小型制粒机喂料器参数优化与试验

采用离散元法EDEM对喂料器的工作过程进行了数值模拟,定量研究了喂料过程中喂料量的变化规律以及由于物料受螺旋叶片终止断面的影响,产生不稳定、不均匀的'脉动'喂料现象,此现象在转速较低的情况下尤其明显。以主轴直径X1、螺距X2和喂料转速X3为因素,以喂料质量流率Y1、稳定性Y2和出料口落料速度Y3为评价指标,按照3因素5水平正交旋转组合设计试验方法,利用Design-Expert 8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素下喂料评价指标的数学模型。通过与研制的喂料器的实际运送情况进行对比,验证了模型的可靠性。结果表明,3个因素相对喂料质量流率和流率稳定性都具有显著相关性,显著水平分别为P<0.01和P<0.05,而这3个因素与出料口落料速度无明显相关性;采用响应面法对最佳参数组寻优,得到喂料器的最佳参数组合:轴径为35 mm、螺距为57 mm、转速为139(°)/s,喂料器喂料量波动性减小、喂料稳定性得到提高。采用该参数组的虚拟试验结果显示,喂料器质量流率为13.89 g/s,稳定性为8.46 g/s。实体样机验证试验表明:采用该参数组设计的喂料器可以使得小型环模制粒机的喂料质量流率提高4.28%,喂料变异系数降低16.11%。

小型制粒机系统优化设计

以小型制粒机作为试验对象,通过分析小型制粒机的制粒过程和其工作原理,分析小型制粒机环模尺寸、作用角度、压辊参数、物料挤压高度和工作效率等指标与物料摩擦特性之间的关系,优化压辊参数,提高小型制粒机的生产性能。试验提高饲料制粒机在生产中的工作效率,实现高品质和多形式的饲料加工,简化操作步骤。

小型饲料制粒机模辊结构的参数分析与设计

为研制小型饲料制粒机,进而促进饲料及其有关产品的个性化、多样化、精细化生产和研究,分析了环模制粒机制粒成型过程与工作原理;并以小型制粒机为研究对象,结合物料的摩擦特性与环模结构尺寸,分析了不同攫取角度、不同压辊结构参数、不同模径辊径比与挤压物料高度、生产率的关系;确定了小型制粒机压辊的主要参数。理论分析和结构设计对小型制粒机的研制及改进具有重要的指导意义。

小型可调间隙饲料制粒机设计与试验

为实现小批量颗粒饲料生产,设计一种小型可调间隙饲料制粒机,包括环模及配套部件、压辊及配套部件、传动机构等。该制粒机特征为:压辊调节部件位于制粒机外部,能够在不停机的状态下实时调节模辊间隙,保证颗粒饲料的连续生产。同时设计了与该制粒机配套的控制系统。基于弹塑性理论,采用有限元分析软件Abaqus内置的Drucker-Prager Cap本构模型对制粒机模辊挤压过程进行了数值模拟,模拟结果表明,模辊间隙的设置应与物料的摩擦因数相匹配,适当提高物料的摩擦因数能够避免物料内部滑移耗能,有利于提高颗粒饲料的产量和质量。制造样机并进行了生产试验,以某配方乳猪料为原料,进行制粒机作业性能指标的测定,结果表明:该制粒机生产的颗粒饲料成品含水率为13.53%,直径为3 mm,颗粒含粉率为3.27%,颗粒耐久度(PDI)为94.34%,颗粒硬度为176.03 N,生产率约为42 kg/h,各项指标均达到设计要求,满足小批量颗粒生产的要求。

小型轴向多点进气式饲料制粒调质器设计与试验

为实现颗粒饲料小批量生产,研究了饲料制粒机调质器工作原理和结构特点,设计了一种与小型制粒机配套的轴向多点进气式调质器。以桨叶安装角、调质轴转速、喂料转速为影响因素,调质器生产率和调质后物料温度为评价指标,按照三因素五水平正交旋转组合试验设计方法,对轴向多点进气式调质器进行了作业参数优化试验。利用Design-Expert 8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素对调质器作业评价指标的数学模型。试验结果表明,此3个因素对调质器生产率和物料温度都具有显著相关性,显著水平分别为P<0.01和P<0.001;通过响应面法对最佳参数组寻优,得到调质器最佳作业参数组合:桨叶安装角为38.1°、调质轴转速为220.6 r/min、喂料转速17.4 r/min,此方案下,调质器生产率为12.7 g/s,调质后物料温度为65.0℃,此时调质器生产率较高、物料温度在要求的加工工艺范围内。样机加工试验表明,生产率为11.8 g/s,调质后物料温度为64.0℃。

基于PID的饲料制粒调质温度控制系统设计与试验

为解决颗粒饲料在制粒过程中调质温度依赖人工辅助控制问题,该研究设计了基于PID控制算法的调质温度控制系统。采用开环阶跃响应法建立电动比例调节阀与调质温度之间的控制模型。为了得到最优的PID控制参数(比例系数K_(p)、积分系数T_(i)、微分系数T_(d)),通过Simulink仿真试验对比了Ziegler-Nichols整定法、衰减曲线法和临界比例度法的PID响应曲线,确定PID最优控制参数为K_(p)=52.7,T_(i)=6.4,T_(d)=1.6。对小型制粒机调质温度控制系统进行试验,选用哺乳母猪配合粉料,调质温度分别设定为75、80和85℃,稳定后的调质温度均能维持在设定范围内;选取调质温度为80℃进行稳定性试验,每1 min记录调质温度,整个试验过程中调质温度基本稳定在(80±1)℃范围内,调质温度平均相对误差小于1%,调质温度变异系数小于0.5%,系统温度控制稳定,可自动采集制粒生产数据,实现了制粒过程中调质温度的快速响应和实时控制。研究结果可为颗粒饲料制粒机的自动化控制提供参考。