常用饲料粉碎机的结构特点和性能分析

薛晓军 余昊驰

摘要：饲料粉碎机是加工和制备饲料的重要设备之一。众所周知，饲料成本约占养猪成本的70%，饲料加工调制的好坏直接关系到规模化养猪的生产效果和经济效益。在养猪中，准备饲料尤为重要。饲料粉碎机种类繁多，根据粉碎原料、生产能力、匹配功率、出料方式、粉尘、噪音等有不同的选择。锤式粉碎机和爪式粉碎机被广泛使用。锤式破碎机结构简单，适用于破碎各种物料，生产效率高，但耗电量大，噪音大;齿爪破碎机主要用于破碎矿物原料和辅料。

关键词：饲料粉碎机;结构特点;性能分析

引言

饲料粉碎过程是在高速旋转情况下进行饲料原料粉碎过筛的过程，饲料粉碎机的工作性能直接影响饲料的粉碎结果。影响饲料粉碎机的因素较多，而锤片的相关结构参数和筛片直径是影响饲料粉碎性能的决定性因素。为此，利用聚类算法对饲料粉碎机锤片及筛片直径等相关结构参数优化，并利用试验对优化后的结构参数进行验证。随着筛片直径的不断增大，粉碎机的生产率不断增大，生产相同质量的饲料所耗电量逐步降低;在相同的筛片直径条件下，饲料粉碎平均粒径大致相同，说明筛片直接影响饲料粉碎机的粉碎效果。

1饲料粉碎机的研发内容

目前，锤式破碎机的出口工艺主要有机械运输和辅助吸入或空气动力运输两种。空气动力输送适用于粉碎成品粒度较低的材料，但对材料物理特性的变化敏感，材料要求较高，设计要求较高。固体锤式破碎机的出口工艺一般是机械的。机械运输必须配有辅助空气吸收装置，以确保运输顺畅。常见的吸空气装置通常包括：将物料绞盘安装在绞盘架下，将吸空气罩安装在绞盘上，然后连接容易被水汽和灰尘阻挡的除尘装置，从而大大降低风扇的使用效率。为了应对这些挑战，可以在传统研磨机的基础上进行改进，设计一种自吸收和强化的多功能研磨机，解决材料堵塞、内部原材料残馀物粉碎等问题，提高进料破碎精细度，以及 时尚、高效和节省劳力的形式，应广泛用于中小型农场。

2自吸式粉碎混合机

自吸式粉碎混合机组系列自吸式粉碎混合机组是专门为农村养殖者、小型养殖场和中小型配合饲料厂设计的集自吸、粉碎、搅拌于一体的小型配合饲料加工设备，主要用于玉米粒、大豆、大米等颗粒状农产品的粉碎。它具有一人操作方便、节省人力成本、结构简单、损坏少、占地面积小、维修方便等特点。还具有无专用生产场地、混合均匀、产量大的特点，可生产预混料、浓缩料、全价粉等。自吸式粉碎混合机组可一次性完成粉碎混合作业，也可独立工作。自吸式粉碎混合机组可大大降低设备电耗，与同类设备相比可节约25%左右。使用开机时，要注意先启动搅拌机，再启动粉碎机;关机时，先关掉粉碎机，再关掉搅拌机。如果由于断电导致机器中有许多材料，则应排出这些材料。物料少时，采用点开方式，避免损坏机器。

3锤片式饲料粉碎机

改善粉碎机的工作性能，提升其物料的筛分效率是关键。为了探究影响粉碎机筛分效率的因素，早期首先采用高速摄影机对粉碎室内物料的运动情况进行试验;运用高速摄影技术对锤片式粉碎机粉碎过程中物料状态进行研究，证实了粉碎室内部物料环流层的存在;采用同位素示踪法对锤片式粉碎机粉碎室内筛片动态响应规律、物料运动规律进行研究。20世纪八九十年代，国内学者也利用高速摄影技术对粉碎机的工作机理及物料在粉碎室内的运动规律进行研究。提出了，物料环流层是影响粉碎机的能耗和效率的重要因素之一。对锤片式粉碎机的喂料量、进风量与度电产量进行了研究，通过数学计算得到了粉碎效率最佳时的理论参数取值区间，这为整机的设计参数提供了支持;对于传统粉碎加工过程中的相关现象，可调节锤筛间隙及锤片的排列方式使加工产品的颗粒大小不同，从而提高饲料加工的质量;环流层是造成其功耗大、效率低的主要原因，指出可通过改变粉碎机的转子结构来降低环流速度，从而提升效率、降低能耗。

