单轴立式TMR搅拌机的设计

邢剑飞，王龙 ，刘亚明， 甄建民， 郑永安

(1.塔里大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300 ; 2．新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室，新疆 阿拉尔 843300）

摘要：目前，随着我国畜牧业的迅速发展，养殖业科技水平不断提高，对饲料提出了更高的要求，TMR搅拌机目前广泛运用在奶牛、肉牛的日粮加工，方便把粗、精饲料进行混合加工，提高适口性。因此，针对提高喂养殖质量，降低饲料损耗，满足养殖户的要求的占地面积小、提供制造成本低TMR搅拌机，从单轴立式搅拌机的结构、利用CAD和SOLODWORK 进行设计了单轴立式TMR搅拌机

关键词：立式搅拌机；单搅龙；全混合日粮

0 引言

TMR饲料混合搅拌机的发展至今已在饲料机械行业占有重要位置，对其所开展的理论分析和实验研究也更加深入。对混合搅拌技术的研究主要围绕着两个方面展开：一方面是开发新型、高效的混合设备，另一方面是合理地选择混合设备。为了提高TMR搅拌机的混合质量，本课题对市场上现有的精粗饲料混合搅拌机的进行改进研究，并设计了立式电机驱动精粗饲料混合搅拌机。

TMR饲料混合搅拌机具有剪切、混合等多种作用，适应不同物料的混合加工。主要用于集约化养殖区的 TMR饲料的自动搅拌出料工作，完成青贮料、蛋白质饲料等的切碎、剪切、揉搓、搅拌作用下快速混合均匀。对养殖业提高饲喂效率，提高饲料适口性有了促进促进作用。

因此针对南疆养牛示范区的模式，进行了对TMR搅拌机展开开发新型、高效的混合设备的研究，利用CAD和SOLODWORK对TMR式搅拌机进行了设计和仿真，对其工作原理进行参数选择和研究，并进行分析，对新疆养殖自动化，拌料混合自动化提供了新的动力和基础。

1 结构设计及原理

1.1单轴立式饲料搅拌机结构、

由传动轴、料筒、螺旋叶片、底座箱、发动机、重力传感器、小型刀片、出料门、出料槽、重量显示报警器、减速箱等重要原件组成，底座卡在是一个重力传感器上方，其中底座箱发动机在用螺栓固定在底座箱上，减速器与发电机平行放置螺栓固定，发动机和减速箱是带传动连接，减速箱输出轴上有平行齿轮与传动轴上的齿轮进行配合传动，传动轴与轴承套配合树立向上，传动轴上有旋转套筒，锥型料筒坐在底座正上方，锥型有利于搅拌和清料，且锥型料筒由螺栓固定与轴承套配合，旋转套筒上配合有旋转叶片，焊接配合至旋转套筒形成旋转蛟龙，套筒和主轴配合，旋转叶片上有小刀片，小刀片与旋转叶片螺栓固定。底座侧面安有重量显示报警器，与重力传感器电子元件连接，通过编码实现超量显示和超重报警。

如图1所示。

1.传动主轴 2.料筒 3.螺旋叶片 4.底座箱 5.电动机6.重力传感器 7小型刀片

8.出料门9.出料槽 10.重力显示报警器 11.减速箱

图1单轴立式TMR搅拌机

单轴立式搅拌机，混合时饲料以先粗后精的加料顺序，按照干草、青贮、糟渣类、精料顺序加入，边加料边混合，其混合过程包含多种混合形式。旋转蛟龙在锥型料筒中旋转从而达到混合饲料的作用。混合结束以后通过出料槽进行出料。整机如图2所式。

图2 单轴立式TMR搅拌机

1.2单轴立式混合原理

混合时饲料以先粗后精的加料顺序，按照干草、青贮、糟渣类、精料顺序加入，边加料边混合，其混合过程包含多种混合形式。立式混合搅拌机的螺旋搅龙呈锥形，通常由2～3片螺旋叶片焊接在螺旋套筒上组成，其底部叶片直径与料箱直径几乎相等。搅龙推动饲料转动2～3圈，可将饲料从底部推至顶部，由于搅龙的锥形结构，物料在上升过程中，叶片承载面积逐渐减小，而料箱顶部的空间很宽大，使得一部分物料被推至顶部下落到料箱底部，而另一部分在上升过程中就向周围抛洒，落至料箱底部。随着搅龙的旋转，物料不断被翻运，形成强烈的对流混合。由于搅龙周围也填满了物料，所以物料在随搅龙旋转和上升的过程中，与周围物料摩擦形成剪切面，物料在升运过程中与周围物料发生剪切混合。物料在随搅龙旋转的过程中，当到达某一转速时，由于离心力的作用使物料沿螺旋套筒径向方向具有一分速度，受周围物料的阻碍，而与周围物料发生扩散混合。为了在混合时能够处理长草，通常在螺旋搅龙上安装有动刀片。饲料在搅龙、切刀的综合作用下不断的被剪切、揉搓、搅拌作用下快速混合均匀。

