飼料粉碎機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

飼料粉碎機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計一基于自適應(yīng)智能化調(diào)節(jié)的王林生;馬瑛【摘要】錘片式飼料粉碎機的作業(yè)效率和飼料粉碎質(zhì)量受到諸多因素的影響，飼料的喂入量和粉碎室的工作效率是主要影響因素之一.為此，提出了一種帶加肋板的飼料粉碎機結(jié)構(gòu)，并將PID控制器引入到喂入量控制系統(tǒng)中，提高了飼料粉碎機的自適應(yīng)智能化調(diào)節(jié)功能.為了提高粉碎室的工作效率和粉碎質(zhì)量，將轉(zhuǎn)子設(shè)計成了雙圓盤形式，并在錘片上添加了肋板結(jié)構(gòu)，在喂入裝置中設(shè)計了PID調(diào)節(jié)器，可以根據(jù)錘片的阻力和粉碎質(zhì)量來自適應(yīng)的調(diào)節(jié)喂入量.最后，通過測試樣機對飼料粉碎機的粉碎性能進行了測試，結(jié)果表明:通過測試發(fā)現(xiàn):使用肋板結(jié)構(gòu)可有效地縮短飼料粉碎工作時間，提高工作效率，利用PID調(diào)節(jié)器可以增強喂入系統(tǒng)的自適應(yīng)性，提高響應(yīng)速度，降低超調(diào)量,提高飼料的粉碎質(zhì)量.％Feedhammermillsoperatingefficiencyandfeedcrushingqualityisinfluencedbymanyfactors.Thefeedquantityandcrushingchamberworkefficiencyisoneofthemainfactors.Inordertosolvethisproblem,thispaperpropo-sesastiffenedplateoffeedgrinderstructure,andPIDcontrollerisintroducedintothefeedratecontrolsystemtoimprovethefeedgrinderofintelligentadaptiveadjustmentfunction.Inordertoimprovecrushingchamberworkefficiencyandqualityofcrushing,rotorisdesignedintodoubledisc.Andthehammerisaddingribbedslabstructure,inthefeedingde-vicedesignPIDregulator.Accordingtohammerresistanceandgrindingqualityfromadjustfeedrate,thetestoftheproto-typeoffeedmillcrushingperformancewastested,anditwasfoundthatitcaneffectivelyrelationshipfeedgrindingtime,improveworkefficiencybyusingbeamandslabstructure.UsingPIDregulatorcanenhancethefeedingadaptabilityofthesystemandenhancetheresponserate,reducetheovershootandimprovethefeedgrindingquality.【期刊名稱】《農(nóng)機化研究》【年(卷)，期】2016(038)008【總頁數(shù)】5頁(P204-208)【關(guān)鍵詞】飼料粉碎機啟適應(yīng)調(diào)節(jié);喂入裝置;PID控制;加肋板;閘板【作者】王林生;馬瑛【作者單位】河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南南陽473000;河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南南陽473000【正文語種】中文【中圖分類】S817.12+2飼料是畜牧業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而飼料加工的水平和質(zhì)量決定了畜牧業(yè)發(fā)展的規(guī)模，影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展和綜合效益，直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)和整個國民經(jīng)濟的發(fā)展。因此，要使畜牧業(yè)發(fā)展壯大，必須解決飼料問題，而飼料的來源是解決問題的關(guān)鍵。由于我國糧食人均水平較低，不可能大量地直接使用糧食作為飼料，這就需要研究新型的飼料粉碎機，利用粗飼料豐富的優(yōu)勢，合理地利用各種飼料資源。新型飼料粉碎機設(shè)計需要解決的問題包括工作原理及性能、尺寸參數(shù)和材料等方面的問題，主要是解決高成本與低生產(chǎn)率的矛盾，提高飼料機的生成效率和加工質(zhì)量，滿足飼料的實際生產(chǎn)需求。飼料粉碎機是飼料加工的基礎(chǔ)工具，其工作效率受諸多因素的影響，因此需要對其加工功率影響較大的因素進行分析，優(yōu)化其機械結(jié)構(gòu)，提高粉碎機的工作效率。本研究的飼料粉碎機總體設(shè)計如圖1所示。為了提高飼料粉碎機的工作效率，本研究對飼料粉碎機的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，主要包括錘片結(jié)構(gòu)優(yōu)化、喂入裝置優(yōu)化和轉(zhuǎn)子優(yōu)化。