利用牛糞生產(chǎn)墊料的滾筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化

王盼柳 曹 哲 李 浩 施正香,4* 劉中珊

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.Department of Engineering, Aarhus University, Aarhus C 8000；4.北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083；5.哈爾濱華美億豐復(fù)合材料有限公司，哈爾濱 150000)

規(guī)模化奶牛場(chǎng)糞污排放量大且集中，導(dǎo)致糞污處理難度大，污染嚴(yán)重，已成為制約我國(guó)奶業(yè)迅速發(fā)展的瓶頸，亟需糞污的無害化處理和資源化利用。奶牛場(chǎng)散欄飼養(yǎng)模式的推廣，使得牛床墊料成為不可或缺的生產(chǎn)資料。傳統(tǒng)的牛床墊料包括沙子、稻殼、秸稈等。沙子為無機(jī)物質(zhì)，具有生物安全性高、透水性和舒適性好等特征，但易與糞尿混合，磨損糞污處理設(shè)備；稻殼和秸稈作墊料需從市場(chǎng)購(gòu)買，受市場(chǎng)波動(dòng)影響大，且一家2 000頭規(guī)模化奶牛場(chǎng)使用稻殼作墊料，每年在墊料上的購(gòu)置成本約264萬元[1]。因此，奶牛場(chǎng)牛床墊料亟需新的可替代材料。基于以上問題，施正香等[2]提出利用奶牛場(chǎng)糞污生產(chǎn)牛床墊料。早在20世紀(jì)70年代，美國(guó)的一些牧場(chǎng)就已經(jīng)開始使用固體牛糞做墊料[3]。Bradley等[4]和Husfeldt等[5]證實(shí)了固體牛糞做墊料的可行性。

牛糞墊料的制作方式大致可分為3 種模式[1]：固液分離直接利用模式(糞污固液分離后直接作墊料)、厭氧發(fā)酵墊料生產(chǎn)模式(糞污沼氣發(fā)酵后經(jīng)固液分離作墊料)和好氧發(fā)酵墊料生產(chǎn)模式(糞污固液分離后經(jīng)好氧發(fā)酵作墊料)。好氧發(fā)酵墊料生產(chǎn)模式根據(jù)后期設(shè)備的投入又可分為自然堆積式、條垛式、槽式和滾筒式，其中滾筒式好氧發(fā)酵墊料生產(chǎn)模式因其生產(chǎn)效率高、設(shè)施設(shè)備占地面積小、機(jī)械自動(dòng)化程度高而得到廣泛應(yīng)用。

滾筒裝置是滾筒式好氧發(fā)酵墊料生產(chǎn)模式的核心部件。奶牛場(chǎng)牛舍內(nèi)糞污經(jīng)暗管或拉糞車輸送至集污池，集污池中的糞污經(jīng)切割泵和攪拌機(jī)抽至固液分離系統(tǒng)，糞污經(jīng)固液分離后，固體部分進(jìn)入滾筒發(fā)酵倉(cāng)，并經(jīng)高溫好氧發(fā)酵15～18 h[6]，生成牛糞墊料。固體牛糞在滾筒內(nèi)進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵，不僅對(duì)牛糞具有殺菌消毒作用，同時(shí)也可進(jìn)一步降低牛糞含水率，提高牛糞墊料的安全性與舒適性。滾筒發(fā)酵生產(chǎn)牛糞墊料系統(tǒng)可保證固體牛糞的連續(xù)進(jìn)出料，牛糞在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間即為發(fā)酵時(shí)間，根據(jù)滾筒長(zhǎng)度除以牛糞在滾筒內(nèi)的軸向運(yùn)行速度，可計(jì)算出固體牛糞在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間。

