小型液壓舔塊機的研制

張昌吉，劉 哲，王欣榮，吳建平

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

舔塊是根據(jù)牛羊?qū)嶋H需要，將所缺乏的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)科學(xué)配方和一定方式加工成型后，供其自由舔食的一種塊狀飼料。大量試驗證明，補飼舔塊對奶牛產(chǎn)奶量，牦牛、肉牛及肉羊日增重及經(jīng)濟效益均有明顯提高[1-6]。我國舔塊飼料未能在牛羊飼養(yǎng)中大面積應(yīng)用，主要原因是舔塊生產(chǎn)未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，且易出現(xiàn)開裂、吸潮、膨脹及質(zhì)地松軟等質(zhì)量問題[7-9]。

20世紀90年代起，諸多科研院所及科研工作者先后自制、改造及自行設(shè)計了舔塊加工器具和設(shè)備，但只生產(chǎn)出課題研究所需的舔塊[10-15]。且各地試制出的舔塊加工設(shè)備，因無相關(guān)標(biāo)準作參考，其工作原理、結(jié)構(gòu)組成、工作參數(shù)、生產(chǎn)效率及配套功率均無法統(tǒng)一，舔塊的規(guī)格、質(zhì)量、有效成分、舔食量及轉(zhuǎn)化效率等指標(biāo)也無法用統(tǒng)一標(biāo)準衡量，只能根據(jù)人們的感覺來判斷其優(yōu)劣。鑒于上述原因，本研究在參考大量研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)長期積累的經(jīng)驗，自行設(shè)計制造小型液壓舔塊加工設(shè)備，以期為舔塊加工設(shè)備制造及舔塊飼料生產(chǎn)提供一種簡便易行的方法。

1 小型舔塊機總體方案設(shè)計及液壓系統(tǒng)工作原理

1.1總體方案 擬通過液壓機械完成舔塊的生產(chǎn)，舔塊質(zhì)量為3～5 kg·塊-1，圓形，直徑20 cm，厚度5～7 cm，中心有2 cm的圓孔，便于懸掛或支撐。

研究表明，潮濕的舔塊原料受到7 kg·cm-2壓力即可成型且有一定硬度[11]，9.66 kg·cm-2壓力下有較高硬度[12]，50 kg·cm-2壓力下硬度很高[15]。壓力通常與能耗、舔塊的硬度成正比，但過大的硬度不利于牛羊舔食，也增加能耗，所以生產(chǎn)中除通過壓力控制舔塊的硬度外，還應(yīng)通過配方進行調(diào)整。

1.2舔塊機液壓系統(tǒng)工作原理 以泵系統(tǒng)的電動機作為原動力帶動油泵旋轉(zhuǎn)，液壓油作為執(zhí)行動力，油缸作為執(zhí)行元件，通過換向閥、溢流閥對液壓油進行方向、壓力及流量的調(diào)節(jié)和控制，驅(qū)動油缸上下往復(fù)運動，完成各種設(shè)定的動作(圖1)。

2 小型液壓舔塊機的結(jié)構(gòu)組成及技術(shù)參數(shù)

2.1小型液壓舔塊機結(jié)構(gòu) 小型液壓舔塊機由機架、模具、成形油缸、推料油缸、液壓泵站和控制系統(tǒng)組成(圖2)。

2.1.1機架 機架由兩根槽鋼作立柱，立柱上、中、下部焊接鋼板，分別作為上臺面、操作臺面和下臺面。上臺面安裝成型油缸，下臺面安裝推料油缸，操作臺面安裝成型模具。

2.1.2模具 模具是舔塊成型的重要部件，由上模、下模、成型模和?？仔窘M成，尺寸與舔塊的面積、厚度及質(zhì)量相匹配。上模與成型油缸活塞連桿相連，下模與推料油缸活塞連桿相連，成型模固定在操作臺面，模孔芯只起舔塊上留孔之用。

圖1 舔塊機液壓系統(tǒng)工作原理圖Fig.1 Hydraulic system diagram of lick block machine

根據(jù)本機總體方案要求，上模直徑20 cm，厚5 cm，下模直徑20 cm，厚3 cm；成型模內(nèi)徑20 cm，高30 cm，壁厚2 cm；模孔芯直徑2 cm，長度30 cm。考慮到需要壓制出不同形狀的舔塊，模具設(shè)計成可拆卸式，便于更換其它規(guī)格模具。

2.1.3成型油缸和推料油缸 成型油缸根據(jù)舔塊表面積及成型時的適宜壓力而定，具體計算如下：

1)舔塊受壓面積s=πd2/4；

式中，d為模具內(nèi)徑，d=20 cm，則s=3.14×(20 cm)2/4=314 cm2。

2)舔塊成型所需壓力

根據(jù)50 kg·cm-2壓力下，能生產(chǎn)出較硬的舔塊，則314 cm2面積上需要50 kg·cm-2×314 cm2=15.7 t，取整為15 t。