喂入量的PID調(diào)節(jié)如圖2所示。喂入量的調(diào)節(jié)主要通過移動閘板來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)其自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，將閘板設(shè)計成可移動式，并使用PID控制器進行調(diào)節(jié)。PID可以反饋錘片的阻力及粉碎的合格率等信息，從而實現(xiàn)喂入量的自適應(yīng)反饋調(diào)節(jié)，如圖3所示。為了提高粉碎機的工作效率，對錘片結(jié)構(gòu)進行改造，將錘片設(shè)計成帶有肋板的結(jié)構(gòu)。通過肋板可以提高粉碎室的風速和風壓，利于進料效率的提高和出料的壓差，從而提高飼料粉碎機的粉碎效率。飼料粉碎機在工作時，粉碎室的轉(zhuǎn)軸通過電動機帶動皮帶進行高速旋轉(zhuǎn)，粉碎室的物料是利用喂料斗喂入的，中間經(jīng)過閘板，控制不同的喂入量。物料被錘片打破后，以較高的速度向篩片飛去，進一步摩擦和破碎，最后粉碎成小顆粒。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。飼料的加工粒度要求能夠通過篩孔，作業(yè)主要是利用錘片的沖擊和篩片與物料間的摩擦。粉碎機的功率可由經(jīng)驗公式初步計算，即其中，r為飼料的容重；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；k為飼料流成環(huán)形時的影響系數(shù)；k1為喂入量的影響系數(shù)；k2為出料的影響系數(shù)；D為轉(zhuǎn)子直徑；B為粉碎室的高度。粉碎機的配套功率為其中，C1為調(diào)整系數(shù)；P為生產(chǎn)率。由公式(2)可以看出：飼料的粉碎功率主要與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、喂入量及粉碎室的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此可以通過優(yōu)化這3個方面來提升飼料粉碎機的工作效率。將轉(zhuǎn)速采用雙圓盤形式，轉(zhuǎn)子中間利用鍵和套筒進行定位。其中，錘的旋轉(zhuǎn)形成了負壓，提高了進料的速率和排料的壓差，三維結(jié)構(gòu)如圖5所示。除了轉(zhuǎn)子外，粉碎機的工作效率受錘片結(jié)構(gòu)和進料口喂入量影響較大，因此需要對這兩種結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將錘片設(shè)計成帶有肋板的形式，如圖6所示。增加肋板后，可以提高粉碎室轉(zhuǎn)動后的風力，從而形成更高的風壓，提高飼料的粉碎效率。喂料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。為了提高喂入的效率，將喂料裝置設(shè)計成徑向頂部喂入的形式，可以對物料的喂入起到調(diào)節(jié)的作用，提高粉碎室的風壓，增強排粉的能力。為了實現(xiàn)喂入物料的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，對閘板結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，如圖8所示。圖8中利用閘板結(jié)構(gòu)可以控制進料的流量和速度。為了實現(xiàn)閘板的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，將閘板設(shè)計成可以移動式，在錘片裝有阻力傳感器，當阻力增大時，可以調(diào)節(jié)閘板的位移，從而調(diào)節(jié)飼料的流量。圖9為喂入量的PID總體控制示意圖。其中，PID控制器可利用算法進行編程控制，而喂入量的大小調(diào)節(jié)主要通過閘板的位移來實現(xiàn)；閘板位移可以使用最簡單的線性PID控制器來控制，其結(jié)構(gòu)如圖10所示。閘板位移的PID控制器結(jié)構(gòu)主要包括比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。假設(shè)飼料粉碎機的喂入量為Q，則其PID控制方程可以寫成其中，kp為PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)；ki為PID調(diào)節(jié)的積分比例系數(shù)；kd為PID調(diào)節(jié)的微分比例系數(shù)；T為采樣周期；e為兩次流量的調(diào)節(jié)的誤差。為了驗證本次研究對新型飼料粉碎機進行優(yōu)化的有效性和可靠性，根據(jù)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)研制了飼料粉碎機的樣機，并對樣機進行了測試，項目包括喂入量的調(diào)節(jié)響應(yīng)、工作效率和飼料粉碎質(zhì)量。測試樣機如圖11所示。圖11中，錘片結(jié)構(gòu)和閘板結(jié)構(gòu)已經(jīng)進行優(yōu)化。為了測試其喂入量的調(diào)節(jié)響應(yīng)，對喂入量隨時間變化曲線進行了統(tǒng)計，結(jié)果如圖12所示。