目前關(guān)于滾筒發(fā)酵生產(chǎn)牛糞墊料滯留時(shí)間的研究較少，而通過建立數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)滾筒干燥物料滯留時(shí)間的相關(guān)研究較多[7-8]。由于滾筒發(fā)酵生產(chǎn)牛糞墊料過程涉及固體牛糞質(zhì)量及物料性質(zhì)的改變，因此，干燥滾筒滯留時(shí)間的數(shù)學(xué)模型并不具備普遍適用性。離散單元法(Discrete element method, DEM)是一種專門用于解決非連續(xù)介質(zhì)問題的有效方法[9]。目前，利用離散單元法研究滾筒內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)多局限于對(duì)滾筒干燥器或滾筒內(nèi)顆粒物桿狀或橢球型等特殊形狀的研究[10-15]，而對(duì)滾筒發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)牛糞顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)尚無相關(guān)研究。

為優(yōu)化滾筒抄板結(jié)構(gòu)、提高牛糞墊料的生產(chǎn)效率及墊料品質(zhì)，本研究擬采用離散單元法，對(duì)不同抄板結(jié)構(gòu)的滾筒內(nèi)牛糞顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真，并將仿真與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行圖像比對(duì)，旨在驗(yàn)證仿真的有效性，探究滾筒生產(chǎn)牛糞墊料的最優(yōu)抄板結(jié)構(gòu)，以期為提高牛糞墊料生產(chǎn)效率及墊料品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。

1 模型建立

1.1 顆粒模型

固體牛糞組成復(fù)雜，與奶牛飼料配方及反芻過程消化能力有關(guān)。滾筒發(fā)酵前的固體牛糞經(jīng)固液分離后大部分為奶牛瘤胃未消化的飼料殘?jiān)渲欣w維類物質(zhì)長(zhǎng)度不超過13 mm[16]。微觀上，固體牛糞顆粒由長(zhǎng)短不一的絲狀顆粒構(gòu)成，且尺寸短小、數(shù)量巨大，其中粒徑為1.0～2.0 mm的牛糞顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的比例最大，為(44.0±0.7)%。若按真實(shí)物料尺寸對(duì)其進(jìn)行顆粒建模，將大大增加仿真時(shí)間、降低計(jì)算效率。根據(jù)離散元理論及長(zhǎng)期工程實(shí)踐表明，當(dāng)顆粒數(shù)量足夠多時(shí)，適當(dāng)放大顆粒尺寸、簡(jiǎn)化顆粒形狀，并修正其接觸參數(shù)，依然能夠準(zhǔn)確、合理地描述顆粒的群體運(yùn)動(dòng)行為[17]。因此，本研究中固體牛糞顆粒采用單球型顆粒模型，并對(duì)顆粒的滾動(dòng)摩擦因數(shù)進(jìn)行修正，以此表征相關(guān)參數(shù)[18]。

牛糞顆粒在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)可分為平移和旋轉(zhuǎn)2 種，其速度與角速度變化由牛頓第二定律進(jìn)行求解[19]。牛糞顆粒的平移速度由式(1)進(jìn)行計(jì)算，旋轉(zhuǎn)角速度由式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

(2)

式中：mi為顆粒i的質(zhì)量，kg；ui為顆粒i的平移速度，m/s；t為顆粒i的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，s；Fi為顆粒所受合力，N；Ii為顆粒i的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m/s；ωi為顆粒i的旋轉(zhuǎn)角速度，r/s；Mi為作用力Fi對(duì)顆粒i產(chǎn)生的力矩矢量和，N·m。

1.2 接觸模型

本研究采用軟球模型及Johnson-Kendall-Roberts(JKR)接觸理論計(jì)算牛糞顆粒模型受力[20-21]。

1.3 幾何模型

幾何模型是離散元仿真中顆粒所接觸到的機(jī)器或物體實(shí)體。本研究采用Solidworks制圖軟件創(chuàng)建滾筒模型(圖1)，然后導(dǎo)入EDEM軟件中。

1.滾筒中軸線；2.抄板；3.螺旋線1.Central axis of the rotating drum； 2.Grabbing planks； 3.Spiral line圖1 滾筒幾何模型Fig.1 Geometrical model of the rotating drum