4对锤片式饲料粉碎机的优化

在锤片式饲料粉碎机的研究和优化过程中，进行了大量研究和试验。利用FLUENT软件对整机的分离装置进行了数学建模，模拟了粉碎室内部工况条件下的物料的运动规律，选取了粉碎过程中的重要因数，对物料筛分效率及其影响因素的关系进行了分析;通过FLUENT建立了粉碎室流场和其运动网格的数学模型，在此基础上设计UDF算法，得到粉碎机内部的速度场云图和不同入口速度下的流场中的最大速度值，得出当增加肋片数后，最大速度数值明显大于不加肋片，为提高机械效率提供参考;为提高粉碎机筛分效率，对筛网结构进行改进，对凹型和平板型两者对比，经EDEM仿真和试验的验证，在相同时刻，凹面型过筛物料明显大于平板型，提出凹面型筛网对筛分效率的提高有显著作用等。

4.1利用聚类算法优化

饲料粉碎机的结构是由不同的设计参数堆叠而成，在相关设计参数中，部分设计参数是因使用条件及技术要求等确定的参数，优化过程中此类参数保持原始要求;另一种与预定参数无关的参数在设计过程中可利用一系列限制条件进行优化，此类参数也可称为设计过程变量。随着设计过程中优化参数的不断增加，设计过程自由度增加，过程复杂，产品多样性也随之增加。利用聚类算法进行粉碎机性能优化时，以设计变量为自变量，建立设计变量空间，设计变量的个数称为设计空间自由度。对饲料粉碎机工作性能相关影响因素的分析，利用聚类算法对饲料粉碎机性能进行优化，并对优化后的饲料粉碎机结构参数进行试验验证。结果表明：随着筛片直径的增大，饲料粉碎机的生产率逐渐增大;生产相同质量的饲料，耗电量随着筛片直径的增长也逐渐增大;在同一种筛片直径条件下，饲料平均粒径近似相等。由此说明，粒径受筛片直径直接影响，随着筛片直径的增大，饲料平均粒径也不断增大。

4.2以EDEM-FLUENT耦合为基础的分离运动分析

锤片式粉碎机内物料颗粒在分离装置中的运动十分复杂。基于前期设计的锤片式饲料粉碎机为试验平台，利用EDEM-FLUENT耦合分析1kg物料颗粒在1s内进入分离流道内运动情况，所得结论不仅适用于具有分离装置的锤片式粉碎机，同时对分离装置内颗粒运动状态的相关研究具有参考价值。主要结论有以下几个方面：①以EDEM-FLUENT耦合为基础，对分离装置内气固两相流进行模拟，全面清晰地了解物料颗粒在分离装置内的运动状态，找到了颗粒能够顺利到达筛网的最佳运动轨迹。②物料颗粒以30°、45°、60°三种不同入射角度进入分离装置内，通过对其运动状态进行分析，物料颗粒在入口处的速度方向沿水平方向45°角时，物料颗粒较易到达筛面进行透筛，回料管回料量最少，能量损失较小。③進入分离装置内物料颗粒的速度大小是影响筛分效率的重要因素之一，通过耦合颗粒相的速度大于、等于及小于流体相的速度分析，结果表明：颗粒运动距离较短且其速度较大，运动受重力影响较小，当气相速度略高于物料速度时，筛分效率达到最优。

结束语

综上所述，饲料粉碎机的成功研制将进一步提高饲料的加工质量，特别是提高饲料的适口性和消化率，提高饲料的营养价值和利用率，从而大大提高养殖户和设备厂家的经济效益，有利于扩大养殖场的生产规模。按照每个农场可以解决周边5～10个农村剩余劳动力就业问题的计算，设备的推广将有力促进当地农村剩余劳动力的解决。实现农民增收和农村经济发展，对于实施乡村振兴战略、巩固脱贫攻坚成果、解决“三农”问题具有重要的现实意义。

参考文献

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