轉(zhuǎn)子式粗精飼料加工機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)的研究

肖戟 姜彩宇 王新陽(yáng) 張亮

摘 要：該機(jī)型為一機(jī)多用途的粗精飼料加工機(jī)械，本文就總體配置方案、設(shè)計(jì)參數(shù)、功能配比選擇、性能試驗(yàn)、制造及試驗(yàn)等方面進(jìn)行了深入的研究。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子式；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：S226 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532023

1 機(jī)具的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的確定

1.1 機(jī)具總體的設(shè)計(jì)方案

轉(zhuǎn)子式粗精飼料加工機(jī)總體布置由動(dòng)力源、上殼體、下殼體、篩板、轉(zhuǎn)子裝配、機(jī)架焊合、喂入料槽、風(fēng)管、 拋送筒、隔板等部分組成。上殼體與下殼體分別成構(gòu)了粉碎工作室和拋送室，轉(zhuǎn)子和風(fēng)機(jī)風(fēng)管構(gòu)成了機(jī)器的工作部件。

1.1.1 上殼體設(shè)計(jì)方案

其設(shè)計(jì)目的為2個(gè)方面：防止顆粒物料向喂料口外側(cè)不被溢出；阻止莖稈物料進(jìn)入粉碎室工作。我國(guó)目前應(yīng)用推廣的飼料粉碎加工機(jī)械上殼體進(jìn)料口的安放位置，基本上有以下3種[1]形式。

通過(guò)比試驗(yàn)得出：喂料入口下邊緣與水平面夾角β=90°時(shí)，可垂直喂入加工粉碎谷粒等物料，不可加工秸稈類(lèi)等作物飼料；當(dāng)β=30°時(shí)，粉碎的物料雖沒(méi)有出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，但返流現(xiàn)象較嚴(yán)重。

本機(jī)型按一體多功能的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)β=60°時(shí)，其試驗(yàn)作業(yè)表明，沒(méi)有出現(xiàn)返流飼料與秸稈懸空等現(xiàn)象，且具有粉碎加工的作業(yè)效率較高等特點(diǎn)。

1.1.2 下殼體設(shè)計(jì)設(shè)方案

下殼體設(shè)計(jì)為篩板下方中軸線(xiàn)的左側(cè)切線(xiàn)方向排出物料的設(shè)計(jì)方案。其特征為作業(yè)效率較平穩(wěn)、管路彎曲半徑小、 占地面積比較少，結(jié)構(gòu)緊湊[1]。

1.1.3 工作腔體的結(jié)構(gòu)參數(shù)

當(dāng)β=60°時(shí)，可避免返流被加工飼料，△修正值選定的是否合理關(guān)系到秸稈是否懸空的出現(xiàn)，經(jīng)試其參數(shù)確定如下：

如圖所示 △=75 mm 、h—入料高度、h=0.2×460=92mm 、D—轉(zhuǎn)子工作圓周直徑、e=8.5mm、 e—搓揉間隙/錘片與篩板間隙、D=460mm、 B—工作室寬度、B=185mm。

圖1 粉碎室與轉(zhuǎn)子配置

1.工作室；2.篩板； 3.轉(zhuǎn)子裝配 ；4.搓揉板

1.1.4 制風(fēng)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2-3]

對(duì)于本機(jī)型屬于物料被切線(xiàn)方向喂入，同時(shí)制風(fēng)室將在粉碎室內(nèi)產(chǎn)生一定量負(fù)壓空氣將篩板下粉碎的物料抽吸出，制風(fēng)室軸心對(duì)稱(chēng)2把風(fēng)葉片，既能在風(fēng)室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓空氣，又能起到拋送物料的功能作用，及提高該機(jī)正常的粉碎作業(yè)效率。選擇D制風(fēng)機(jī)葉片=φ260mm B風(fēng)機(jī)寬度=95mm 風(fēng)管半徑R=200mm。

1.2 主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算

1.2.1 轉(zhuǎn)子錘片式的線(xiàn)速度及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

錘片上的沖擊力大小與其正常作業(yè)的線(xiàn)速度大小有關(guān)，該機(jī)既有撕裂搓揉秸稈的作用，又具有粉碎干實(shí)物料等功能，這與轉(zhuǎn)子錘片上的線(xiàn)速度大小有關(guān)。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)表明前者V=52～60m/s，后者V=77～80m/s即可。這樣以加工粉碎精細(xì)飼料為主，選取錘片線(xiàn)速度V=78.5m/s，D= φ460mm。