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與指標(biāo)測(cè)定

2.1 樣機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證離散元軟件EDEM仿真滾筒生產(chǎn)牛糞墊料過程的有效性，利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。若直接以原型機(jī)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，其操作困難、計(jì)算成本高昂且無法對(duì)滾筒內(nèi)部固體牛糞的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)定。因此，本研究以哈爾濱華美億豐復(fù)合材料有限公司制作的滾筒發(fā)酵罐為原型，按1/5比例縮小，取軸向長(zhǎng)度為1 m制作滾筒樣機(jī)(圖2)。

1.進(jìn)料端；2.抄板Ⅰ；3.抄板Ⅱ；4.出料端1.Feeding end； 2.Grabbing plank Ⅰ; 3.Grabbing plank Ⅱ； 4.Discharging end圖2 滾筒樣機(jī)實(shí)物圖Fig.2 Physical scale model of the rotating drum

滾筒樣機(jī)內(nèi)抄板結(jié)構(gòu)為2 組螺旋線排布，且抄板與滾筒中軸線夾角θ為0°(結(jié)構(gòu)A)。抄板I截面形狀與抄板П相同，其軸向長(zhǎng)度為抄板П的2 倍，可增大單位時(shí)間內(nèi)抄板的揚(yáng)料速率與固體牛糞的觸氧量。為便于觀察試驗(yàn)過程滾筒樣機(jī)內(nèi)牛糞堆體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，樣機(jī)材質(zhì)選擇透明亞克力有機(jī)玻璃。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)分別在滾筒徑向及軸向方向安裝高清攝像頭，攝像頭型號(hào)為KV-C3053FA，由河南普實(shí)科技有限公司生產(chǎn)并提供，用于實(shí)時(shí)記錄牛糞在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。試驗(yàn)材料取自北京某奶牛場(chǎng)固液分離后的固體牛糞，含水率為60.0%～63.0%。觀察并截取視頻中的圖像，分析固體牛糞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，利用EDEM軟件建立相同的模型，截取牛糞顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)。

2.2 仿真參數(shù)標(biāo)定

固體牛糞顆粒是一種物理性質(zhì)較為復(fù)雜的散體物料，若直接測(cè)試，以獲取牛糞顆粒的力學(xué)性質(zhì)，則試驗(yàn)難度較大。在工程應(yīng)用中，建模時(shí)顆粒物料的物理參數(shù)主要通過對(duì)標(biāo)試驗(yàn)與仿真中物料宏觀運(yùn)動(dòng)效果的方式獲得。

固體牛糞的自然堆積密度和靜態(tài)堆積角采用墻角傾倒法(圖3(a))獲取：當(dāng)固體牛糞含水率為(61.3±1.4)%時(shí)，牛糞的自然堆積密度為(200.0±1.5) kg/m3，靜態(tài)堆積角為(42.8±0.9)°。利用上述參數(shù)在EDEM軟件中建立對(duì)應(yīng)的空心筒法仿真試驗(yàn)(圖3(b))，獲取此參數(shù)下牛糞堆體的堆積角和堆密度等特征參數(shù)。利用GEMM數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)顆粒模型的近似接觸參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)與仿真結(jié)果的差異，調(diào)整相關(guān)數(shù)值，使得仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相一致，從而取得較準(zhǔn)確的參數(shù)，并將此物理參數(shù)作為仿真參數(shù)。EDEM中牛糞物料屬性及接觸參數(shù)見表1。

圖3 試驗(yàn)和仿真中固體牛糞靜態(tài)堆積角及自然堆積密度的測(cè)定方法Fig.3 Determination methods of the static stacking angle and the natural stacking density of the solid manure in the test and the simulation

表1 固體牛糞的物理特性及接觸參數(shù)Table 1 Physical characters and contact parameters of the solid manure

