自走式全混合日糧制備機(jī)取料仿真與參數(shù)優(yōu)化*

牛其強(qiáng)，王保興，董和銀，范國強(qiáng)，吳愛兵，劉猛

(1. 山東省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究院，濟(jì)南市，250101； 2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，山東泰安，271018；3. 泰安意美特機(jī)械有限公司，山東新泰，271215； 4. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京市，210014)

0 引言

目前，我國牧場的飼料轉(zhuǎn)化率相比于發(fā)達(dá)國家要低；牧場自動(dòng)化程度低，雇傭勞動(dòng)工人數(shù)量較多，從而導(dǎo)致投入成本高。我國奶牛單產(chǎn)水平較低比發(fā)達(dá)國家低30%左右、資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率也較低[1]。此外，我國奶業(yè)雖然擁有完整的產(chǎn)業(yè)鏈但沒有建立合理的利益鏈，由于乳制品加工企業(yè)處于優(yōu)勢地位，所以他們經(jīng)常壓低新鮮生牛乳的收購價(jià)格，導(dǎo)致奶農(nóng)利潤不高，奶農(nóng)無法為奶牛提供高品質(zhì)飼料降低了牛奶質(zhì)量[2-3]。目前我國已經(jīng)成為世界上第二大經(jīng)濟(jì)體，人均GDP也已經(jīng)突破1萬美元，隨著人們生活水平的提高，國內(nèi)的奶制品需求量會(huì)繼續(xù)加大，奶牛養(yǎng)殖業(yè)具有極大的發(fā)展?jié)摿?。但我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)與人民日益增長的美好生活需求還有一定的差距，迫切需要改進(jìn)提升。

在20世紀(jì)60年代末，全混合日糧飼喂技術(shù)逐漸開始在美國、英國、以色列等國推廣，經(jīng)過50多年的發(fā)展歐美等國在全混合日糧飼喂技術(shù)方面已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，研究內(nèi)容較為全面，目前已經(jīng)研制了多種型號(hào)的全混合日糧制備機(jī)。法國研制的12.1DL自走式全混合日糧制備機(jī)，其擁有單個(gè)立式攪龍，結(jié)構(gòu)緊湊整機(jī)高度相對較低，采用后輪轉(zhuǎn)向具有最小的轉(zhuǎn)彎半徑僅為5 m。其罐體兩側(cè)各有一個(gè)出料口并且每個(gè)出料口都配備一個(gè)可伸縮的輸送帶，可以經(jīng)過相對狹窄的通道。荷蘭研制的Triotrac自走式全混合日糧制備機(jī)其輸送帶寬度達(dá)到1.85 m可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速控制，每分鐘可向罐體中輸送2 500 kg的青貯飼料，取料高度達(dá)到6 m，取料效率強(qiáng)大，罐體容積為25 m3。國內(nèi)關(guān)于全混合日糧制備機(jī)的研究起步較晚，在20世紀(jì)80年代國內(nèi)的大型牧場才開始引進(jìn)全混合日糧飼喂技術(shù)。近年來，國內(nèi)科研院所、高校以及企業(yè)都取得了一些成果，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的于克強(qiáng)等[4]研制了轉(zhuǎn)輪式全混合日糧混合機(jī)，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的李龍[5]研制了9JQL-8.0牽引型TMR飼料攪拌機(jī)，黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院研制的9JLT-10全混合日糧攪拌機(jī)[6]，國內(nèi)關(guān)于自走式全混合日糧制備機(jī)已有研究，但缺乏對取料機(jī)理、攪拌機(jī)理以及優(yōu)化方法的研究，未攻克關(guān)鍵技術(shù)且未形成產(chǎn)業(yè)化。

奶牛養(yǎng)殖的關(guān)鍵技術(shù)是全混合日糧飼喂技術(shù)，目前發(fā)達(dá)國家主要采用全混合日糧制備機(jī)，實(shí)現(xiàn)了取料、計(jì)量、攪拌和拋撒的一體化作業(yè)，技術(shù)先進(jìn)，但價(jià)格昂貴，核心技術(shù)主要集中在大公司手中，相關(guān)理論研究鮮見報(bào)道。國內(nèi)大型養(yǎng)殖場主要靠采購國外自走式全混合日糧制備機(jī)，而中小型養(yǎng)殖場將取料、計(jì)量、攪拌和拋撒環(huán)節(jié)分離開，各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)均采用專用機(jī)械，采用取料機(jī)+輸送帶+日糧制備機(jī)+撒料機(jī)的作業(yè)模式，自動(dòng)化程度較低，機(jī)械投資成本及人工費(fèi)較高，限制了我國牛羊養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展。

