滚筒式日粮混合机混合机理分析与试验研究

发布时间：2020-11-15 07:20

　　 随着国内外反刍动物养殖业规模化和集约化的发展,以及饲养管理水平的提高,全混合日粮饲喂技术得到推广使用,配置日粮混合机是实施日粮饲喂技术的关键。中国研究日粮混合机的起步较晚,目前主要集中在几种成熟机型的研发与试验研究上,基于日粮混合机理的混合机创新性研究较少,总体上还处于发展阶段。基于中国反刍动物养殖业的实际需求以及日粮混合机的研究现状,提出一种滚筒式日粮混合机,并采用理论分析、仿真分析、高速摄像分析和试验研究等相结合的综合研究方法对其混合机理和混合性能进行深入研究探讨。主要研究内容与结果如下:(1)试验日粮各物料组分特性研究。根据反刍动物所需日粮各物料组分的不同性质,选择具有典型代表性的物料组成试验日粮,并对各物料组分的特性进行测定,获得了物料组分的湿基含水率、几何特征、密度、剪切模量、泊松比、碰撞恢复系数和摩擦因数等主要特性参数,为建立离散元仿真分析时试验日粮各物料组分的颗粒模型、以及滚筒式日粮混合机研究提供支持。(2)滚筒式日粮混合机试验平台设计。在研究分析的基础上,提出中空正十棱柱型滚筒式日粮混合机的设计方案,并对其主混合工作机构、辅助系统等关键结构进行了设计与参数分析,依此设计了滚筒式日粮混合机试验平台,以进行具有代表性的无抄板和有抄板的滚筒式日粮混合机的综合研究分析,进而开展深入的创新研究。(3)无/有抄板的滚筒式日粮混合机的混合机理分析与混合性能试验研究。借助理论分析、仿真分析、高速摄像技术对无抄板和有抄板的滚筒式日粮混合机的混合机理进行分析,研究结果表明:按无抄板的滚筒式日粮混合机筒体内物料颗粒群运动特征可将物料分布区域划分为随动区、扰动区、滚落区,其中随动区内物料颗粒群的混合运动方式以较弱的剪切混合为主,扰动区内物料颗粒群的混合运动方式以较弱的剪切混合与扩散混合为主,滚落区(主混合区)内物料颗粒群的混合运动方式以小范围的剪切混合与扩散混合为主。按有抄板的滚筒式日粮混合机筒体内物料颗粒群运动特征可将物料分布区域划分为提料区、抛落区、回料区,其中提料区内物料颗粒群的混合运动方式以剪切混合为主,抛落区(主混合区)内物料颗粒群的混合运动方式以剪切混合与扩散混合为主、以对流混合为辅,回料区内物料颗粒群的混合运动方式以较弱的剪切混合为主。上述各个运动区域的位置、大小、形状受日粮混合机结构参数和运行参数的影响很大。利用滚筒式日粮混合机试验平台进行的试验研究结果表明:无抄板的滚筒式日粮混合机各试验因素对变异系数的影响由大到小依次为物料装载率、混合时间、筒体转速,各试验因素对净功耗的影响由大到小依次为混合时间、筒体转速、物料装载率;最佳参数组合方案为筒体转速22 r/min、物料装载率51%、混合时间12 min,此时变异系数、净功耗分别为5.86%、39.75 kJ。有抄板的滚筒式日粮混合机各试验因素对变异系数的影响由大到小依次为抄板安装角、筒体转速、物料装载率、混合时间、抄板高度,各试验因素对净功耗的影响由大到小依次为混合时间、筒体转速、物料装载率、抄板安装角、抄板高度;最佳参数组合方案为筒体转速23.5 r/min、物料装载率65%、混合时间4 min、抄板安装角11°、抄板高度109 mm,此时变异系数、净功耗分别为2.09%、33.73 kJ。有抄板的滚筒式日粮混合机的混合状况总体优于无抄板的滚筒式日粮混合机。(4)组合桨叶的滚筒式日粮混合机的混合机理与试验研究。在上述研究工作的基础上,提出了组合桨叶的滚筒式日粮混合机,并借助理论分析、高速摄像技术对其混合机理进行分析,研究结果表明:筒体旋转过程中既由筒体托带物料颗粒群实现筒体局部小范围的循环混合,同时通过筒体与桨叶组合托送物料颗粒群实现筒体上部大范围的循环混合,如此反复循环而较快地实现物料颗粒群的均匀混合。利用组合桨叶的滚筒式日粮混合机试验装置与测试系统进行的试验研究结果表明:各试验因素对变异系数的影响由大到小依次为物料装载率、筒体转速、混合时间、桨叶回转半径,各试验因素对净功耗的影响由大到小依次为混合时间、筒体转速、物料装载率、桨叶回转半径;最佳参数组合方案为混合时间3.5 min、物料装载率66%、筒体转速29 r/min和桨叶回转半径236 mm,此时变异系数、净功耗分别为7.02%、32.62kJ。组合桨叶的滚筒式日粮混合机的混合状况总体优于有抄板的滚筒式日粮混合机。研究内容在完善滚筒式日粮混合技术理论方面上具有实际意义,且将为滚筒式日粮混合机的研究、优化设计和参数选择提供依据。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S817.124
【部分图文】：

图 1-1 立式单搅龙日粮混合机Fig. 1-1 Vertical single-auger ration mixer图 1-2 立式双搅龙日粮混合机Fig. 1-2 Vertical twin-auger ration m图 1-3 立式三搅龙日粮混合机Fig. 1-3 Vertical triple-auger ration mixer

图 1-1 立式单搅龙日粮混合机Fig. 1-1 Vertical single-auger ration mixer图 1-2 立式双搅龙日粮混合机Fig. 1-2 Vertical twin-auger ration m图 1-3 立式三搅龙日粮混合机Fig. 1-3 Vertical triple-auger ration mixer

图 1-3 立式三搅龙日粮混合机Fig. 1-3 Vertical triple-auger ration mixer图 1-4 卧式水平三搅龙日粮混合机. 1-4 Horizontal triple-auger ration mixer图 1-5 卧式水平四搅龙日粮混合Fig. 1-5 Horizontal four-auger ration 筒式日粮混合机主要由一组搅龙和一个卷筒构成，如图 1-8 所示。该类机型是转将物料颗粒提升并翻滚下落，形成以剪切混合方式为主的运动过程，并通过的楔入点将物料颗粒移向旋转的搅龙，进入与搅龙相同或相反运转的区域，使
【参考文献】

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本文编号：2884497