转子式粗精饲料加工机设计与试验的研究

肖戟 姜彩宇 王新阳 张亮

摘 要：该机型为一机多用途的粗精饲料加工机械，本文就总体配置方案、设计参数、功能配比选择、性能试验、制造及试验等方面进行了深入的研究。

关键词：转子式；设计；试验

中图分类号：S226 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532023

1 机具的设计方案、技术指标及结构设计的确定

1.1 机具总体的设计方案

转子式粗精饲料加工机总体布置由动力源、上壳体、下壳体、筛板、转子装配、机架焊合、喂入料槽、风管、 抛送筒、隔板等部分组成。上壳体与下壳体分别成构了粉碎工作室和抛送室，转子和风机风管构成了机器的工作部件。

1.1.1 上壳体设计方案

其设计目的为2个方面：防止颗粒物料向喂料口外侧不被溢出；阻止茎秆物料进入粉碎室工作。我国目前应用推广的饲料粉碎加工机械上壳体进料口的安放位置，基本上有以下3种[1]形式。

通过比试验得出：喂料入口下边缘与水平面夹角β=90°时，可垂直喂入加工粉碎谷粒等物料，不可加工秸秆类等作物饲料；当β=30°时，粉碎的物料虽没有出现悬空现象，但返流现象较严重。

本机型按一体多功能的设计要求，当β=60°时，其试验作业表明，没有出现返流饲料与秸秆悬空等现象，且具有粉碎加工的作业效率较高等特点。

1.1.2 下壳体设计设方案

下壳体设计为筛板下方中轴线的左侧切线方向排出物料的设计方案。其特征为作业效率较平稳、管路弯曲半径小、 占地面积比较少，结构紧凑[1]。

1.1.3 工作腔体的结构参数

当β=60°时，可避免返流被加工饲料，△修正值选定的是否合理关系到秸秆是否悬空的出现，经试其参数确定如下：

如图所示 △=75 mm 、h—入料高度、h=0.2×460=92mm 、D—转子工作圆周直径、e=8.5mm、 e—搓揉间隙/锤片与筛板间隙、D=460mm、 B—工作室宽度、B=185mm。

图1 粉碎室与转子配置

1.工作室；2.筛板； 3.转子装配 ；4.搓揉板

1.1.4 制风室结构设计[2-3]

对于本机型属于物料被切线方向喂入，同时制风室将在粉碎室内产生一定量负压空气将筛板下粉碎的物料抽吸出，制风室轴心对称2把风叶片，既能在风室内产生负压空气，又能起到抛送物料的功能作用，及提高该机正常的粉碎作业效率。选择D制风机叶片=φ260mm B风机宽度=95mm 风管半径R=200mm。

1.2 主要技术指标计算

1.2.1 转子锤片式的线速度及转子的转速

锤片上的冲击力大小与其正常作业的线速度大小有关，该机既有撕裂搓揉秸秆的作用，又具有粉碎干实物料等功能，这与转子锤片上的线速度大小有关。经反复试验表明前者V=52～60m/s，后者V=77～80m/s即可。这样以加工粉碎精细饲料为主，选取锤片线速度V=78.5m/s，D= φ460mm。

由此，转子转速为：

1.2.2 理论生产率

1.2.3 配套功率

式中：K—试验修正值系数，K=6.5～11时分别为加工粗饲料取小值、加工精细饲料取大值。实际生产率， 通过试验表明加工精细饲料得出：精料=700kg/h。则：N精料=11×700/1000=7.7 kg。当加工精料时选择8.0kw三项电源的电机即可适合，同时又满足设计要求。

2 主要工作部件的设计计算

2.1 锤片的技术参数

锤片尺寸参数、设计选取形状为矩形。如（图2）所示： L=β·D=0.266×460=122mm 、确定L=115mm 、 β=0.266C=0.1 · D=46mm 选取C=45mm 、 式中：D—转子φ直径mm、β—锤片长度系数、β=0.20～0.38。

图2 锤片几何尺寸

锤片厚度的修正值为δ=2～10mm，在保证不超过疲劳强度的前提下，锤片厚度δ=5mm，销孔直径d=φ17.5mm。

锤片销孔至顶端距离为b值，该机具正常作业时锤片剧烈冲击物料从而使该锤片产生较大的冲击力，为了阻止该冲击力不传递到转子主轴的两端支撑装置上，根据力学理论要求得出锤片的撞击中心，应排布在锤片的销轴的中心线上，也就是“打击中心”原理[1]，阻止其产生强烈振动，使得该机具获得较强的稳定性，从而保证其正常加工作业。