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

滾筒好氧發(fā)酵過程是生產(chǎn)牛糞墊料的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，滾筒內(nèi)部抄板結(jié)構(gòu)對(duì)固體牛糞不僅具有攪拌作用，使其均勻觸氧，而且可推進(jìn)牛糞堆體向前運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)固體牛糞墊料的連續(xù)進(jìn)出料，提高滾筒生產(chǎn)效率。滾筒內(nèi)抄板結(jié)構(gòu)沿其壁面呈螺旋線均勻排布，螺旋線偏轉(zhuǎn)角度為180°，單條螺旋線上抄板分布數(shù)量為20 塊。抄板截面為半徑30 cm、圓心角10°的扇形，沿滾筒軸向方向的長(zhǎng)度為50 cm。滾筒內(nèi)部尺寸為Φ2 m×10 m，轉(zhuǎn)速為0.25 r/min，傾角為0°，牛糞填充量為15 m3。為探究抄板排布的螺旋線組數(shù)和夾角θ的變化對(duì)固體牛糞混合作用及輸送效率的影響，本研究提出3 種抄板結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)A為抄板在滾筒壁面呈2 組螺旋線排布且夾角θ為0°；結(jié)構(gòu)B為抄板在滾筒壁面呈2 組螺旋線排布且夾角θ為45°；結(jié)構(gòu)C為抄板在滾筒壁面呈4 組螺旋線排布且夾角θ為45°。利用已建立的滾筒及牛糞顆粒模型，對(duì)大型滾筒發(fā)酵生產(chǎn)牛糞墊料過程進(jìn)行仿真研究。

3 結(jié)果與分析

3.1 仿真有效性驗(yàn)證

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與仿真過程中同一時(shí)段牛糞顆粒在滾筒軸向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析(圖4(a))。固體牛糞在進(jìn)料端形成一段滑坡，如圖4(a)中牛糞堆體a，這主要是牛糞在重力作用下滑落形成；當(dāng)固體牛糞進(jìn)入中間區(qū)域時(shí)，牛糞被抄板揚(yáng)起，并逐漸灑落，如圖4(a)中牛糞堆體b、c、d。經(jīng)比對(duì)分析，試驗(yàn)與仿真過程固體牛糞所形成的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本一致。

牛糞在滾筒徑向方向主要呈現(xiàn)2種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(圖4(b))：1)牛糞平穩(wěn)堆積，在抄板及滾筒帶動(dòng)下逐步提高，并改變傾斜角度，但由于牛糞的粘性和內(nèi)摩擦作用，使其處于較平穩(wěn)狀態(tài)；2)當(dāng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度時(shí)，板邊緣的牛糞堆體達(dá)到最大堆積角，開始產(chǎn)生滑落，如圖4(b)中牛糞堆體e。對(duì)比試驗(yàn)與仿真結(jié)果可知，徑向?yàn)⒘线^程固體牛糞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本一致。

測(cè)定試驗(yàn)與仿真過程固體牛糞運(yùn)行穩(wěn)定后在滾筒徑向形成的坡度(圖4(c))。試驗(yàn)中固體牛糞形成的坡度為(47.7±1.1)°，仿真過程中牛糞堆體在滾筒徑向形成的坡度為(47.5±0.9)°，試驗(yàn)與仿真中牛糞堆體形成的坡度差異不顯著(P>0.05)，說明試驗(yàn)與仿真過程牛糞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本一致。分析滾筒徑向牛糞堆體坡度形成原因，牛糞顆粒的徑向運(yùn)動(dòng)源自滾筒的端面效應(yīng)和抄板的帶動(dòng)，即牛糞顆粒在滾筒端面旋轉(zhuǎn)過程中，由于端面的摩擦作用和抄板的揚(yáng)料作用，使牛糞堆體表面沿滾筒徑向形成一定坡度[22]。

a和a′分別為試驗(yàn)與仿真中由于重力作用而形成的牛糞堆體滑坡；b、c、d和b′、c′、d′分別為試驗(yàn)與仿真中由滾筒和抄板帶動(dòng)而形成的牛糞堆體；e和e′分別為試驗(yàn)與仿真中達(dá)到最大堆積角而即將從抄板滑落的牛糞堆體。Those marked with a and a′ are the solid manure piles formed by gravity in the field test and simulation, respectively. Those marked with b, c, d and b′, c′, d′ are the solid manure piles formed by the driven force of the roller and the plate in the field test and simulation, respectively. Those marked with e and e′ are the solid manure piles reached the maximum stacking angle and are about to slide down from the grabbing planks in the field test and simulation, respectively.圖4 滾筒樣機(jī)內(nèi)牛糞顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的試驗(yàn)與仿真結(jié)果Fig.4 Results of the particle movement of solid cow manure in the rotating drum during the field test and the simulation

