錢 義 王 迪 張 玨,2 田海清* 于 洋

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，呼和浩特 010020)

錘片式飼料粉碎機(jī)是目前養(yǎng)殖專業(yè)戶以及小型飼料加工廠廣泛應(yīng)用的粉碎設(shè)備，具有實(shí)用性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。但由于粉碎機(jī)生產(chǎn)效率低、能耗高及錘片磨損嚴(yán)重，制約了該機(jī)具的推廣使用[3-4]。因此，通過(guò)優(yōu)化篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)出高效節(jié)能的異形篩片對(duì)提高粉碎機(jī)的粉碎性能有很好的促進(jìn)作用。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能的提高和CFD軟件的發(fā)展，現(xiàn)代CFD技術(shù)已經(jīng)成為流場(chǎng)研究的重要工具和手段，國(guó)內(nèi)外已有針對(duì)飼料加工、各類粉碎裝備內(nèi)部流場(chǎng)研究領(lǐng)域中一些具體問(wèn)題，采用不同的解決方法、試驗(yàn)手段進(jìn)行試驗(yàn)研究：1)利用fluent軟件研究了新型錘片飼料粉碎機(jī)(粉碎室內(nèi)無(wú)篩片)及回料管內(nèi)部的流場(chǎng)特征，并利用試驗(yàn)研究證明了模擬分析的準(zhǔn)確性[5-8]；2)應(yīng)用K-ε模型對(duì)風(fēng)篩式清選室內(nèi)氣流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬獲取了內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息，并與試驗(yàn)值相比較，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性[9]；3)利用CFD技術(shù)獲取9R-40型揉碎機(jī)轉(zhuǎn)速在2 800 r/min時(shí)，揉碎室內(nèi)流場(chǎng)速度和壓力分布特征，分析了秸稈物料在揉碎機(jī)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為揉碎機(jī)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)[10]；4)基于Mixture模型，采用fluent軟件模擬分析了不同參數(shù)的葉片式拋送裝置氣固兩相流，并對(duì)拋送裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了物料的拋送效率[11]；5)基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)與離散相(DPM)耦合模型，采用fluent軟件對(duì)錘片式粉碎機(jī)內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲取了粉碎室流場(chǎng)壓強(qiáng)、速度、湍動(dòng)能及物料體積分?jǐn)?shù)等相關(guān)參數(shù)[12]。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)流場(chǎng)的研究比較多但仍然存在一些問(wèn)題：1)高速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流會(huì)影響粉碎室內(nèi)物料顆粒的粉碎與篩分，研究學(xué)者只是對(duì)粉碎室內(nèi)不安裝篩片的新型錘片式粉碎機(jī)流場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析，不具有普遍性，并未獲得錘片式飼料粉碎機(jī)(裝有異形形篩片)流場(chǎng)分布特征；2)數(shù)值模擬是基于K-ε模型的修正,不完全符合清選室內(nèi)部流動(dòng)的實(shí)際情況，從而影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性；3)未將揉碎機(jī)內(nèi)流場(chǎng)特征與粉碎機(jī)的粉碎性能結(jié)合起來(lái)，對(duì)物料揉搓機(jī)理進(jìn)行全面、深入的研究；4)不同參數(shù)的葉片式拋送裝置的受力情況還需進(jìn)一步深化研究，以揭示風(fēng)機(jī)拋送物料的原理；5)粉碎室結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，氣固兩相流中固相物料的運(yùn)動(dòng)信息獲取仍需進(jìn)一步研究。

為進(jìn)一步探究粉碎室內(nèi)流場(chǎng)對(duì)粉碎機(jī)性能的影響規(guī)律，準(zhǔn)確獲取粉碎室內(nèi)部流場(chǎng)分布信息。本研究選取CPS-420型錘片式飼料粉碎機(jī)的篩片為研究對(duì)象，對(duì)異形篩片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出3種異形篩片，利用理論分析、數(shù)值模擬和飼料粉碎性能試驗(yàn)相結(jié)合的方法研究篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流場(chǎng)特征及粉碎機(jī)性能的影響，分析篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)與粉碎室內(nèi)流場(chǎng)之間的關(guān)系，以達(dá)到優(yōu)化篩片結(jié)構(gòu)，提高粉碎機(jī)綜合性能的目的[13-14]。