2 关键部件设计

2.1 料筒参数的确定

物料的特性主要包括容重、摩擦系数、休止角都将影响到混合的过程，因此，参数的确定首先要确定研究的物料。确定物料的休止角为55°，物料与螺旋叶片间摩擦角为35°(系数为0.4）。

为使合物料沿壁面顺利下滑的要求，搅拌机的料仓壁与料仓底夹角取100°(根据物料的结拱因素，料仓壁与料仓底夹角应在105°～120°之间），螺旋叶片锥角α取60°。

图3

料箱结构尺寸如图3所示，根据料箱容积

计算公式：

                         （1）

其中：h——装料高度；

     r1——料箱底部半径；

     r2——装料高度h处半径。

综合计算方便，加工容易和外形等因素，取，这样装料高度小于料箱高度，饲料不会从箱顶飞出。选料箱材料为35号钢，料桶壁厚为10mm，底厚为80mm。

2.2 螺旋搅龙叶片参数

立式混合搅拌机的螺旋搅龙呈锥形，通常由2～3片螺旋叶片（图4）焊接在螺旋套筒上组成。而螺旋叶片的直径、锥角、螺距是立式混合搅拌机核心部件——搅龙的关键结构参数。根据对饲料中纤维饲料尺寸（4～10cm)的要求，一般取底部螺旋叶片最大直径与料箱壁面间隙为15mm左右，以避免对干草等纤维饲料过度切割，所以取叶片最大直径850。根据搅龙推动饲料转动2～3圈，可将饲料从底部推至顶部的要求和螺旋锥角α=60°及搅龙总体高度790mm的参数，取螺旋叶片1、2螺距300mm，扫料用螺旋叶片3螺距400mm，据此设计螺旋叶片样图，与套筒焊接效果如图5所示。

                   图4                               图5

2.3螺旋套筒参数

螺旋套筒用于焊接叶片，并能适于刚度的要求及螺旋叶片内径的安装要求。为了节省材料和减少功耗，把套筒设计成由直径不同的两部分组成。据此，设计下部螺旋套简直径400mm，长度550mm，上部螺旋套简直径250mm，长度790mm，材料选60钢。

2.4锥形螺旋搅龙转速的确定

临界转速是螺旋叶片某一位置处的物料能被升运的最低转速，同普通的垂直升运搅龙不同的是，物料在上升过程中，搅龙叶片任意物料所受到的摩擦力不是物料与料箱壁面的摩擦力，而是物料与物料之间的内摩擦力。根据垂直搅龙的临界转速[1]公式可以计算出立式混合搅拌机工作的临界转速范围。

假定螺旋叶片某点处有1个质量为m的物料粒，设此处螺旋直径为D，螺距为S，螺旋升角为α，搅龙以顺时针旋转，角速度为为ω，（3-2）系数为，根据垂直搅龙的临界转速公式：                  

                                                         （2）

式中：α为锥形搅龙任意点处的螺旋升角；为物料与螺旋叶片间的摩擦角。

由于旋叶片各点处的临界转速各不相同，由此式可计算出搅龙临界转速范围，根据此搅龙的相关参数：螺距S=0.3m，物料与叶片间摩擦角=35°，物料休止角=55°。

由于螺旋搅龙有锥角，与普通搅龙不同，旋叶片各点处的临界转速各不相同，此搅拌机的临界转速范围为23～53r／min。

2.5生产率计算

样机生产率可按

         （6）

式中  Q—生产率(kg/h）；

      V—搅拌机料筒容积(m³)；

ψ—物料填充系数，一般取85%；

ϒ—物料容重（kg/m³)；

      ∑t—单批次物料混合所需时间（min）。

2.6配套动力的计算

由于目前关于立式饲料混合搅拌机械的配套动力计算资料较少，因此混合搅拌机所需功率按

（7）

式中  N—机器所需功率(kg/h）；

  Q—生产率(kg/h)；

K₁—物料总阻力系数，一般取6；

K₂—功率备用系数,一般取1.2；

  H—物料提升高度（m）。

确定电动机转速为1500r/min综合以上信息，最终选择型号为Y132S-4的电机,，考虑到损耗方面，取N=5.5KW。

结语

TMR饲料混合搅拌机的发展至今已在饲料机械行业占有重要位置，对其所开展的理论分析和实验研究也更加深入。对混合搅拌技术的研究主要围绕着两个方面展开：一方面是开发新型、高效的混合设备，另一方面是合理地选择混合设备。为了提高饲料混合搅拌机的混合质量，本课设计就是设计了立式电机驱动精粗饲料混合搅拌机，对未来饲料混合技术有了进一步应用和发展。

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