3)油缸選擇

根據(jù)1 MPa≈10 kg·cm-2，則總壓力達15 t時，可選擇內(nèi)徑為10 cm，壓強為15 MPa的油缸。

4)推料油缸是將成型后的舔塊推出模具，應(yīng)根據(jù)舔塊與凹模內(nèi)表面磨擦力的大小而定，選擇5 MPa的油缸即可將物料推起。

圖2 小型液壓舔塊機結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of lick block machine

2.1.4液壓泵站 液壓泵站由油箱、油管、泵裝置和閥組合構(gòu)成，用于控制液壓油的流向、壓力和流量，將動力傳遞到成型油缸和推料油缸上。油箱為鋼板焊接的封閉容器，容積140 L。油管將液壓油按預(yù)設(shè)的方向、壓力和流量引向成型油缸和推料油缸。泵裝置由齒輪泵和電動機組成，選擇轉(zhuǎn)速為2 000 r·min-1，流速為10 mL·r-1，壓力為16 MPa的齒輪泵，功率為5.5 kW的三相異步電機。閥組合包括電磁閥和溢流閥，安裝在油箱立板上，通過油管與成型油缸和推料油缸相連，對液壓油實行方向、壓力和流量調(diào)節(jié)。

2.1.5控制系統(tǒng) 通過操作按鈕，控制電機的啟動、停止和各電磁閥得電失電。通過調(diào)整、設(shè)定電接點壓力表的壓力來決定系統(tǒng)工作壓力，并檢測是否達到工作壓力并調(diào)整開關(guān)的位置，控制各缸的工作行程(圖3)。

2.2小型液壓舔塊機的技術(shù)參數(shù) 機器外形尺寸(高×寬×厚)為1 600 mm×800 mm×300 mm，成型油缸壓強范圍為5～15 MPa，可調(diào)，推料油缸壓強范圍為5 MPa，保壓時間為0～120 s，可調(diào)，配套功率為5.5 kW，工作電壓為380 V，控制電壓為220 V，整機質(zhì)量為600 kg，生產(chǎn)效率為200～300 kg·h-1。

圖3 控制系統(tǒng)原理圖Fig.3 Diagram of control system

3 小型液壓舔塊機操作過程及特點

3.1小型液壓舔塊機操作過程 舔塊生產(chǎn)時，開啟電機，空載運行3～5 min預(yù)熱液壓油。預(yù)熱后檢驗成型油缸、推料油缸和電磁閥的工作狀態(tài)并進行壓力設(shè)定(壓力調(diào)節(jié)范圍為0～15 MPa)，將上模置于上限位，下模托盤置于下限位。操作過程按如下步驟：

1)根據(jù)配方要求，另外配置攪拌混合機，人工配料和混合；

2)人工稱重、加料，每塊舔塊的質(zhì)量根據(jù)需要控制在3～5 kg；

3)將稱重后的物料加入模具內(nèi)，啟動成型油缸下壓按紐，達到最大設(shè)定壓力時保壓，然后啟動成型油缸上升按紐，上模回升到上限位置時啟動推料油缸上升按紐，下模托盤上升，頂起已成型舔塊，人工取出并啟動推料油缸下行按紐，使托盤回到下限位置。按此步驟，周而復(fù)始進行舔塊生產(chǎn)；

4)壓制成型的舔塊，置于陰涼通風(fēng)處干燥，48 h后即可硬化。

3.2小型液壓舔塊機特點

3.2.1配套動力小，適用范圍大 本機電動機配套功率僅5.5 kW，一般鄉(xiāng)、鎮(zhèn)電力負荷均能滿足這一要求。該設(shè)備針對性強，可根據(jù)當(dāng)?shù)仫暳?、營養(yǎng)缺乏狀況及草食家畜飼養(yǎng)方式靈活設(shè)計配方，生產(chǎn)出相應(yīng)舔塊，達到平衡飼料養(yǎng)分、提高養(yǎng)殖效益的目的。

3.2.2生產(chǎn)效率適中，舔塊品質(zhì)高 該設(shè)備生產(chǎn)效率為200～300 kg·h-1，質(zhì)量3～5 kg·塊-1。舔塊外觀平整，無裂紋，成型率100%，干燥后浸水無松軟現(xiàn)象。經(jīng)對多塊牛羊復(fù)合礦物質(zhì)舔磚檢測，總壓強為15 MPa(48.74 kg·cm-2壓力)下壓制的奶牛復(fù)合礦物質(zhì)舔塊，直徑20 cm，厚度7 cm，質(zhì)量4.5 kg·塊-1，密度2 047 kg·m-3，舔食量80～100 g·頭-1·d-1；經(jīng)11 MPa(35.74 kg·cm-2)總壓強壓制的羊復(fù)合礦物質(zhì)舔塊，直徑20 cm，厚度5 cm，質(zhì)量3 kg·塊-1，密度1 910 kg·m-3，舔食量30～50 g·頭-1·d-1。

3.2.3模具可更換，舔塊種類多 該機可通過更換模具，生產(chǎn)出方形、長方形和橢圓形等不同形狀及不同質(zhì)量和進度的舔塊；通過配方調(diào)整，可生產(chǎn)高蛋白質(zhì)、尿素-糖蜜、礦物質(zhì)等不同營養(yǎng)價值補飼舔塊。

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