薛曉軍 余昊馳

摘要：飼料粉碎機(jī)是加工和制備飼料的重要設(shè)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(jì)效益。在養(yǎng)豬中，準(zhǔn)備飼料尤為重要。飼料粉碎機(jī)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(jī)和爪式粉碎機(jī)被廣泛使用。錘式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)主要用于破碎礦物原料和輔料。

關(guān)鍵詞：飼料粉碎機(jī);結(jié)構(gòu)特點(diǎn);性能分析

引言

飼料粉碎過(guò)程是在高速旋轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行飼料原料粉碎過(guò)篩的過(guò)程，飼料粉碎機(jī)的工作性能直接影響飼料的粉碎結(jié)果。影響飼料粉碎機(jī)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(duì)飼料粉碎機(jī)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(yàn)對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。隨著篩片直徑的不斷增大，粉碎機(jī)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(shuō)明篩片直接影響飼料粉碎機(jī)的粉碎效果。

1飼料粉碎機(jī)的研發(fā)內(nèi)容

目前，錘式破碎機(jī)的出口工藝主要有機(jī)械運(yùn)輸和輔助吸入或空氣動(dòng)力運(yùn)輸兩種?？諝鈩?dòng)力輸送適用于粉碎成品粒度較低的材料，但對(duì)材料物理特性的變化敏感，材料要求較高，設(shè)計(jì)要求較高。固體錘式破碎機(jī)的出口工藝一般是機(jī)械的。機(jī)械運(yùn)輸必須配有輔助空氣吸收裝置，以確保運(yùn)輸順暢。常見(jiàn)的吸空氣裝置通常包括：將物料絞盤(pán)安裝在絞盤(pán)架下，將吸空氣罩安裝在絞盤(pán)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(fēng)扇的使用效率。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，可以在傳統(tǒng)研磨機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種自吸收和強(qiáng)化的多功能研磨機(jī)，解決材料堵塞、內(nèi)部原材料殘馀物粉碎等問(wèn)題，提高進(jìn)料破碎精細(xì)度，以及 時(shí)尚、高效和節(jié)省勞力的形式，應(yīng)廣泛用于中小型農(nóng)場(chǎng)。

2自吸式粉碎混合機(jī)

自吸式粉碎混合機(jī)組系列自吸式粉碎混合機(jī)組是專門(mén)為農(nóng)村養(yǎng)殖者、小型養(yǎng)殖場(chǎng)和中小型配合飼料廠設(shè)計(jì)的集自吸、粉碎、攪拌于一體的小型配合飼料加工設(shè)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(jiǎn)單、損壞少、占地面積小、維修方便等特點(diǎn)。還具有無(wú)專用生產(chǎn)場(chǎng)地、混合均勻、產(chǎn)量大的特點(diǎn)，可生產(chǎn)預(yù)混料、濃縮料、全價(jià)粉等。自吸式粉碎混合機(jī)組可一次性完成粉碎混合作業(yè)，也可獨(dú)立工作。自吸式粉碎混合機(jī)組可大大降低設(shè)備電耗，與同類設(shè)備相比可節(jié)約25%左右。使用開(kāi)機(jī)時(shí)，要注意先啟動(dòng)攪拌機(jī)，再啟動(dòng)粉碎機(jī);關(guān)機(jī)時(shí)，先關(guān)掉粉碎機(jī)，再關(guān)掉攪拌機(jī)。如果由于斷電導(dǎo)致機(jī)器中有許多材料，則應(yīng)排出這些材料。物料少時(shí)，采用點(diǎn)開(kāi)方式，避免損壞機(jī)器。

3錘片式飼料粉碎機(jī)

改善粉碎機(jī)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(jī)篩分效率的因素，早期首先采用高速攝影機(jī)對(duì)粉碎室內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行試驗(yàn);運(yùn)用高速攝影技術(shù)對(duì)錘片式粉碎機(jī)粉碎過(guò)程中物料狀態(tài)進(jìn)行研究，證實(shí)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(duì)錘片式粉碎機(jī)粉碎室內(nèi)篩片動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律、物料運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究。20世紀(jì)八九十年代，國(guó)內(nèi)學(xué)者也利用高速攝影技術(shù)對(duì)粉碎機(jī)的工作機(jī)理及物料在粉碎室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究。提出了，物料環(huán)流層是影響粉碎機(jī)的能耗和效率的重要因素之一。對(duì)錘片式粉碎機(jī)的喂料量、進(jìn)風(fēng)量與度電產(chǎn)量進(jìn)行了研究，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算得到了粉碎效率最佳時(shí)的理論參數(shù)取值區(qū)間，這為整機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)提供了支持;對(duì)于傳統(tǒng)粉碎加工過(guò)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(guò)改變粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來(lái)降低環(huán)流速度，從而提升效率、降低能耗。

