摘要：近年来，我国已经跃升为世界饲料生产大国，饲料粉碎机是饲料生产过程中的主要设备之一，其中锤片式粉碎机因其独特的特点更是得到了广泛的应用。饲料粉碎机是一种冲击式粉碎设备，项目组在借鉴传统卧式粉碎机的基础上设计了一款新型粉碎机。该粉碎机的粉碎能力强，能够有效地破坏环流层，实现物料的循环粉碎，解决了传统锤片式粉碎机物料过粉碎和物料升温大的问题。
关键词：饲料粉碎机；流场研究；现状分析
1 引言
多年来饲料粉碎机流场及环流层问题一直是研究者们非常关注的问题，采用的研究方法不尽相同。本文在分析国内外相关文献基础上，对饲料粉碎机流场研究方法现状进行了概述和总结，旨在为饲料粉碎机流场研究提供参考。
2 粉碎机的结构及工作原理
粉碎机如图１所示，主要由机架、齿板、锤片、粉碎室、分离装置、筛片、回料管等组成。被粉碎的物料在粉碎室内受到锤片的击打、齿板的摩擦、物料颗粒之间的碰撞及物料与粉碎室内腔壁之间的搓擦的作用，在锤片转子组的抛射和气流的共同作用下，粉碎后的物料颗粒被带入到分离装置，符合生产粒径要求的颗粒透过筛网，不符合生产粒径要求的大颗粒将由回料管重新回到粉碎室进行循环粉碎。粉碎机与市场上的粉碎机有所不同，其区别主要在于筛网的安装上。
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图1粉碎室进出料口面视图 图2粉碎室网格划分模型
普通饲料粉碎机的筛网往往会在粉碎室内安装，而粉碎机有独立的分离装置，并在粉碎室内装有齿板，增加了饲料颗粒与齿板之间的摩擦力，提高了粉碎效率，并且在出料口设置了回料管，将不能通过筛网的大颗粒饲料颗粒沿回料管回到粉碎室内进行二次粉碎，以此循环，直到饲料颗粒符合生产要求。如果大颗粒的饲料在筛片处形成沉降，将严格影响筛分效率，因此分析回料管内的流场特性对于不符合生产要求的饲料颗粒能够顺利回到粉碎室，而不造成在出料口筛片处沉降是至关重要的。
3 粉碎室和分离装置流场分析
3.1 粉碎室单相流分析
使用三维软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ进行粉碎室的模型建立，三维模型经过简化如图1所示，只建立粉碎室中心模型并且忽略小的缝隙和倒角，并将三维模型保存为ＳＴＥＰ格式。将ＳＴＥＰ格式的三维模型导入到Ｆｌｕｅｎｔ前处理软件ＩＣＥＭ ＣＦＤ中进行网格划分，将模型划分为４部分：进料口、出料口、锤片和外围部分，并由锤片构成粉碎室的动区域，而进料口、出料口和外围部分构成粉碎室的静区域，动静两个区域之间建立内、外接触面，以便在Ｆｌｕｅｎｔ中进行相对转动的设定。计算模型在前处理软件中选用非结构性网格，经过网格划分共划分单元１０８６５２０个，划分网格结果如图2所示。
3.2 分离装置及回料管流场分析
建立分离装置及回料管的有限元模型，并且在Ｆｌｕｅｎｔ前处理软件ＩＣＥＭ ＣＦＤ中，将模型划分为分离装置进料口、分离装置出料口、回料管出料口和壁面，并设置网格类型并生成网格文件，将网格模型导入到ＡＮＳＹＳ Ｆｌｕｅｎｔ中进行求解模型、边界类型、材料属性等各项参数的定义。由于要观察分离装置中物料浓度的分布情况并且要建立回料管出口负压和分离装置出料量之间的关系，在模拟中分离装置中不仅要有空气还要有一定浓度的固体颗粒以代表粉碎的饲料颗粒，因此在选择物理模型时选择气固两相流欧拉模型，设置气固两相速度为１０ｍ／ｓ，出口压力为０Ｐａ，采用无滑移壁面，并根据已知的空气动力粘度、分离装置进料口尺寸和入口速度可以计算出雷诺系数Ｒｅ＞４０００，由此根据可以判断处分离装置和回料管内的流体流动为湍流，因此选择模型为ｋ－ε标准湍流模型。
4 粉碎机流场研究方法现状