為了驗證PID調(diào)節(jié)的有效性，將非PID和PID調(diào)節(jié)的結(jié)果進行了對比，結(jié)果表明：PID調(diào)節(jié)器增強了系統(tǒng)的自適應(yīng)性，其響應(yīng)速度快、超調(diào)量較小。為了驗證加肋板對飼料粉碎機的影響，對新型飼料粉碎機的工作效率進行了測試，得到了6組工作效率的對比結(jié)果，如表1所示。由表1可以看出：使用肋板后縮短了飼料粉碎所需時間，有效地提高了粉碎效率。為了驗證PID調(diào)節(jié)器對飼料粉碎機粉碎質(zhì)量的影響，對新型飼料粉碎機的粉碎質(zhì)量進行了測試，得到了6組工作效率的對比結(jié)果，如表2所示。由表2可以看出：使用PID控制可以有效對喂入量進行自適應(yīng)調(diào)整，從而提高飼料粉碎的質(zhì)量。為了提高錘片式飼料粉碎機的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，設(shè)計了一種新型的飼料粉碎機。該機型電機使用雙圓盤轉(zhuǎn)子，在飼料粉碎機的錘片結(jié)構(gòu)上設(shè)計了肋板結(jié)構(gòu)，并在喂入裝置中設(shè)計了PID控制器，實現(xiàn)了飼料加工過程物料喂入量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而大大提高了飼料粉碎機的工作效率和作業(yè)質(zhì)量。為了驗證飼料粉碎機結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可靠性，本文研制了新型飼料粉碎機的樣機，并對樣機的飼料粉碎性能進行了測試，結(jié)果表明：使用肋板和雙圓盤轉(zhuǎn)子可以有效地提高飼料粉碎機的工作效率，使用PID控制器可以有效地提高喂入系統(tǒng)的響應(yīng)速度、降低超調(diào)量，提高飼料粉碎的質(zhì)量，為新型飼料粉碎機的研究提供了較有價值的參考?！鞠嚓P(guān)文獻】杜現(xiàn)軍，李玉道,顏世濤，等棉稈力學性能試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2011,42(4):87-91.宋占華,肖靜漲世福，等.曲柄連桿式棉稈切割試驗臺設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2011,42(11):162-167.王鋒德，燕曉輝,董世平，等.我國棉花秸稈收獲裝備及收儲運技術(shù)路線分析[J].農(nóng)機化研究2009,31(12):217-220.李耀明,秦同娣，陳進，等.玉米莖稈往復切割力學特性試驗與分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011,27(1):160-164.秦國成，秦貴，張艷紅.設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究,2012,34(3):81-82.田榮鋼林君堂，王海龍，等.玉米收獲機輸送清選系統(tǒng)的研究設(shè)計[J].農(nóng)機化研究,2012,34(6):93-96.顧智原，馬莉，張林強，等.玉米剝皮機部件的改進[J].農(nóng)業(yè)工程,2012(4):55-57.周益君，王琛，趙劍波，等.4GX-90型席草收害帆的設(shè)計[J].機電工程,2011(9):1060-1063.王金雙，熊永森,陳德俊.全喂入縱軸流聯(lián)合收獲機參數(shù)選取與驗算[J].農(nóng)機化研究2013,35(1):53-56.李德民，臧東良,曹春玲.JDL3060WL型聯(lián)合收害U機電氣系統(tǒng)[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2011(8):31-33.徐海港,王建強漲岳生.聯(lián)合收害帆四輪驅(qū)動裝置的研制與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程,2012(7):12-14.肖成林，周德義,王志明，等.基于ANSYS的旋耕機210普箱有限元模態(tài)分析[J].農(nóng)機化研究2011,33(10):23-26.周德義，王子佳,宋平平.帶秸稈粉碎裝置的玉米收獲機割臺設(shè)計[J].農(nóng)機化研究,2012,34(2):77-80.曹麗英，王順喜，武佩，等.錘片式飼料粉碎機關(guān)鍵技術(shù)探討[J].糧食與飼料工業(yè),2009(7):34-36.王志強，武佩，曹麗英.新型錘片式粉碎機出料管內(nèi)氣固兩相流模擬[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2009(2):184-187.翟之平，王春光.葉片式拋送裝置氣流流場數(shù)值模擬與優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2008(6):84-87.趙斌娟，袁壽其,劉厚林，等.基于Mixture多相流模型計算雙流道泵全流道內(nèi)固液兩相湍流[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2008,24(1):7-11.徐立章,李耀明，李洪昌，等.縱軸流脫粒分離-清選試驗臺設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2009,40(12):76-79.唐忠,李耀明，趙湛，等.夾帶損失傳感器不同安裝位置對籽粒檢測精度的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2012,28(10