根据上述设计要求，M·M·Tepner推导出锤片的经验公式：

式中：L—锤片长度mm、 C—锤片宽度mm、d=销孔直径mm得出e=30mm 推算出b=90mm。

确定锤片数目：锤片数目依照其工作分布密度要

计算如下：

选取Z=12、式中：B1—粉碎室有效宽度 B1=185mm＼k'—锤片工作分布密度系数 =0.27～0.47

锤片排列形式为四组对称式纵横交错平衡法分布排列。该设计具有平衡性较强，锤片运行轨迹不重叠，被加工物料在粉碎室内撞击分布均匀等特点。如图3所示：

图3 转子主轴的锤片排列

2.2 筛板参数计算

筛板是决定粉碎加工物料粒度值大小的主要工作部件。其面积的数值与孔径直径的大小，筛孔形状、开孔分布率等特性对粉碎机加工物料均有重要影响。筛板选取为圆形式冲孔筛片，并设有一整套不同孔径型号的筛片用以调整粉碎饲料粒度大小，可适用于不同饲养用途的需要。 筛板的通过率是筛片的有效通过面积率百分比K来表示。令筛板上的孔径为d，各种锤片规格及K值，筛板型号尺寸（mm） 有效筛里面积百分数K%，（a直径） （t孔距） 厚度，孔距t的参数，按等边三角形均匀分布，则筛板的有效应用面积百分比应等于其上任意小面积的有效接触面积百分比值，即：

可见，k值随筛孔φ值的增大而递增，也随筛孔φ值减小而递减。筛孔φ值增大既可提高性能指标和提高加工的作业效率，又可降低损耗。试验表明筛板型号分别为10～30筛板，k值为22.75%～40.35%左右。

3 试验

3.1 工作原理

该机具的腔体工作室内被隔板9将其分隔成2部分，分别为粉碎工作室和抛送工作室。当正常粉碎作业时，物料在粉碎工作室腔内被锤片剧烈的撞击粉碎后，同时腔体内产生明显风力负压强，物料通过筛板4后吸出。途径风管7进入抛送工作室，再次将其吹入抛送筒8中，最后将其排出机体外进入集料处。如更换安装不同孔径φ值的筛板，将其获得不同细度的粉碎物料。搓揉作业时，取下筛板4安装上搓揉板，拔出隔板9将形成统一的工作碎室，不同种类的秸秆强行喂入粉碎工作室腔体内即刻被搓揉成揉软的丝条纤维物状后，其次途径过料口进入抛送工作室腔体内，最后丝条纤维物被抛送叶片抛出机体外集堆处理。打浆作业时，更换大孔径φ值的筛板拆解下。主轴转子装配的风扇叶轮、风管、抛送筒，安装隔板，青嫩物料在粉碎室内将被打成浆汁后，通过筛板由下出料口流出机体外进入收集处。

3.2 性能试验

茎秆含水率H的测定，H= 中A—湿重（克） B—干重（克），茎秆含水率测： 湿物料重为1010、790、920、950；干物料重为735、545、675、355；含水率为32、32、27、35、30。

正常作业效率及抛送距离的测定：当机具正常运转后，在额定转速下平稳连续喂入测定15min。作业效率配套动力（KW）：7.5；筛孔：φ=1.2mm、φ=2mm；物料分别为：玉米、干秸杆、青秸杆；原物料含水率（%）依次为：18、30、30；工作速度 （r/min）：3260；生产率 （kg/h） 依次为600、138、330。

经试验表明，当抛送测定的距离是揉搓秸秆时获得的数据，已满足设计要求；对该机的电机动力源输出动力表明，选用8.0～12KW动力源较为合理，可避免短时超负荷作业。

3.3 性能对比、试验结果

该机具粉碎作业时，物料的含水率：≤15%。被加工的玉米含水率为16%～20%，秸秆含水率为30%～35%，其含水率 偏高些，经试验表明可达到设计要求。加工玉米（筛板孔径≤φ2mm）210kg用时为21min，合生产率600kg/h，也满足设计要求；加工玉米秸秆（筛板孔径≤φ2mm），加工30kg玉米耗时10 min，生产率为160kg/h。加工60kg玉米秸秆耗时10min，生产率为350kg/h。技术指标测定为：物料名称：玉米、秸 秆，作 业 形 式：粉碎、搓揉 ，筛 片 孔 径：φ=1.2mm、φ=2mm，生 产 率（kg/h）：35～615。

3.4 作业经济指标参数[4]

从表中数据得出，该机具选用筛板孔径φ=1.2mm时，每班次粉碎加工玉米饲料生产率明显提高。而次/班加工粉碎该重量（kg）干实玉米饲料消耗电量仅为8～10度电左右，从而使其可靠性、稳定性均≥95%，最终满足设计要求。

4 结论

本具的技术参数准确、结构合理，性能的各项技术指标经试验均达到了设计要求；

本具是多功能一体机，具有应用范围广等特征，还具备双向动力源的选择使其应用范围扩大等特点；

本具具有优化设计合理，运行的可靠性、稳定性均为≥95%，且制造成本较低等特点，为今后改进该机械的设计方案提供了可靠的科学依据。

参考文献

[1]张荫坡.中国畜牧业机械化[M].北京：农业出版社出版，1988 ：167-227.

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

[3]张荫坡.饲料机械化[M]. 北京：农业出版社出版，1981.

[4]曹文龙.秸秆饲料加工系列设备的研究技术[R]. 2001年吉林省科技厅鉴定文件，2001：11-19.

作者简介：肖戟（1969-），男，山东青岛人，吉林省农业机械研究院， 正高级工程师，主要从事秸秆饲料加工机械、玉米收获机械技术研究。