關鍵詞：飼料粉碎機；自適應調節：喂入裝置；PID控制；加肋板；閘板
0 引言
飼料是畜牧業發展的基礎，而飼料加工的水平和質量決定了畜牧業發展的規模，影響農業經濟的發展和綜合效益，直接關系到農業和整個國民經濟的發展。因此，要使畜牧業發展壯大，必須解決飼料問題，而飼料的來源是解決問題的關鍵。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勢，合理地利用各種飼料資源。新型飼料粉碎機設計需要解決的問題包括工作原理及性 能、尺寸參數和材料等方面的問題，主要是解決高成本與低生產率的矛盾，提高飼料機的生成效率和加工質量，滿足飼料的實際生產需求。
1新型飼料粉碎機總體設計
飼料粉碎機是飼料加工的基礎工具，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，優化其機械結構，提高粉碎機的工作效率。本研究的飼料粉碎機總體設計如圖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構進行了優化設計，主要包括錘片結構優化、喂入裝置優化和轉子優化。喂入量的PID調節如圖2所示。
喂入量的調節主要通過移動閘板來實現。為了實現其自適應調節功能，將閘板設計成可移動式，并使用PID控制器進行調節。PID可以反饋錘片的阻力及粉碎的合格率等信息，從而實現喂入量的自適應反饋調節，如圖3所示。
為了提高粉碎機的工作效率，對錘片結構進行改造，將錘片設計成帶有肋板的結構。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。
2新型飼料粉碎機結構優化設計
飼料粉碎機在工作時，粉碎室的轉軸通過電動機帶動皮帶進行高速旋轉，粉碎室的物料是利用喂料斗喂入的，中間經過閘板，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。其結構如圖4所示。
飼料的加工粒度要求能夠通過篩孔，作業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驗公式初步計算，即
P= 3.6＊r＊n＊k＊K1＊k2＊D2＊B/60 (1)
其中，r為飼料的容重;n為轉子轉速;k為飼料流成環形時的影響系數;k1為喂入量的影響系數;k2為出料的影響系數；D為轉子直徑；B為粉碎室的高度。粉碎機的配套功率為
Ⅳ，=C1．P (2)
其中，C1為調整系數；P為生產率。由公式(2)可以看出：飼料的粉碎功率主要與轉子轉速、喂入量及粉碎室的結構有關，因此可以通過優化這3個方面來提升飼料粉碎機的工作效率。
將轉速采用雙網盤形式，轉子中間利用鍵和套筒進行定位。其中，錘的旋轉形成了負壓，提高了進料的速率和排料的壓差，三維結構如圖5所示。
除了轉子外，粉碎機的工作效率受錘片結構和進料口喂入量影響較大，因此需要對這兩種結構進行優化，將錘片設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。喂料裝置的結構示意圖如圖7所示。
為了提高喂入的效率，將喂料裝置設計成徑向頂部喂入的形式，可以對物料的喂人入起到調節的作用，提高粉碎室的風壓，增強排粉的能力。為了實現喂入物料的自適應調節，對閘板結構進行優化設計，如圖8所示。
圖8中利用閘板結構可以控制進料的流量和速度。為了實現閘板的白適應調節，將閘板設計成可以移動式，在錘片裝有阻力傳感器，當阻力增大時，可以調節閘板的位移，從而調節飼料的流量。
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，而喂入量的大小調節主要通過閘板的位移來實現：閘板位移可以使用最簡單的線性PID控制器來控制，其結構如圖10所示。
閘板位移的PID控制器結構主要包括比例調節、積分調節和微分調節環節。假設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調節的比例系數；ki為PID調節的積分比例系數：Kd調節的微分比例系數：T為采樣周期；e為兩次流量的調節的誤差。
3 飼料粉碎機功能測試
為了驗證本次研究對新型飼料粉碎機進行優化的有效性和可靠性，根據優化后的結構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節響應、工作效率和飼料粉碎質量。測試樣機如圖11所示。
圖11中，錘片結構和閘板結構已經進行優化。為了測試其喂入量的調節響應，對喂入量隨時間變化曲線進行了統計，結果如圖12所示。
為了驗證PID調節的有效性，將非PID和PID調節的結果進行了對比，結果表明：PID調節器增強了系統的白適應性，其響應速度快、超調量較小。
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調節器對飼料粉碎機粉碎質量的影響，對新型飼料粉碎機的粉碎質量進行了測試，得到了6組工作效率的對比結果，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調整，從而提高飼料粉碎的質量。
4結論
1)為了提高錘片式飼料粉碎機的作業效率和作業質量，設計了一種新型的飼料粉碎機。該機型電機使用雙網盤轉子，在飼料粉碎機的錘片結構上設計了肋板結構，并在喂人裝置中設計了PID控制器，實現了飼料加工過程物料喂入量的白適應調節，從而大大提高了飼料粉碎機的工作效率和作業質量。
2)為了驗證飼料粉碎機結構優化的可靠性，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，結果表明：使用肋板和雙網盤轉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的響應速度、降低超調量，提高飼料粉碎的質量，為新型飼料粉碎機的研究提供了較有價值的參考。
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