1 粉碎機(jī)篩片設(shè)計(jì)分析

1.1 粉碎過(guò)程及樣機(jī)結(jié)構(gòu)

本研究以市面上熱銷的CPS-420型錘片式飼料粉碎機(jī)為研究樣機(jī)，粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1，主要技術(shù)參數(shù)見表1。該機(jī)的工作過(guò)程為：玉米等物料由喂料斗6進(jìn)入粉碎室9，最先受到高速旋轉(zhuǎn)錘片4的打擊發(fā)生破裂。物料顆粒在錘片和氣流的作用下飛向篩片3，物料與篩片碰撞后會(huì)發(fā)生破碎，大顆粒物料會(huì)被反彈，繼續(xù)受到錘片的打擊，然后再落回到篩片上，篩片對(duì)物料顆粒產(chǎn)生較大的摩擦力。物料顆粒反復(fù)受到錘片4打擊和篩片3的撞擊和摩擦作用，物料顆粒逐漸變小，當(dāng)物料粒徑小于篩孔直徑時(shí)，細(xì)小的物料顆粒就會(huì)通過(guò)篩孔排出機(jī)外。

1.機(jī)架；2.出料腔；3.篩架及篩片；4.錘片；5.喂料口進(jìn)氣孔；6.喂料斗；7.粉碎室蓋板；8.錘片架；9.粉碎室；10.電機(jī)。1.Frame; 2.Discharge cavity; 3.Sieve frame and sieve; 4.Hammer; 5.Inlet port of feeding mouth; 6.Feeding hopper; 7.Cover plate of crushing chamber; 8.Hammer frame; 9.Crushing chamber; 10.Electric motor.圖1 CPS-420型錘片飼料粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 CPS-420 hammer feed crusher structure of schematic diagram

表1 CPS-420 型錘片飼料粉碎機(jī)技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of CPS-420 hammer feed mill

1.2 間隔分段圓弧篩片設(shè)計(jì)

間隔分段圓弧篩片設(shè)計(jì)原理見圖2，考慮到樣機(jī)篩片架上固定篩片螺桿的數(shù)目和篩片架受力均勻性，將篩片沿周向均勻分成6等份[15-16]。間隔分段圓弧篩片由多個(gè)小圓弧段和大圓弧段交替連接組合而成，從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)粉碎室內(nèi)錘篩間隙截面不斷變化，氣流流經(jīng)變截面區(qū)域時(shí)流速不斷改變。篩片安裝在篩片架內(nèi),篩片架外徑D為400 mm，內(nèi)徑d為380 mm。B1、B2和B3篩片的小圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角β分別取20°、73°和74°。

異形篩片的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)滿足粉碎機(jī)原篩片架對(duì)篩片安裝尺寸的要求，在形狀上應(yīng)盡可能保證所設(shè)計(jì)篩片的不同曲率半徑圓弧光滑連接，改變環(huán)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提高粉碎機(jī)的粉碎性能。3種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的間隔分段圓弧篩片的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，B1篩片與B3篩片的主要區(qū)別是小圓弧半徑不同；B1篩片與B2篩片的主要區(qū)別是小圓弧圓心角度不同，前者小圓弧圓心角度為20°，后者小圓弧圓心角度為74°。

1.錘片；2.旋轉(zhuǎn)盤；3.小圓?。?.大圓弧。1.Hammer; 2.Rotating plate; 3.Small arc; 4.Large arc.D和d分別為篩片架的外徑和內(nèi)徑，mm；R1和R2分別為小圓弧半徑和錘片架半徑，mm；L0和L1分別為小圓弧和大圓弧所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)，mm；L為小圓弧的弦長(zhǎng)，mm；β為小圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角，(°)；A、C兩點(diǎn)為小圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角β的邊線與直徑d圓弧的交點(diǎn)。D and d are the outer and inner diameters, mm; R1 and R2 are the small arc radius and hammer rack radius, mm; L0 and L1 are the arc length corresponding to the small arc and the big arc, mm; L is the chord length of the small arc, mm; β is the center angle corresponding to the small arc, (°); A and C are the boundary lines of the center angle β corresponding to the small arc the intersection with the diameter d arc.圖2 間隔分段圓弧篩片設(shè)計(jì)原理圖Fig.2 Principle design drawing of segmental circular arc sieve

