关键词：饲料粉碎机；自适应调节：喂入装置；PID控制；加肋板；闸板
0 引言
饲料是畜牧业发展的基础，而饲料加工的水平和质量决定了畜牧业发展的规模，影响农业经济的发展和综合效益，直接关系到农业和整个国民经济的发展。因此，要使畜牧业发展壮大，必须解决饲料问题，而饲料的来源是解决问题的关键。由于我国粮食人均水平较低，不可能大量地直接使用粮食作为饲料，这就需要研究新型的饲料粉碎机，利用粗饲料丰富的优势，合理地利用各种饲料资源。新型饲料粉碎机设计需要解决的问题包括工作原理及性 能、尺寸参数和材料等方面的问题，主要是解决高成本与低生产率的矛盾，提高饲料机的生成效率和加工质量，满足饲料的实际生产需求。
1新型饲料粉碎机总体设计
饲料粉碎机是饲料加工的基础工具，其工作效率受诸多因素的影响，因此需要对其加工功率影响较大的因素进行分析，优化其机械结构，提高粉碎机的工作效率。本研究的饲料粉碎机总体设计如图1所示。
为了提高饲料粉碎机的工作效率，本研究对饲料粉碎机的结构进行了优化设计，主要包括锤片结构优化、喂入装置优化和转子优化。喂入量的PID调节如图2所示。
喂入量的调节主要通过移动闸板来实现。为了实现其自适应调节功能，将闸板设计成可移动式，并使用PID控制器进行调节。PID可以反馈锤片的阻力及粉碎的合格率等信息，从而实现喂入量的自适应反馈调节，如图3所示。
为了提高粉碎机的工作效率，对锤片结构进行改造，将锤片设计成带有肋板的结构。通过肋板可以提高粉碎室的风速和风压，利于进料效率的提高和出料的压差，从而提高饲料粉碎机的粉碎效率。
2新型饲料粉碎机结构优化设计
饲料粉碎机在工作时，粉碎室的转轴通过电动机带动皮带进行高速旋转，粉碎室的物料是利用喂料斗喂入的，中间经过闸板，控制不同的喂入量。物料被锤片打破后，以较高的速度向筛片飞去，进一步摩擦和破碎，最后粉碎成小颗粒。其结构如图4所示。
饲料的加工粒度要求能够通过筛孔，作业主要是利用锤片的冲击和筛片与物料间的摩擦。粉碎机的功率可由经验公式初步计算，即
P= 3.6＊r＊n＊k＊K1＊k2＊D2＊B/60 (1)
其中，r为饲料的容重;n为转子转速;k为饲料流成环形时的影响系数;k1为喂入量的影响系数;k2为出料的影响系数；D为转子直径；B为粉碎室的高度。粉碎机的配套功率为
Ⅳ，=C1．P (2)
其中，C1为调整系数；P为生产率。由公式(2)可以看出：饲料的粉碎功率主要与转子转速、喂入量及粉碎室的结构有关，因此可以通过优化这3个方面来提升饲料粉碎机的工作效率。
将转速采用双网盘形式，转子中间利用键和套筒进行定位。其中，锤的旋转形成了负压，提高了进料的速率和排料的压差，三维结构如图5所示。
除了转子外，粉碎机的工作效率受锤片结构和进料口喂入量影响较大，因此需要对这两种结构进行优化，将锤片设计成带有肋板的形式，如图6所示。
增加肋板后，可以提高粉碎室转动后的风力，从而形成更高的风压，提高饲料的粉碎效率。喂料装置的结构示意图如图7所示。
为了提高喂入的效率，将喂料装置设计成径向顶部喂入的形式，可以对物料的喂人入起到调节的作用，提高粉碎室的风压，增强排粉的能力。为了实现喂入物料的自适应调节，对闸板结构进行优化设计，如图8所示。
图8中利用闸板结构可以控制进料的流量和速度。为了实现闸板的白适应调节，将闸板设计成可以移动式，在锤片装有阻力传感器，当阻力增大时，可以调节闸板的位移，从而调节饲料的流量。
图9为喂入量的PID总体控制示意图。其中，PID控制器可利用算法进行编程控制，而喂入量的大小调节主要通过闸板的位移来实现：闸板位移可以使用最简单的线性PID控制器来控制，其结构如图10所示。
闸板位移的PID控制器结构主要包括比例调节、积分调节和微分调节环节。假设饲料粉碎机的喂入量为Q，则其PID控制方程可以写成
其中，kp为PID调节的比例系数；ki为PID调节的积分比例系数：Kd调节的微分比例系数：T为采样周期；e为两次流量的调节的误差。
3 饲料粉碎机功能测试
为了验证本次研究对新型饲料粉碎机进行优化的有效性和可靠性，根据优化后的结构研制了饲料粉碎机的样机，并对样机进行了测试，项目包括喂入量的调节响应、工作效率和饲料粉碎质量。测试样机如图11所示。
图11中，锤片结构和闸板结构已经进行优化。为了测试其喂入量的调节响应，对喂入量随时间变化曲线进行了统计，结果如图12所示。
为了验证PID调节的有效性，将非PID和PID调节的结果进行了对比，结果表明：PID调节器增强了系统的白适应性，其响应速度快、超调量较小。
为了验证加肋板对饲料粉碎机的影响，对新型饲料粉碎机的工作效率进行了测试，得到了6组工作效率的对比结果．如表1所示。
由表1可以看出：使用肋板后缩短了饲料粉碎所需时间，有效地提高了粉碎效率。
为了验证PID调节器对饲料粉碎机粉碎质量的影响，对新型饲料粉碎机的粉碎质量进行了测试，得到了6组工作效率的对比结果，如表2所示。由表2可以看出：使用PID控制可以有效对喂入量进行自适应调整，从而提高饲料粉碎的质量。
4结论
1)为了提高锤片式饲料粉碎机的作业效率和作业质量，设计了一种新型的饲料粉碎机。该机型电机使用双网盘转子，在饲料粉碎机的锤片结构上设计了肋板结构，并在喂人装置中设计了PID控制器，实现了饲料加工过程物料喂入量的白适应调节，从而大大提高了饲料粉碎机的工作效率和作业质量。
2)为了验证饲料粉碎机结构优化的可靠性，本文研制了新型饲料粉碎机的样机，并对样机的饲料粉碎性能进行了测试，结果表明：使用肋板和双网盘转子可以有效地提高饲料粉碎机的工作效率，使用PID控制器可以有效地提高喂入系统的响应速度、降低超调量，提高饲料粉碎的质量，为新型饲料粉碎机的研究提供了较有价值的参考。
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