随着计算流体力学（CFD）的快速发展，越来越多的研究者将该技术应用在多相流研究领域。数值模拟具有研究周期短、试验成本小、流场信息丰富等诸多优点，可以向研究者提供准确、直观、形象的模拟结果。近年来一些研究者将这一方法用于各种类型粉碎设备流场的模拟研究中，幵得到了较为满意的模拟结果。
现如今，计算流体力学（CFD）已经成为研究粉碎机流场的重要分析工具。
4.1 采用了计算流体力学软件（FLUENT）对饲料粉碎机粉碎室内的气流流场进行三维数值模拟研究。该研究结果可为粉碎机流场研究及结构改进设计提供一定理论依据。利用FLUENT软件对粉碎机分离装置内气固流场进行了数值仿真研究；采用EDEM软件对粉碎机筛分效率进行了数值模拟研究，均取得了较好的研究成果。
4.2 采用计算流体力学（CFD）软件对冲击式粉碎机颗粒-定子碰撞特性进行了分析，分析结果表明，定子凹角主要影响颗粒停留时间和颗粒总数。这将导致累积冲击能量的变化，从而导致冲击式粉碎机性能的变化。
4.3 基于离散元法模拟了低温情况下粉碎机中黑胡椒种子的流动情况。软件对粉碎机内自由流的流动情况进行了数值模拟研究，研究认为气流在粉碎室上部降速不利于自由流的下行，直接影响到粉碎机的性能。该研究为饲料粉碎机的结构优化提供了参考。
4.4 采用离散元软件EDEM对粉碎机的粉碎过程进行了数值模拟，模拟结果表明，在粉碎室上部存在的环流层对粉碎效果有较大影响，通过分析模拟结果，对粉碎室提出了优化方案，幵进行了试验验证，结果表明优化后的粉碎机性能得到了改善。
4.5 特征测试法粉碎机流场特征测试是了解粉碎机流场真实情况的重要途径之一。尽管多相流场有多种测试方法，但粉碎机内部复杂的工作环境限制了一些方法。虽然粉碎机流场特征测试是难点问题，但一些研究者仍取得了一些研究成果。
如：用扩散硅压力传感器分别测试了粉碎机主轴转速在2500r/min、3000r/min、3500r/min情况下中心区的压力大小，得到了高准确度粉碎机中心区压力特性数据，为粉碎机的优化设计提供了参考。
4.6 基于虚拟仪器技术设计了粉碎机粉碎室内压强测试系统，利用LABVIEW数据信号分析工具对压强信号进行了处理，鉴于所测数据点有限，采用遗传算法与BP神经网络结合的方法推测和补充了未知数据点，并描绘了所选截面的压强分布云图。
4.7 用装在冲击式粉碎机粉碎室顶部的AP-12S压强传感器测量流场压强特征，采用高速摄影机通过塑料端盖拍摄粉碎室内气固流场的运动情况，采用QDF-3热球风速仪、DYC-1型数字压差仪测试了粉碎室内不装筛片，而在出料口装有筛片且可二次粉碎的新型粉碎机的进、出料口气流压强与速度，验证了数值模拟结果，并用数字相机拍摄了出料口物料流的浓度和粒径分布。从以上研究可以看出，特征测试法在粉碎机流场特征研究中的优势在于测试结果的真实准确性高，但由于粉碎机内流场的复杂性，其测试方法及装置大多处于研究探索阶段。随着科学仪器和信号处理技术的发展，将会有越来越多的研究者采用该方法研究粉碎机流场问题。
5 结语
总上述得知，饲料粉碎机在饲料工业中具有重要地位，因其结构简单、通用性好、维修方便等诸多优点而被广泛使用。饲料原料粉碎是饲料加工过程中非常重要的环节，对饲料加工质量及其经济本文在分析相关文献基础上，对饲料粉碎机流场研究方法现状进行了概述和总结，旨在为饲料粉碎机流场研究提供参考。
参考文献：
［1］王与，王顺喜．饲料粉碎机发展现状分析［Ｊ］．粮食与饲料工业，2007（10）：29-32.
［2］吉颖凤．粉碎机筛分效率研究［Ｄ］．北京：中国农业大学，2001.
论文作者:熊华利,刘斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：粉碎机论文; 饲料论文; 颗粒论文; 模型论文; 装置论文; 物料论文; 网格论文; 《基层建设》2019年第28期论文;