3.2 顆粒運(yùn)動(dòng)分析

為更精確分析牛糞顆粒的運(yùn)行軌跡，對(duì)抄板結(jié)構(gòu)為A時(shí)滾筒內(nèi)f、g、m、n等4個(gè)顆粒子集進(jìn)行軌跡示蹤(圖5(a))，將除這4 個(gè)子集外的其他顆粒進(jìn)行隱藏，并以運(yùn)動(dòng)軌跡模式顯示顆粒子集的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每隔5 s記錄1次牛糞顆粒的坐標(biāo)，提取牛糞顆粒在滾筒軸向方向的運(yùn)行速度(圖5(d))。牛糞在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間計(jì)算公式為：

滯留時(shí)間=滾筒長(zhǎng)度/牛糞軸向運(yùn)行速度

(3)

對(duì)圖5(d)中抄板結(jié)構(gòu)為A時(shí)牛糞顆粒在滾筒內(nèi)的軸向運(yùn)行速度進(jìn)行分析。牛糞顆粒在滾筒軸向方向的平均運(yùn)行速度為4.2×10-5m/s，由式(3)計(jì)算得出，抄板結(jié)構(gòu)為A時(shí)牛糞在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間為66.6 h，該發(fā)酵時(shí)間大于建議發(fā)酵時(shí)間，影響成品墊料質(zhì)量且降低滾筒生產(chǎn)效率。分析其原因，滾筒內(nèi)雖有抄板結(jié)構(gòu)，但夾角θ為0°，因此，在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，該抄板結(jié)構(gòu)僅對(duì)牛糞在滾筒徑向具有攜帶、攪拌作用，而對(duì)其軸向輸送并無明顯效果。

提取抄板結(jié)構(gòu)為B和C時(shí)牛糞顆粒的速度云圖(圖5(b)和(c))。2 種抄板結(jié)構(gòu)條件下牛糞顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本相同：1)牛糞顆粒在堆體形成的坡面處速度較大，表現(xiàn)為在重力及接觸顆粒作用下的滑落過程；2)接近滾筒壁面處的牛糞顆粒主要由滾筒摩擦力及抄板推動(dòng)力作用進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，其速度為2.5×10-2m/s，接近滾筒轉(zhuǎn)速2.6×10-2m/s；3)牛糞顆粒在堆體中心處形成剪切流動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度較低。顆粒運(yùn)動(dòng)速度低表明其內(nèi)部牛糞混合狀態(tài)不佳，若顆粒群長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，則易導(dǎo)致牛糞堆體內(nèi)部缺氧，從而產(chǎn)生厭氧發(fā)酵，影響牛糞墊料的品質(zhì)。可調(diào)整抄板高度及牛糞填充率進(jìn)行改進(jìn)[23-24]。

利用EDEM提取牛糞顆粒在滾筒抄板結(jié)構(gòu)為B和C時(shí)的軸向運(yùn)行速度(圖5(d))。牛糞顆粒在滾筒軸向的運(yùn)行速度呈周期性變化，這與牛糞在滾筒內(nèi)所處位置有關(guān)，牛糞處于滾筒底部時(shí)，運(yùn)行速度較小，牛糞處于上升位置時(shí)，運(yùn)行速度較大。分別對(duì)2 種抄板結(jié)構(gòu)下牛糞在軸向方向的運(yùn)行速度求平均值，結(jié)構(gòu)B運(yùn)行速度為9.6×10-5m/s，結(jié)構(gòu)C運(yùn)行速度為1.7×10-4m/s，結(jié)構(gòu)C條件下牛糞顆粒軸向運(yùn)行速度是結(jié)構(gòu)B條件下的1.8 倍。根據(jù)式(3)可得，抄板結(jié)構(gòu)為B時(shí)牛糞堆體在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間約為29.0 h，抄板結(jié)構(gòu)為C時(shí)牛糞堆體在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間約為16.2 h。

