轉子式粗精飼料加工機設計與試驗的研究

肖戟 姜彩宇 王新陽 張亮

摘 要：該機型為一機多用途的粗精飼料加工機械，本文就總體配置方案、設計參數、功能配比選擇、性能試驗、制造及試驗等方面進行了深入的研究。

關鍵詞：轉子式；設計；試驗

中圖分類號：S226 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532023

1 機具的設計方案、技術指標及結構設計的確定

1.1 機具總體的設計方案

轉子式粗精飼料加工機總體布置由動力源、上殼體、下殼體、篩板、轉子裝配、機架焊合、喂入料槽、風管、 拋送筒、隔板等部分組成。上殼體與下殼體分別成構了粉碎工作室和拋送室，轉子和風機風管構成了機器的工作部件。

1.1.1 上殼體設計方案

其設計目的為2個方面：防止顆粒物料向喂料口外側不被溢出；阻止莖稈物料進入粉碎室工作。我國目前應用推廣的飼料粉碎加工機械上殼體進料口的安放位置，基本上有以下3種[1]形式。

通過比試驗得出：喂料入口下邊緣與水平面夾角β=90°時，可垂直喂入加工粉碎谷粒等物料，不可加工秸稈類等作物飼料；當β=30°時，粉碎的物料雖沒有出現懸空現象，但返流現象較嚴重。

本機型按一體多功能的設計要求，當β=60°時，其試驗作業表明，沒有出現返流飼料與秸稈懸空等現象，且具有粉碎加工的作業效率較高等特點。

1.1.2 下殼體設計設方案

下殼體設計為篩板下方中軸線的左側切線方向排出物料的設計方案。其特征為作業效率較平穩、管路彎曲半徑小、 占地面積比較少，結構緊湊[1]。

1.1.3 工作腔體的結構參數

當β=60°時，可避免返流被加工飼料，△修正值選定的是否合理關系到秸稈是否懸空的出現，經試其參數確定如下：

如圖所示 △=75 mm 、h—入料高度、h=0.2×460=92mm 、D—轉子工作圓周直徑、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 粉碎室與轉子配置

1.工作室；2.篩板； 3.轉子裝配 ；4.搓揉板

1.1.4 制風室結構設計[2-3]

對于本機型屬于物料被切線方向喂入，同時制風室將在粉碎室內產生一定量負壓空氣將篩板下粉碎的物料抽吸出，制風室軸心對稱2把風葉片，既能在風室內產生負壓空氣，又能起到拋送物料的功能作用，及提高該機正常的粉碎作業效率。選擇D制風機葉片=φ260mm B風機寬度=95mm 風管半徑R=200mm。

1.2 主要技術指標計算

1.2.1 轉子錘片式的線速度及轉子的轉速

錘片上的沖擊力大小與其正常作業的線速度大小有關，該機既有撕裂搓揉秸稈的作用，又具有粉碎干實物料等功能，這與轉子錘片上的線速度大小有關。經反復試驗表明前者V=52～60m/s，后者V=77～80m/s即可。這樣以加工粉碎精細飼料為主，選取錘片線速度V=78.5m/s，D= φ460mm。

由此，轉子轉速為：

1.2.2 理論生產率

1.2.3 配套功率

式中：K—試驗修正值系數，K=6.5～11時分別為加工粗飼料取小值、加工精細飼料取大值。實際生產率， 通過試驗表明加工精細飼料得出：精料=700kg/h。則：N精料=11×700/1000=7.7 kg。當加工精料時選擇8.0kw三項電源的電機即可適合，同時又滿足設計要求。

2 主要工作部件的設計計算

2.1 錘片的技術參數

錘片尺寸參數、設計選取形狀為矩形。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—轉子φ直徑mm、β—錘片長度系數、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，在保證不超過疲勞強度的前提下，錘片厚度δ=5mm，銷孔直徑d=φ17.5mm。

錘片銷孔至頂端距離為b值，該機具正常作業時錘片劇烈沖擊物料從而使該錘片產生較大的沖擊力，為了阻止該沖擊力不傳遞到轉子主軸的兩端支撐裝置上，根據力學理論要求得出錘片的撞擊中心，應排布在錘片的銷軸的中心線上，也就是“打擊中心”原理[1]，阻止其產生強烈振動，使得該機具獲得較強的穩定性，從而保證其正常加工作業。