4對(duì)錘片式飼料粉碎機(jī)的優(yōu)化

在錘片式飼料粉碎機(jī)的研究和優(yōu)化過(guò)程中，進(jìn)行了大量研究和試驗(yàn)。利用FLUENT軟件對(duì)整機(jī)的分離裝置進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，模擬了粉碎室內(nèi)部工況條件下的物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選取了粉碎過(guò)程中的重要因數(shù)，對(duì)物料篩分效率及其影響因素的關(guān)系進(jìn)行了分析;通過(guò)FLUENT建立了粉碎室流場(chǎng)和其運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)UDF算法，得到粉碎機(jī)內(nèi)部的速度場(chǎng)云圖和不同入口速度下的流場(chǎng)中的最大速度值，得出當(dāng)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(jī)械效率提供參考;為提高粉碎機(jī)篩分效率，對(duì)篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)凹型和平板型兩者對(duì)比，經(jīng)EDEM仿真和試驗(yàn)的驗(yàn)證，在相同時(shí)刻，凹面型過(guò)篩物料明顯大于平板型，提出凹面型篩網(wǎng)對(duì)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(jī)的結(jié)構(gòu)是由不同的設(shè)計(jì)參數(shù)堆疊而成，在相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)中，部分設(shè)計(jì)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(guò)程中此類參數(shù)保持原始要求;另一種與預(yù)定參數(shù)無(wú)關(guān)的參數(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中可利用一系列限制條件進(jìn)行優(yōu)化，此類參數(shù)也可稱為設(shè)計(jì)過(guò)程變量。隨著設(shè)計(jì)過(guò)程中優(yōu)化參數(shù)的不斷增加，設(shè)計(jì)過(guò)程自由度增加，過(guò)程復(fù)雜，產(chǎn)品多樣性也隨之增加。利用聚類算法進(jìn)行粉碎機(jī)性能優(yōu)化時(shí)，以設(shè)計(jì)變量為自變量，建立設(shè)計(jì)變量空間，設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)稱為設(shè)計(jì)空間自由度。對(duì)飼料粉碎機(jī)工作性能相關(guān)影響因素的分析，利用聚類算法對(duì)飼料粉碎機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后的飼料粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：隨著篩片直徑的增大，飼料粉碎機(jī)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(zhǎng)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(shuō)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(chǔ)的分離運(yùn)動(dòng)分析

錘片式粉碎機(jī)內(nèi)物料顆粒在分離裝置中的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜。基于前期設(shè)計(jì)的錘片式飼料粉碎機(jī)為試驗(yàn)平臺(tái)，利用EDEM-FLUENT耦合分析1kg物料顆粒在1s內(nèi)進(jìn)入分離流道內(nèi)運(yùn)動(dòng)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(jī)，同時(shí)對(duì)分離裝置內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相關(guān)研究具有參考價(jià)值。主要結(jié)論有以下幾個(gè)方面：①以EDEM-FLUENT耦合為基礎(chǔ)，對(duì)分離裝置內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行模擬，全面清晰地了解物料顆粒在分離裝置內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，找到了顆粒能夠順利到達(dá)篩網(wǎng)的最佳運(yùn)動(dòng)軌跡。②物料顆粒以30°、45°、60°三種不同入射角度進(jìn)入分離裝置內(nèi)，通過(guò)對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，物料顆粒在入口處的速度方向沿水平方向45°角時(shí)，物料顆粒較易到達(dá)篩面進(jìn)行透篩，回料管回料量最少，能量損失較小。③進(jìn)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(guò)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(yùn)動(dòng)距離較短且其速度較大，運(yùn)動(dòng)受重力影響較小，當(dāng)氣相速度略高于物料速度時(shí)，篩分效率達(dá)到最優(yōu)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，飼料粉碎機(jī)的成功研制將進(jìn)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用率，從而大大提高養(yǎng)殖戶和設(shè)備廠家的經(jīng)濟(jì)效益，有利于擴(kuò)大養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)規(guī)模。按照每個(gè)農(nóng)場(chǎng)可以解決周邊5～10個(gè)農(nóng)村剩余勞動(dòng)力就業(yè)問(wèn)題的計(jì)算，設(shè)備的推廣將有力促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村剩余勞動(dòng)力的解決。實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、鞏固脫貧攻堅(jiān)成果、解決“三農(nóng)”問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉珍，楊剛，楊國(guó)浩，管軍軍，王衛(wèi)國(guó)，喬漢楨.飼料粉碎設(shè)備科技進(jìn)展[J].飼料研究，2019，42（10）：116-118.

[2]田海清，王迪，錢(qián)義，王海慶，張玨.飼料粉碎機(jī)流場(chǎng)研究方法現(xiàn)狀分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，40（06）：96-100.

[3]潘國(guó)勤.飼料設(shè)備安全性加工問(wèn)題研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（12）：155.

[4]李金龍.飼料粉碎機(jī)的安全操作和日常維護(hù)[J].漁業(yè)致富指南，2018（13）：37-38.

[5]崔向冬.飼料粉碎機(jī)安全操作使用[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（12）：178.