圖5 抄板結(jié)構(gòu)為A、B、C時(shí)牛糞顆粒在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仿真Fig.5 Particle movement simulations of the solid manure in the rotating drum with structures A, B and C

對(duì)比3種滾筒抄板結(jié)構(gòu)中牛糞堆體在筒倉(cāng)內(nèi)的滯留時(shí)間。當(dāng)抄板結(jié)構(gòu)為2組螺旋線排布且夾角θ為0°時(shí)，牛糞堆體在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間為66.6 h；當(dāng)抄板結(jié)構(gòu)為2 組螺旋線排布且θ為45°時(shí)，牛糞堆體在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間為29.0 h；當(dāng)抄板結(jié)構(gòu)為4組螺旋線排布且θ為45°時(shí)，牛糞堆體在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間為16.2 h。螺旋線數(shù)量相同時(shí)，增大夾角θ，可顯著提高牛糞顆粒的軸向運(yùn)行速度，將θ由0°提高至45°，牛糞顆粒在滾筒內(nèi)的軸向運(yùn)行速度可提高2.3倍；夾角θ相同時(shí)，抄板在滾筒壁面排布的螺旋線組數(shù)增大2倍，牛糞顆粒在滾筒軸向運(yùn)行速度可提高1.8倍。分析其原因，這可能是由于滾筒旋轉(zhuǎn)過程中，抄板結(jié)構(gòu)為4組螺旋線時(shí)，在滾筒徑向可對(duì)牛糞顆粒執(zhí)行4次推送，而2組螺旋線僅可對(duì)牛糞顆粒執(zhí)行2次推送。夾角θ的改變對(duì)牛糞顆粒軸向運(yùn)行速度的影響大于抄板在滾筒壁面螺旋線組數(shù)的改變。因此，可進(jìn)一步探究夾角θ的大小對(duì)牛糞顆粒軸向運(yùn)行速度的影響。

4 結(jié)論與建議

本研究基于離散單元法對(duì)滾筒生產(chǎn)牛糞墊料過程進(jìn)行了仿真研究，得到如下結(jié)論：

1)離散單元法建立的顆粒運(yùn)動(dòng)模型能較好地描述滾筒生產(chǎn)牛糞墊料過程。

2)抄板結(jié)構(gòu)為2 組螺旋線排布且抄板與滾筒中軸線夾角θ為0°時(shí)，牛糞顆粒軸向運(yùn)行速度為 4.2×10-5m/s，牛糞在筒倉(cāng)內(nèi)的滯留時(shí)間為66.6 h；抄板結(jié)構(gòu)為2 組螺旋線排布且夾角θ為45°時(shí)，牛糞顆粒軸向運(yùn)行速度為9.6×10-5m/s，牛糞在筒倉(cāng)內(nèi)的滯留時(shí)間為29.0 h；抄板結(jié)構(gòu)為4 組螺旋線排布且夾角θ為45°時(shí)，牛糞顆粒軸向運(yùn)行速度為1.7×10-4m/s，牛糞在筒倉(cāng)內(nèi)的滯留時(shí)間為16.2 h。由此可知，抄板結(jié)構(gòu)為4 組螺旋線排布且夾角θ為45°時(shí)，滾筒生產(chǎn)牛糞墊料效率最高，結(jié)構(gòu)最為合理。

3)抄板與滾筒中軸線的夾角θ由0°增大至45°，牛糞顆粒在滾筒軸向的運(yùn)行速度提高了2.3倍；抄板在滾筒壁面的螺旋線排布組數(shù)由2條增加至4條，牛糞顆粒在滾筒軸向的運(yùn)行速度提高了1.8倍。夾角θ的大小對(duì)牛糞顆粒軸向運(yùn)行速度的影響大于螺旋線組數(shù)改變對(duì)其在滾筒內(nèi)軸向運(yùn)行速度的影響，且螺旋線組數(shù)增加、抄板個(gè)數(shù)增加、滾筒制作成本增加。因此，建議滾筒制造過程優(yōu)先考慮抄板角度的改變。