由此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：

1.2.2 理論生產(chǎn)率

1.2.3 配套功率

式中：K—試驗(yàn)修正值系數(shù)，K=6.5～11時(shí)分別為加工粗飼料取小值、加工精細(xì)飼料取大值。實(shí)際生產(chǎn)率， 通過(guò)試驗(yàn)表明加工精細(xì)飼料得出：精料=700kg/h。則：N精料=11×700/1000=7.7 kg。當(dāng)加工精料時(shí)選擇8.0kw三項(xiàng)電源的電機(jī)即可適合，同時(shí)又滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2 主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 錘片的技術(shù)參數(shù)

錘片尺寸參數(shù)、設(shè)計(jì)選取形狀為矩形。如（圖2）所示： L=β·D=0.266×460=122mm 、確定L=115mm 、 β=0.266C=0.1 · D=46mm 選取C=45mm 、 式中：D—轉(zhuǎn)子φ直徑mm、β—錘片長(zhǎng)度系數(shù)、β=0.20～0.38。

圖2 錘片幾何尺寸

錘片厚度的修正值為δ=2～10mm，在保證不超過(guò)疲勞強(qiáng)度的前提下，錘片厚度δ=5mm，銷(xiāo)孔直徑d=φ17.5mm。

錘片銷(xiāo)孔至頂端距離為b值，該機(jī)具正常作業(yè)時(shí)錘片劇烈沖擊物料從而使該錘片產(chǎn)生較大的沖擊力，為了阻止該沖擊力不傳遞到轉(zhuǎn)子主軸的兩端支撐裝置上，根據(jù)力學(xué)理論要求得出錘片的撞擊中心，應(yīng)排布在錘片的銷(xiāo)軸的中心線(xiàn)上，也就是“打擊中心”原理[1]，阻止其產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，使得該機(jī)具獲得較強(qiáng)的穩(wěn)定性，從而保證其正常加工作業(yè)。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，M·M·Tepner推導(dǎo)出錘片的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：L—錘片長(zhǎng)度mm、 C—錘片寬度mm、d=銷(xiāo)孔直徑mm得出e=30mm 推算出b=90mm。

確定錘片數(shù)目：錘片數(shù)目依照其工作分布密度要

計(jì)算如下：

選取Z=12、式中：B1—粉碎室有效寬度 B1=185mm＼k'—錘片工作分布密度系數(shù) =0.27～0.47

錘片排列形式為四組對(duì)稱(chēng)式縱橫交錯(cuò)平衡法分布排列。該設(shè)計(jì)具有平衡性較強(qiáng)，錘片運(yùn)行軌跡不重疊，被加工物料在粉碎室內(nèi)撞擊分布均勻等特點(diǎn)。如圖3所示：

圖3 轉(zhuǎn)子主軸的錘片排列

2.2 篩板參數(shù)計(jì)算

篩板是決定粉碎加工物料粒度值大小的主要工作部件。其面積的數(shù)值與孔徑直徑的大小，篩孔形狀、開(kāi)孔分布率等特性對(duì)粉碎機(jī)加工物料均有重要影響。篩板選取為圓形式?jīng)_孔篩片，并設(shè)有一整套不同孔徑型號(hào)的篩片用以調(diào)整粉碎飼料粒度大小，可適用于不同飼養(yǎng)用途的需要。 篩板的通過(guò)率是篩片的有效通過(guò)面積率百分比K來(lái)表示。令篩板上的孔徑為d，各種錘片規(guī)格及K值，篩板型號(hào)尺寸（mm） 有效篩里面積百分?jǐn)?shù)K%，（a直徑） （t孔距） 厚度，孔距t的參數(shù)，按等邊三角形均勻分布，則篩板的有效應(yīng)用面積百分比應(yīng)等于其上任意小面積的有效接觸面積百分比值，即：

可見(jiàn)，k值隨篩孔φ值的增大而遞增，也隨篩孔φ值減小而遞減。篩孔φ值增大既可提高性能指標(biāo)和提高加工的作業(yè)效率，又可降低損耗。試驗(yàn)表明篩板型號(hào)分別為10～30篩板，k值為22.75%～40.35%左右。

3 試驗(yàn)