表2 3種間隔分段圓弧篩片設(shè)計(jì)參數(shù)Table 2 Design parameters of three different parameters of interval segmental circular arc sieve

1.3 錘篩間隙變化氣力作用分析

粉碎機(jī)工作時(shí)，在環(huán)流層高速氣流作用下，玉米物料呈懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，環(huán)流層中定義一點(diǎn)B的物料顆粒，其速度分析見圖3。在篩片徑向平面上，物料顆粒的切向速度為vt，徑向速度為va，其合速度為vs。在不考慮重力影響時(shí)，B點(diǎn)物料顆粒在徑向平面上所受氣流的推力為FR，可用水平氣流輸送顆粒受到的氣流推力公式為[17-18]:

(1)

式中：C0為物料阻力系數(shù)，數(shù)值越大物料所受氣流推力越大；a為物料顆粒在運(yùn)動(dòng)方向的投影面積，m2；g為重力加速度，m/s2；Ke為粉碎室內(nèi)空氣密度，kg/m3；vs為物料顆粒的合速度，m/s；vk為錘片與物料撞擊速度產(chǎn)生的速度分量，m/s。

由式(1)可知，物料顆粒所受高速氣流推力與物料的運(yùn)動(dòng)速度、顆粒在運(yùn)動(dòng)方向的投影面積、物料的阻力系數(shù)、粉碎室內(nèi)空氣的密度等因素有關(guān)。其中粉碎室內(nèi)氣流速度和空氣密度與錘片末端線速度、喂料斗進(jìn)料速度等因素有關(guān)，顆粒在運(yùn)動(dòng)方向的投影面積、物料的阻力系數(shù)受玉米顆粒大小影響。

由式(1)可見，氣流速度是影響玉米顆粒受力情況的主要因素，通過(guò)改變粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速、篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)、粉碎室進(jìn)風(fēng)量等方法都能提高粉碎機(jī)內(nèi)流場(chǎng)徑向速度梯度。通過(guò)優(yōu)化篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲取粉碎室內(nèi)流場(chǎng)分布特征，進(jìn)而在篩片變截面區(qū)域產(chǎn)生不同強(qiáng)度的渦旋氣流，該渦旋夾帶物料顆粒做不停的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而改變玉米物料在徑向平面內(nèi)受力情況，增加物料顆粒的碰撞和受打擊概率，實(shí)現(xiàn)高效率的沖擊破碎。

2 粉碎室流場(chǎng)數(shù)值模擬

2.1 三維建模與網(wǎng)格劃分

首先設(shè)置三維直角坐標(biāo)系，以樣機(jī)主軸軸心最右端為原點(diǎn)，水平向右為X軸，垂直方向?yàn)閅軸，Z軸與樣機(jī)主軸中心線重合。為了獲得高質(zhì)量的網(wǎng)格，對(duì)模型做如下處理：1)忽略零件的倒角、圓角；2)忽略轉(zhuǎn)子各零件之間的連接關(guān)系，將所有零件作為一個(gè)整體；3)齒形錘片簡(jiǎn)化成等迎風(fēng)面積的矩形錘片。利用三維繪圖軟件建立粉碎室內(nèi)部流道區(qū)域的三維模型見圖4。粉碎室流道建模完成后，模型文件保存為parasolid(*.x-t)格式，然后導(dǎo)入fluent前處理軟件ICEM環(huán)境中進(jìn)行網(wǎng)格劃分與操作，定義粉碎室計(jì)算域性質(zhì)與邊界類型。粉碎室計(jì)算域采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分，網(wǎng)格總單元數(shù)為3 450 576，最后運(yùn)行Fluent 19.2軟件進(jìn)行粉碎室氣流場(chǎng)模擬。

1.錘片架；2．錘片；3．旋轉(zhuǎn)軸；4．篩片。1.Hammer frame; 2.Hammer; 3.Axis of rotation; 4.Sieve.圖4 粉碎機(jī)粉碎室三維流體模型Fig.4 Three dimensions fluid model of the crushing chamber

