过滤设备:单卧轴全混日粮混合机的试验

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＊哈尔滨市基金资助项目（项目编号：2006RFQXN011）和东北农业大学创新团队发展计划资助项目（项目编号：CXZ006）王德福东北农业大学工程学院教授， 150030哈尔滨市王吉权东北农业大学工程学院讲师引言我国在反刍动物饲养中仍普遍采用精粗分饲的传统饲养方式，导致我国反刍动物饲养业的总体水平较低。

为克服传统饲喂方法不足，国外许多牧场的奶牛饲料均采用全混合日粮（total mixed ration ，简称TM R）饲养技术。据文献[ 1～2]介绍，使用TM R饲养技术，可使奶牛单产增加10 以上，同时大大降低发病率。综合考虑全混合日粮饲养技术，其关键支撑技术是TM R混合设备。目前，国外共有20多家公司研制出多种型号的TM R混合机，其中以立螺旋式、三螺旋卧式、四螺旋卧式TM R混合机应用较多，并向大型化和自动化方向发展。

近年来，我国开始了全混合日粮混合机及其机理方面的研究[ 3～4]，但对其理论、工艺及方法的研究还较少。针对我国畜牧业的实际需要，本文对单卧轴TM R混合机进行试验研究。

1试验设备及试验材料1.1试验设备1.1.1混合机设计TM R混合机采用单卧轴型式，并且按照集剪切、揉搓、混合于一体的方法进行设计。混合机结构示意图如图1所示。

1.1.2混合机的工作原理单卧轴TM R混合机主要搅拌部件是转子轴上1.混合室2.壳体3.内叶板4.转子轴5.外叶板6.定刀安装的叶板。转子轴上相邻叶板按相反方向等距、等相位角安装有外叶板和内叶板，每个外叶板上安装剪切刀，而内叶板上安装揉搓刀。外叶板和内叶板能够同时将物料向轴的两端推送，且在轴末端设有回推物料的抛送叶板，以加快物料在混合室内的循环运动，进而使混合室内的物料在转子的作用下进行多重复合运动（既有圆周运动，又有轴向运动）。

混合机工作时，转子上安装的内、外叶板对物料进行剪切、揉搓（辅助）及搅拌混合。

1.2试验材料及方法1.2.1试验材料采用玉米秸秆、青贮稻秆、麸子、玉米面以及食盐作为试验日粮，该试验日粮中所选用的粗饲料及精饲料（包括食盐）具有一般全混合日粮中所用原料的典型代表性。

1.2.2试验方法采用三因素二次回归正交旋转组合设计的试验方法。

1.3评价指标参阅国内外资料，选定混合均匀度、细粉率和混合单位质量物料的功率消耗作为全混合日粮混合加工的评价指标1.3.1混合均匀度指标依据预备试验，日粮混合均匀度选用变异系数进行评价并以绿豆作示踪物，每组试验取5个样品（每个样品100 g）进行分析。对全混合日粮，变异系数小于10 时混合质量好，变异系数大于10 且小于20 时混合质量可以接受。变异系数的计算式为式中S???样品中绿豆含量的标准差X???样品中绿豆含量的平均值1.3.2日粮细粉率的测定方法细粉率是指*大尺寸小于5 mm的物料质量占样品总质量的百分数。根据试验设计和预备试验的结果，要求细粉率小于30 .其测定方法为：每组试验取5个样品（每个样品100 g），用8 mm、5 mm和底盘组成的标准冲孔筛组，在SSZ750型震动筛分机上筛分5 min ，称出5 mm筛下物质量，算出其占总质量的百分数，*后取5组的平均值作为日粮的细粉率。日粮细粉率计算式为式中D???底盘中的物料质量Q???样品总质量1.3.3混合单位质量物料的功率消耗混合单位质量物料功率消耗（以下简称单位质量功耗）采用秒表法测定。

2试验结果及分析经预备试验，将本设备的充满系数（将外叶板刚好完全埋在物料中的充满系数定为1）定为0.4～0.6（依据日粮含水率的不同而变化）。

2.1试验安排根据已有资料及本试验设备，确定转子转速、混合时间、试验日粮含水率为试验因素，以日粮混合均匀度、细粉率及单位质量功耗为指标进行试验研究。因素水平编码如表1所示。

