)環(huán)相扣，相對于刮盤與鏈環(huán)之間注塑聯(lián)接，抗拉能力強上幾個等級。試驗裝置檢測到的數(shù)據(jù)為刮盤與鏈環(huán)之間的最大拉力和最大拉力時的形變。

圖3 ZL-5000萬能材料試驗機

圖4 傳統(tǒng)鏈盤拉力試驗樣品

試驗數(shù)據(jù)顯示，加鋼桿鏈盤相對普通鏈盤抗拉能力提升了95.1%，鋼桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計顯著提升刮盤與鏈環(huán)之間的抗拉能力，試驗數(shù)據(jù)見表2。隨著刮盤與鏈盤之間抗拉能力的提升，當(dāng)刮盤上加載最大抗拉力時，出現(xiàn)的形變也顯著增大。

表2 鏈盤拉力試驗數(shù)據(jù)分析

鏈盤式飼料輸送機在溫氏集團、東瑞集團工程應(yīng)用表明，普通鏈盤輸送機當(dāng)設(shè)計長度達(dá)250 m時，3個月運行期會出現(xiàn)刮盤脫落、破損現(xiàn)象，加鋼桿的鏈盤則不會發(fā)生。加鋼桿的鏈盤輸送機當(dāng)設(shè)計長度達(dá)400 m時，3個月運行期刮盤脫落、破損現(xiàn)象也極少出現(xiàn)。由此可見，鏈盤設(shè)計鋼桿結(jié)構(gòu)可有效提升輸送機的輸送長度。

3 轉(zhuǎn)角器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能分析

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)角器由殼體、轉(zhuǎn)輪、主軸、軸承、進出聯(lián)結(jié)口組成，如圖5所示。轉(zhuǎn)輪由外轂、內(nèi)轂和輻條組成。轉(zhuǎn)輪外轂和前后殼體組成輸送鏈條通道，飼料輸送鏈盤在轉(zhuǎn)輪外轂的支撐下作旋轉(zhuǎn)運動并改變鏈盤的運動方向。進聯(lián)接口與進料管道相連，出聯(lián)接口與出料管道相連，一般管道垂直布置，進出聯(lián)接口也垂直設(shè)計。由于轉(zhuǎn)輪外轂與圓盤殼體存在很大的間隙，造成飼料進入轉(zhuǎn)輪容納腔，長期充滿、滯留、壓實和摩擦生熱，不但增加了整個飼喂輸送系統(tǒng)動力能耗，更會造成飼料在轉(zhuǎn)角輪中結(jié)露發(fā)霉和腐爛腐蝕，嚴(yán)重影響豬健康生長和設(shè)備使用壽命。

3.1 轉(zhuǎn)角器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為減少飼料在轉(zhuǎn)輪容納腔的積壓，通過增大外轂軸向?qū)挾?，在外轂兩?cè)設(shè)計前后襯板，外轂與襯板交疊平行安裝，擋住輸送鏈條通道，減少飼料落入轉(zhuǎn)輪容納腔。此外在外轂上設(shè)計若干缺口和凸出部，襯板一端與靠近輸送鏈條通道進口端的外轂缺口形成轉(zhuǎn)輪容納腔內(nèi)飼料出口。在輻條上設(shè)計弧形撥料結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)輪容納腔的飼料在撥料結(jié)構(gòu)的撥動下集中在外轂凸出部，并通過周向轉(zhuǎn)動進入飼料出口，從而清除轉(zhuǎn)輪容納腔內(nèi)的飼料，防止飼料在容納腔內(nèi)積壓、發(fā)霉。

3.2 轉(zhuǎn)角器性能試驗分析

設(shè)計了轉(zhuǎn)角器性能對比試驗，在1套鏈盤式飼料輸送機同一轉(zhuǎn)角位置分別采用2種不同的轉(zhuǎn)角器開展飼料輸送試驗，每次試驗時長1 h。試驗結(jié)束打開轉(zhuǎn)角器，測定轉(zhuǎn)角器轉(zhuǎn)輪容納腔殘留的飼料質(zhì)量，計算容納腔殘留飼料填充率（殘留飼料質(zhì)量/容納腔填滿狀態(tài)飼料質(zhì)量）。

表3 轉(zhuǎn)角器容納腔飼料填充率 %

經(jīng)多組試驗對比分析（表3），轉(zhuǎn)角器結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，轉(zhuǎn)輪容納腔飼料填充率顯著下降，由79.2%降至28%。容納腔內(nèi)飼料明顯減少，解決了大量飼料殘留發(fā)霉的問題。

4 結(jié)論

1）鏈盤式飼料輸送機采用鏈盤取代索盤結(jié)構(gòu)，在刮盤注塑結(jié)構(gòu)中設(shè)計包裹部以及包裹凸起，提高了刮盤與鏈條之間的粘結(jié)力，解決了索盤極易脫落的問題。

2）鏈環(huán)上焊接1根垂直鋼桿，增大了鏈環(huán)與刮盤之間的注塑聯(lián)接面積，經(jīng)檢測，相對普通鏈盤抗拉能力提升了95.1%，輸送機的設(shè)計長度由此可提升至400 m。

3）通過增大轉(zhuǎn)角器外轂軸向?qū)挾?，在外轂兩?cè)設(shè)計前后襯板，有效減少了輸送鏈條通道內(nèi)飼料進入轉(zhuǎn)輪容納腔，同時在撥料機構(gòu)和外轂凸起部作用下，可排出容納腔的飼料。經(jīng)試驗分析表明，轉(zhuǎn)角器結(jié)構(gòu)優(yōu)化將殘留飼料填充率由79.2%下降至28%，解決了大量飼料殘留發(fā)霉的問題。