根據上述設計要求，M·M·Tepner推導出錘片的經驗公式：

式中：L—錘片長度mm、 C—錘片寬度mm、d=銷孔直徑mm得出e=30mm 推算出b=90mm。

確定錘片數目：錘片數目依照其工作分布密度要

計算如下：

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 =0.27～0.47

錘片排列形式為四組對稱式縱橫交錯平衡法分布排列。該設計具有平衡性較強，錘片運行軌跡不重疊，被加工物料在粉碎室內撞擊分布均勻等特點。如圖3所示：

圖3 轉子主軸的錘片排列

2.2 篩板參數計算

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

可見，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和提高加工的作業效率，又可降低損耗。試驗表明篩板型號分別為10～30篩板，k值為22.75%～40.35%左右。

3 試驗

3.1 工作原理

該機具的腔體工作室內被隔板9將其分隔成2部分，分別為粉碎工作室和拋送工作室。當正常粉碎作業時，物料在粉碎工作室腔內被錘片劇烈的撞擊粉碎后，同時腔體內產生明顯風力負壓強，物料通過篩板4后吸出。途徑風管7進入拋送工作室，再次將其吹入拋送筒8中，最后將其排出機體外進入集料處。如更換安裝不同孔徑φ值的篩板，將其獲得不同細度的粉碎物料。搓揉作業時，取下篩板4安裝上搓揉板，拔出隔板9將形成統一的工作碎室，不同種類的秸稈強行喂入粉碎工作室腔體內即刻被搓揉成揉軟的絲條纖維物狀后，其次途徑過料口進入拋送工作室腔體內，最后絲條纖維物被拋送葉片拋出機體外集堆處理。打漿作業時，更換大孔徑φ值的篩板拆解下。主軸轉子裝配的風扇葉輪、風管、拋送筒，安裝隔板，青嫩物料在粉碎室內將被打成漿汁后，通過篩板由下出料口流出機體外進入收集處。

3.2 性能試驗

莖稈含水率H的測定，H= 中A—濕重（克） B—干重（克），莖稈含水率測： 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。

正常作業效率及拋送距離的測定：當機具正常運轉后，在額定轉速下平穩連續喂入測定15min。作業效率配套動力（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；生產率 （kg/h） 依次為600、138、330。

經試驗表明，當拋送測定的距離是揉搓秸稈時獲得的數據，已滿足設計要求；對該機的電機動力源輸出動力表明，選用8.0～12KW動力源較為合理，可避免短時超負荷作業。

3.3 性能對比、試驗結果

該機具粉碎作業時，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，經試驗表明可達到設計要求。加工玉米（篩板孔徑≤φ2mm）210kg用時為21min，合生產率600kg/h，也滿足設計要求；加工玉米秸稈（篩板孔徑≤φ2mm），加工30kg玉米耗時10 min，生產率為160kg/h。加工60kg玉米秸稈耗時10min，生產率為350kg/h。技術指標測定為：物料名稱：玉米、秸 稈，作 業 形 式：粉碎、搓揉 ，篩 片 孔 徑：φ=1.2mm、φ=2mm，生 產 率（kg/h）：35～615。

3.4 作業經濟指標參數[4]

從表中數據得出，該機具選用篩板孔徑φ=1.2mm時，每班次粉碎加工玉米飼料生產率明顯提高。而次/班加工粉碎該重量（kg）干實玉米飼料消耗電量僅為8～10度電左右，從而使其可靠性、穩定性均≥95%，最終滿足設計要求。

4 結論

本具的技術參數準確、結構合理，性能的各項技術指標經試驗均達到了設計要求；

本具是多功能一體機，具有應用范圍廣等特征，還具備雙向動力源的選擇使其應用范圍擴大等特點；

本具具有優化設計合理，運行的可靠性、穩定性均為≥95%，且制造成本較低等特點，為今后改進該機械的設計方案提供了可靠的科學依據。

參考文獻

[1]張蔭坡.中國畜牧業機械化[M].北京：農業出版社出版，1988 ：167-227.

[2]E.S.Pan，W.Z.Feed Manfacturing technology[J].1986，21（6）：775-784.

[3]張蔭坡.飼料機械化[M]. 北京：農業出版社出版，1981.

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

作者簡介：肖戟（1969-），男，山東青島人，吉林省農業機械研究院， 正高級工程師，主要從事秸稈飼料加工機械、玉米收獲機械技術研究。