摘要：錘片式
飼料粉碎機(jī)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(jī)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(jī)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)計成了雙網(wǎng)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(jī)對飼料粉碎機(jī)的粉碎性能進(jìn)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(qiáng)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。
關(guān)鍵詞：
飼料粉碎機(jī)；自適應(yīng)調(diào)節(jié)：喂入裝置；PID控制；加肋板；閘板
0 引言
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(jì)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(jì)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(jī)，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(jī)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(jī)的生成效率和加工質(zhì)量，滿足飼料的實際生產(chǎn)需求。
1新型飼料粉碎機(jī)總體設(shè)計
飼料粉碎機(jī)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(jìn)行分析，優(yōu)化其機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高粉碎機(jī)的工作效率。本研究的飼料粉碎機(jī)總體設(shè)計如圖1所示。
為了提高飼料粉碎機(jī)的工作效率，本研究對飼料粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)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(jī)的工作效率，對錘片結(jié)構(gòu)進(jìn)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(fēng)速和風(fēng)壓，利于進(jìn)料效率的提高和出料的壓差，從而提高飼料粉碎機(jī)的粉碎效率。
2新型飼料粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
飼料粉碎機(jī)在工作時，粉碎室的轉(zhuǎn)軸通過電動機(jī)帶動皮帶進(jìn)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(jìn)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(jī)的功率可由經(jīng)驗公式初步計算，即
P= 3.6＊r＊n＊k＊K1＊k2＊D
2＊B/60 (1)
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(jī)的配套功率為
Ⅳ，=C1．P (2)
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(jī)的工作效率。
將轉(zhuǎn)速采用雙網(wǎng)盤形式，轉(zhuǎn)子中間利用鍵和套筒進(jìn)行定位。其中，錘的旋轉(zhuǎn)形成了負(fù)壓，提高了進(jìn)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(jī)的工作效率受錘片結(jié)構(gòu)和進(jìn)料口喂入量影響較大，因此需要對這兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)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(fēng)力，從而形成更高的風(fēng)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，可以對物料的喂人入起到調(diào)節(jié)的作用，提高粉碎室的風(fēng)壓，增強(qiáng)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(jìn)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(jìn)料的流量和速度。為了實現(xiàn)閘板的白適應(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(dāng)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(jìn)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(jī)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。
3 飼料粉碎機(jī)功能測試
為了驗證本次研究對新型飼料粉碎機(jī)進(jìn)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(jī)的樣機(jī)，并對樣機(jī)進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行了對比，結(jié)果表明：PID調(diào)節(jié)器增強(qiáng)了系統(tǒng)的白適應(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(jī)的影響，對新型飼料粉碎機(jī)的工作效率進(jìn)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(jī)粉碎質(zhì)量的影響，對新型飼料粉碎機(jī)的粉碎質(zhì)量進(jìn)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(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，從而提高飼料粉碎的質(zhì)量。
4結(jié)論
1)為了提高錘片式飼料粉碎機(jī)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(jī)。該機(jī)型電機(jī)使用雙網(wǎng)盤轉(zhuǎn)子，在飼料粉碎機(jī)的錘片結(jié)構(gòu)上設(shè)計了肋板結(jié)構(gòu)，并在喂人裝置中設(shè)計了PID控制器，實現(xiàn)了飼料加工過程物料喂入量的白適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而大大提高了飼料粉碎機(jī)的工作效率和作業(yè)質(zhì)量。
2)為了驗證飼料粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可靠性，本文研制了新型飼料粉碎機(jī)的樣機(jī)，并對樣機(jī)的飼料粉碎性能進(jìn)行了測試，結(jié)果表明：使用肋板和雙網(wǎng)盤轉(zhuǎn)子可以有效地提高飼料粉碎機(jī)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(jī)的研究提供了較有價值的參考。
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