3.1 工作原理

該機(jī)具的腔體工作室內(nèi)被隔板9將其分隔成2部分，分別為粉碎工作室和拋送工作室。當(dāng)正常粉碎作業(yè)時(shí)，物料在粉碎工作室腔內(nèi)被錘片劇烈的撞擊粉碎后，同時(shí)腔體內(nèi)產(chǎn)生明顯風(fēng)力負(fù)壓強(qiáng)，物料通過(guò)篩板4后吸出。途徑風(fēng)管7進(jìn)入拋送工作室，再次將其吹入拋送筒8中，最后將其排出機(jī)體外進(jìn)入集料處。如更換安裝不同孔徑φ值的篩板，將其獲得不同細(xì)度的粉碎物料。搓揉作業(yè)時(shí)，取下篩板4安裝上搓揉板，拔出隔板9將形成統(tǒng)一的工作碎室，不同種類(lèi)的秸稈強(qiáng)行喂入粉碎工作室腔體內(nèi)即刻被搓揉成揉軟的絲條纖維物狀后，其次途徑過(guò)料口進(jìn)入拋送工作室腔體內(nèi)，最后絲條纖維物被拋送葉片拋出機(jī)體外集堆處理。打漿作業(yè)時(shí)，更換大孔徑φ值的篩板拆解下。主軸轉(zhuǎn)子裝配的風(fēng)扇葉輪、風(fēng)管、拋送筒，安裝隔板，青嫩物料在粉碎室內(nèi)將被打成漿汁后，通過(guò)篩板由下出料口流出機(jī)體外進(jìn)入收集處。

3.2 性能試驗(yàn)

莖稈含水率H的測(cè)定，H= 中A—濕重（克） B—干重（克），莖稈含水率測(cè)： 濕物料重為1010、790、920、950；干物料重為735、545、675、355；含水率為32、32、27、35、30。

正常作業(yè)效率及拋送距離的測(cè)定：當(dāng)機(jī)具正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，在額定轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)連續(xù)喂入測(cè)定15min。作業(yè)效率配套動(dòng)力（KW）：7.5；篩孔：φ=1.2mm、φ=2mm；物料分別為：玉米、干秸桿、青秸桿；原物料含水率（%）依次為：18、30、30；工作速度 （r/min）：3260；生產(chǎn)率 （kg/h） 依次為600、138、330。

經(jīng)試驗(yàn)表明，當(dāng)拋送測(cè)定的距離是揉搓秸稈時(shí)獲得的數(shù)據(jù)，已滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；對(duì)該機(jī)的電機(jī)動(dòng)力源輸出動(dòng)力表明，選用8.0～12KW動(dòng)力源較為合理，可避免短時(shí)超負(fù)荷作業(yè)。

3.3 性能對(duì)比、試驗(yàn)結(jié)果

該機(jī)具粉碎作業(yè)時(shí)，物料的含水率：≤15%。被加工的玉米含水率為16%～20%，秸稈含水率為30%～35%，其含水率 偏高些，經(jīng)試驗(yàn)表明可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。加工玉米（篩板孔徑≤φ2mm）210kg用時(shí)為21min，合生產(chǎn)率600kg/h，也滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；加工玉米秸稈（篩板孔徑≤φ2mm），加工30kg玉米耗時(shí)10 min，生產(chǎn)率為160kg/h。加工60kg玉米秸稈耗時(shí)10min，生產(chǎn)率為350kg/h。技術(shù)指標(biāo)測(cè)定為：物料名稱(chēng)：玉米、秸 稈，作 業(yè) 形 式：粉碎、搓揉 ，篩 片 孔 徑：φ=1.2mm、φ=2mm，生 產(chǎn) 率（kg/h）：35～615。

3.4 作業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參數(shù)[4]

從表中數(shù)據(jù)得出，該機(jī)具選用篩板孔徑φ=1.2mm時(shí)，每班次粉碎加工玉米飼料生產(chǎn)率明顯提高。而次/班加工粉碎該重量（kg）干實(shí)玉米飼料消耗電量?jī)H為8～10度電左右，從而使其可靠性、穩(wěn)定性均≥95%，最終滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本具的技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)合理，性能的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)經(jīng)試驗(yàn)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；

本具是多功能一體機(jī)，具有應(yīng)用范圍廣等特征，還具備雙向動(dòng)力源的選擇使其應(yīng)用范圍擴(kuò)大等特點(diǎn)；

本具具有優(yōu)化設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性均為≥95%，且制造成本較低等特點(diǎn)，為今后改進(jìn)該機(jī)械的設(shè)計(jì)方案提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[3]張蔭坡.飼料機(jī)械化[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社出版，1981.

[4]曹文龍.秸稈飼料加工系列設(shè)備的研究技術(shù)[R]. 2001年吉林省科技廳鑒定文件，2001：11-19.

作者簡(jiǎn)介：肖戟（1969-），男，山東青島人，吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院， 正高級(jí)工程師，主要從事秸稈飼料加工機(jī)械、玉米收獲機(jī)械技術(shù)研究。