2.2 邊界條件及參數(shù)設(shè)置

湍流模型選取標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型進(jìn)行流場(chǎng)求解運(yùn)算，采用SIMPLE格式對(duì)氣流場(chǎng)速度和壓力耦合?？紤]到實(shí)際工況中錘片式飼料粉碎機(jī)采用鋸齒形錘片，排列方式為對(duì)稱排列，其轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)故采用(Moving reference frame)多重參考系方法，求解轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中某一瞬時(shí)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息。定義入料口處的矩形塊為系統(tǒng)的入口，出料口是篩片底部一小段圓弧的表面積; 轉(zhuǎn)子端面，入料口和出料口，殼體內(nèi)表面為wall；參數(shù)設(shè)置如下，粉碎室入口風(fēng)速：12 m/s(利用轉(zhuǎn)速儀測(cè)得實(shí)際風(fēng)速)；出口壓力：101.33 kPa(利用壓力計(jì)儀器測(cè)得)；轉(zhuǎn)速：4 400 r/min(利用手持式轉(zhuǎn)速儀測(cè)得)；收斂精度：0.001；迭代步數(shù)：1 000步；邊界條件設(shè)置為無(wú)滑移邊界條件；其余參數(shù)均為默認(rèn)設(shè)置。

2.3 氣流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果分析

錘片式飼料粉碎機(jī)使用B1篩片的速度與壓力分布情況見圖5。由圖5(a)可知隨著錘片的高速旋轉(zhuǎn)，粉碎室氣流場(chǎng)出現(xiàn)一種氣流分層現(xiàn)象，小圓弧段附近的氣流出現(xiàn)了速度差，易產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，錘片掃過(guò)區(qū)域的氣流速度較大。錘片末端到篩片表面的氣流速度逐漸減小，在靠近篩片附近受到渦流擾動(dòng)，使得環(huán)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生改變。由圖5(b)可知，粉碎室轉(zhuǎn)子中心存在小范圍負(fù)壓區(qū)域，流場(chǎng)壓力以分層波狀形式存在，且波動(dòng)較小，在篩片表面達(dá)到最大值。

圖5 B1篩片的速度云圖(a)和壓力云圖(b)Fig.5 Velocity nephogram (a) and pressure nephogram map (b) of the sieve B1

錘片式飼料粉碎機(jī)使用B2篩片的速度和壓力分布情況見圖6。由圖6(a)可知，轉(zhuǎn)子附近的氣流場(chǎng)速度分布更加不規(guī)則，錘片組掃過(guò)區(qū)域的氣流速度波動(dòng)較大，速度最大可達(dá)45.3 m/s。大圓弧段和小圓弧段交接處出現(xiàn)明顯速度波動(dòng)，產(chǎn)生噴射氣流。由圖6(b)可知，粉碎室轉(zhuǎn)子中心至錘片末端出現(xiàn)了大面積負(fù)壓區(qū)域，使得物料出篩困難，易造成物料顆粒過(guò)度粉碎。

圖6 B2篩片的速度云圖(a)和壓力云圖(b)Fig.6 Velocity nephogram (a) and pressure nephogram map (b) of the sieve B2

錘片式飼料粉碎機(jī)使用B3篩片的速度與壓力分布情況見圖7。粉碎室氣流場(chǎng)呈現(xiàn)出雜亂無(wú)序的分布狀態(tài)，在大圓弧與小圓弧交接處存在較大的氣流速度，小圓弧處的氣流速度較小，所以氣流從大圓弧流經(jīng)小圓弧時(shí)存在較大速度差，對(duì)環(huán)流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定程度擾動(dòng)(圖7(a))。粉碎室氣流場(chǎng)壓力沿轉(zhuǎn)子徑向無(wú)明顯變化規(guī)律，轉(zhuǎn)子中心到篩片表面的氣流場(chǎng)壓力雖有遞增趨勢(shì)，但增幅較小。另外，氣流場(chǎng)壓力總體較小，在篩片表面形成相對(duì)較大壓力區(qū)，使粒徑合格的物料順利從粉碎室排出。

圖7 B3篩片的速度云圖(a)和壓力云圖(b)Fig.7 Velocity nephogram (a) and pressure nephogram map (b) of the sieve B3