2.2试验结果分析混合均匀度回归方程f、细粉率回归方程f单位质量功耗回归方程f分别为由回归方程的方差分析可知，回归方程拟合较好，而且方程也是显著的。

水平转速X时间X含水率X 2.2.1单因素的试验结果分析在回归方程中分别确定2个因素为零值，则得到另一个因素对指标影响的方程。

（1）混合均匀度由图2可见，随着试验因素水平值的增加，转子转速和日粮含水率对混合均匀度的影响显著，其对变异系数的影响呈先下降后上升曲线变化。这是因为转速过低不利于物料的运动而使物料间融合能力降低，转速过高又会使物料易于分离。同样，日粮含水率过低使物料易于分离，过高又会使物料极易黏附在一起而难以均匀分布。混合时间对变异系数的影响也呈先下降后上升曲线变化，这是因为混合时间过短物料间融合不足，混合时间过长物料间又会出现离析。

综上所述，当各试验因素取零水平附近值时，变异系数取值*小。

（2）日粮细粉率由图3可见，随着试验因素水平值的增加，转子转速和混合时间对细粉率的影响呈上升曲线变化。

这是因为转子转速和混合时间的增加会强化剪切、揉搓及搅拌混合部件对物料的作用，进而使日粮中农业机械学报2 0 0 8年较粗大的物料也进一步细碎，因而增加了日粮细粉率。日粮含水率对细粉率的影响呈下降曲线变化。

这是因为日粮含水率较低时物料的韧性小而使其易于破碎，因而在日粮含水率较低时日粮细粉率较高，而随着日粮含水率的增加会使物料的韧性增加，同时也使物料间黏附能力增加，进而使日粮细粉率减少。

综上所述，当转子转速和混合时间取较低水平值、日粮含水率取较高水平值时，日粮细粉率取值较低否则，日粮细粉率取值较高。

（3）单位质量功耗由图4可见，随着试验因素水平值的增加，转子转速、混合时间及日粮含水率对单位质量功耗的影响皆呈上升曲线变化，而且变化趋势几乎相同。这主要是因为转子转速与单位质量功耗成正比关系，转子转速增加必然使单位质量功耗增加。同样，混合时间与单位质量功耗也成正比关系，混合时间增加说明混合单位质量物料需要的时间增加，这必然也会使单位质量功耗增加。日粮含水率增加会使物料的韧性及黏附性增强，从而增加了剪切、揉搓及搅拌混合的难度，进而使单位质量功耗增加。

综上所述，当转子转速、混合时间和日粮含水率取较低水平值时，单位质量功耗取值较低，否则，单位质量功耗取值较高。

2.2.2双因素的试验结果分析将诸指标的回归方程中的1个因素确定为零值就得到双因素对诸指标的影响方程。经对其等值线图及曲面图分析，影响诸评价指标的交互因素的主次顺序依次为：转子转速和含水率、转子转速和混合时间、混合时间和含水率，且其对诸指标的影响都很显著，其中转子转速和含水率的交互作用影响*大。

综合以上分析，在保证日粮混合均匀度的前提下，尽量减少日粮细粉率及单位质量功耗的要求，各试验因素的合理取值为：转子转速55～65 r/min ，混合时间6～10 min ，日粮含水率35 左右。

2.3充满系数影响试验按上述参数组合，充满系数对日粮混合均匀度的影响如表2所示。

充满系数变异系数/ 从表2可以看出，充满系数低于0.4时，变异系数超过20 ，因此，充满系数应高于0.4 否则，日粮混合均匀度变差。

3结束语以多指标对单卧轴全混合日粮混合机的结构与运动参数进行了优化。通过试验可知，影响单卧轴全混日粮混合机性能的*显著因素是转子转速，推荐的参数组合为：转子转速55～65 r/min ，混合时间6～10 min ，日粮含水率35 左右。同时经试验研究，充满系数宜大于0.4.

2王德福。全混合日粮混合加工影响因素的试验研究[ J] .农业机械学报， 2007， 38（9）：208～ .

3王德福。双轴卧式全混合日粮混合机的混合机理分析[ J] .农业机械学报， 2006， 37（8）：178～182 .

4王德福，蒋亦元。双轴卧式全混合日粮混合机的试验研究[ J] .农业工程学报， 2006 ， 22（4）：85～88.

5袁洪令。饲料混合均匀度的应用[ J] .粮食与饲料工业， 1997（4）：27～28 .

6张晋国，高焕文。不同条件下麦秆切碎效果的试验研究[ J] .农业工程学报， 2000 ， 16（3）：70～72.