綜上，粉碎機(jī)使用B1、B2、B3篩片后，B3篩片粉碎室氣流場(chǎng)速度、壓力較低，有利于提高錘片的打擊能力；另外，采用這3種篩片，使氣流做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在篩片環(huán)流區(qū)域產(chǎn)生不同程度的渦旋，使完成粉碎的物料迅速出篩，達(dá)到提高粉碎機(jī)生產(chǎn)效率降低能耗的目的。

3 粉碎機(jī)性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)采用的主要儀器為電子臺(tái)秤TCS-150，永康市華鷹衡器有限公司生產(chǎn)，精度0.05 kg，量程1～150 kg；電子天平BT223s，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司生產(chǎn)，精度0.001 g，量程0～220 g；水銀溫度計(jì)，精度1 ℃，量程0～100 ℃；三相四線有功電度表DT862-4，上海華立電表廠生產(chǎn)，規(guī)格200 r/(kW·h)，量程20 A；電子秒表DM1-102，上海精密儀器儀表有限公司生產(chǎn)，精度0.01 s；鼓風(fēng)干燥箱DHG-9245A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)，精度0.1 ℃，量程10～300 ℃；轉(zhuǎn)速儀DT-2234B，精度1 r/min，量程1～99 999 r/min。

3.2 試驗(yàn)材料

采用內(nèi)蒙古呼和浩特周邊地區(qū)種植的玉米為試驗(yàn)材料，品種為金山126，其含水率為13.2%，存放于清潔、干燥、通風(fēng)的地方。

3.3 試驗(yàn)指標(biāo)與方案

3.3.1試驗(yàn)指標(biāo)

為客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)錘片飼料粉碎機(jī)的粉碎性能，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6971—2007《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》[19]及農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1554—2007《飼料粉碎機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[20]，本研究以生產(chǎn)率、噸料耗電量、以及飼料溫升為粉碎性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1)生產(chǎn)率E采用式(2)計(jì)算：

(2)

式中：E為飼料粉碎機(jī)生產(chǎn)率，kg/h；m為粉碎機(jī)一定工作時(shí)間t內(nèi)所粉碎物料(玉米)的質(zhì)量，kg；t為粉碎機(jī)工作時(shí)間，h。

2)噸料耗電量Y采用式(3)計(jì)算：

(3)

式中：Y為粉碎單位質(zhì)量飼料所消耗的電量，kW·h/t；Q為機(jī)組純工作時(shí)間的耗電量，kW·h；Z為純工作時(shí)間的作業(yè)量，t。

3)飼料溫升T采用式(4)計(jì)算：

T=t1-t0

(4)

式中：t0為玉米物料被粉碎前的原糧溫度，℃；t1為玉米物料被粉碎后的碎物料溫度，℃。

3.3.2玉米含水率測(cè)定

玉米含水率測(cè)定步驟如下:1) 依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10362—2008《糧油檢驗(yàn)玉米水分測(cè)定》[21]，從試驗(yàn)原料中量取完整玉米籽粒在試驗(yàn)樣機(jī)內(nèi)進(jìn)行粉碎，使物料粉碎后的粒度達(dá)到通過(guò)篩孔直徑 2 mm 圓孔篩不少于90%。2) 將粉碎后的碎物料樣品混合均勻，取2份樣品，每份約8 g，采用電子天平稱量。3) 待鼓風(fēng)烘干箱溫度預(yù)熱達(dá)到130 ℃后，將稱取好的樣品放入箱內(nèi)，在130 ℃恒溫下烘 4 min 后，取出樣品，在干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重。

將測(cè)定的數(shù)據(jù)帶入式(5)計(jì)算物料含水率。

(5)

式中：W為物料含水率，%；m0為烘干前樣品物料的質(zhì)量，g；m1為烘干后樣品物料的質(zhì)量，g。

由測(cè)定的數(shù)據(jù)計(jì)算得玉米平均含水率為13.2%(表3)。

表3 玉米含水率測(cè)定數(shù)據(jù)Table 3 Determination date of corn moisture content

3.3.3粉碎性能試驗(yàn)

加工完成的試驗(yàn)樣篩安裝在CPS-420型錘片飼料粉碎機(jī)的粉碎室內(nèi)，粉碎室內(nèi)部的錘片為鋸齒形，其排列方式為對(duì)稱排列，在粉碎機(jī)具有良好的性能狀態(tài)下，進(jìn)行粉碎性能試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟如下；

1)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行空載試驗(yàn)，待空載功率趨于穩(wěn)定后，測(cè)定主軸轉(zhuǎn)速，是否滿足試驗(yàn)樣機(jī)要求。

2)在標(biāo)準(zhǔn)工況條件下，樣機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)2～3 min，確定無(wú)異?，F(xiàn)象后對(duì)每個(gè)篩片進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)。

3)物料粉碎完成之后，測(cè)定每次試驗(yàn)后的作業(yè)物料質(zhì)量、電度表的圈數(shù)及物料的起始溫度。

3.3.4試驗(yàn)結(jié)果

為了得到粉碎機(jī)安裝3種間隔分段圓弧篩片的粉碎性能，本研究以粉碎機(jī)的生產(chǎn)率、噸料耗電量、飼料溫升的分布范圍作為粉碎性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，間隔分段圓弧篩片試驗(yàn)結(jié)果見表4?？芍?，在相同工況下，采用B1、B2和B3篩片的生產(chǎn)率分別為1 057.38、1 134.60和1 226.96 kg/h，噸料耗電量分別為5.00、4.75和4.25 (kW·h/t)，溫升分別為5.1、5.6、5.0 ℃。通過(guò)分析得出，錘片飼料粉碎機(jī)采用B3篩片，較B2、B1篩片的生產(chǎn)效率分別提高8.1%、16.0%，噸料耗電量分別降低10.5%、15.0%，溫升分別降低0.6 和0.1 ℃。間隔分段圓弧篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化可以提高粉碎機(jī)的粉碎性能，粉碎性能試驗(yàn)結(jié)果與3種篩片下氣流流經(jīng)變截面區(qū)域氣流速度對(duì)環(huán)流區(qū)域產(chǎn)生渦旋的大小，以及粉碎室負(fù)壓區(qū)域分布特征相比較，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

表4 間隔分段圓弧篩片試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of segmented circular arc screen

4 粉碎性能試驗(yàn)分析

間隔分段圓弧篩片的小圓弧曲率半徑影響粉碎室錘片組掃過(guò)區(qū)域的速度和壓力分布的散亂、無(wú)序及不均勻程度，以及錘篩間隙處渦旋壓力和速度梯度的強(qiáng)弱；粉碎性能試驗(yàn)表明，裝有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)篩片的粉碎機(jī)生產(chǎn)率、噸耗電量各不相同，小圓弧曲率半徑的大小對(duì)粉碎機(jī)性能產(chǎn)生較大影響。這說(shuō)明粉碎室流場(chǎng)特征變化會(huì)引起粉碎機(jī)性能改變，通過(guò)創(chuàng)造合理的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)可改善粉碎機(jī)性能。

5 結(jié) 論

1)通過(guò)對(duì)粉碎室內(nèi)物料顆粒受到的氣力作用進(jìn)行分析表明，間隔分段圓弧篩片能夠改善粉碎室內(nèi)腔環(huán)流層氣流對(duì)物料顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，使玉米物料在粉碎室內(nèi)同時(shí)受多種力共同作用，提高粉碎機(jī)粉碎性能。

2)氣流場(chǎng)模擬結(jié)果表明：粉碎機(jī)使用間隔分段圓弧篩片后，錘片末端與篩片表面之間的環(huán)流層產(chǎn)生不同強(qiáng)度的渦流，能夠改變環(huán)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提高物料過(guò)篩能力；錘片組掃過(guò)區(qū)域的氣流呈現(xiàn)出較為雜亂無(wú)序的分布狀態(tài)，有利于形成湍流運(yùn)動(dòng)從而增加物料顆粒的受打擊幾率。

3)粉碎機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明，裝有B3篩片(篩片等分?jǐn)?shù)目為6，篩片小圓弧半徑為93 mm)的CPS-420型粉碎機(jī)生產(chǎn)率最高，為1 226.96 kg/h，較B2、B1篩片分別提高8.1%、16%，噸料耗電量分別降低10.5%、15%。粉碎性能試驗(yàn)結(jié)果與粉碎室內(nèi)部氣流場(chǎng)特性總體趨勢(shì)一致，能夠真實(shí)反映粉碎機(jī)氣流場(chǎng)分布情況。