為了打破自走式全混合日糧制備機(jī)的技術(shù)壟斷，促進(jìn)我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，本文研制了25 m3自走式全混合日糧制備機(jī)，對取料機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對取料過程進(jìn)行了仿真分析和參數(shù)優(yōu)化。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

25立方自走式全混合日糧制備機(jī)主要由取料機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)、撒料機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)等組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自走式全混合日糧制備機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

制備機(jī)行走傳動(dòng)系統(tǒng)采用閉式液壓傳動(dòng)技術(shù)，整機(jī)結(jié)構(gòu)得到了簡化，噪音大幅降低，車輛的舒適性增強(qiáng)。液壓系統(tǒng)中的油液有強(qiáng)大的吸振能力所以傳動(dòng)十分平穩(wěn)，方便頻繁換向，與機(jī)械傳動(dòng)相比在相同體積下能夠輸出更大的功率，且能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速避免了駕駛?cè)藛T頻繁換擋，減少了駕駛?cè)藛T的工作強(qiáng)度[7]。自走式全混合日糧制備機(jī)的取料機(jī)構(gòu)由閉式液壓傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)作業(yè)，通過上料輸送帶將物料輸送到混合攪拌機(jī)構(gòu)中?；旌蠑嚢铏C(jī)構(gòu)對物料進(jìn)行切割及混合攪拌，之后由撒料機(jī)構(gòu)將制備好的日糧拋撒到喂食區(qū)。綜合來看，在自走式全混合日糧制備機(jī)上，液壓傳動(dòng)相對于其他傳動(dòng)技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。取料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)Tab. 1 Design parameters of feed mechanism

1.2 取料機(jī)構(gòu)

自走式全混合日糧制備機(jī)的取料機(jī)構(gòu)主要包括取料部分和物料輸送部分，取料部分結(jié)構(gòu)主要包括輥筒、螺旋葉片、直刀、彎刀、主軸、液壓馬達(dá)和輥筒護(hù)罩，輥筒中心為取料主軸，液壓馬達(dá)連接取料主軸，兩段旋向相反的螺旋葉片焊接在輥筒上，直刀與彎刀相互間隔的安裝在螺旋葉片上，護(hù)罩后方中間位置開設(shè)有缺口，如圖2所示。

圖2 輥筒部分

液壓馬達(dá)帶動(dòng)輥筒高速旋轉(zhuǎn)，安裝在螺旋葉片上的取料刀片(直刀和彎刀)將青貯料從青貯料堆上撥落并切割。旋向相反的螺旋葉片和呈螺旋狀排列的取料刀將青貯料沿著軸向推動(dòng)到中間位置，從護(hù)罩缺口處拋送到后方的物料輸送帶上。通過調(diào)整液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，可以控制取料的效率。

物料輸送部分主要由液壓馬達(dá)、主動(dòng)輥、被動(dòng)輥、輸送帶、帶護(hù)罩和舉升液壓缸組成，輸送帶上安裝有擋料板，可增強(qiáng)對物料的輸送能力，如圖3所示，該圖為取料機(jī)構(gòu)的側(cè)面剖視圖，能夠清晰地反映出輸送部分的結(jié)構(gòu)。

由液壓馬達(dá)帶動(dòng)主動(dòng)輥高速旋轉(zhuǎn)，拉動(dòng)輸送帶向右上方運(yùn)動(dòng)，將物料向右上方輸送，進(jìn)而拋送到后方的罐體中。輸送帶上間隔設(shè)置的擋料板能夠防止物料下滑，提高輸送效率，通過控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可以控制輸送帶向罐體內(nèi)拋送物料的距離。取料機(jī)構(gòu)液壓原理圖如圖4所示。

圖3 物料輸送部分

圖4 取料機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇

2.1 螺旋葉片直徑

輥筒安裝的兩片旋向相反的螺旋葉片，其作用是安裝刀片實(shí)現(xiàn)扒料功能；將輥筒兩端接觸到的物料輸送到中部位置。葉片結(jié)構(gòu)對取料效率存在重要影響，根據(jù)取料效率確定螺旋葉片直徑，螺旋葉片直徑

(1)

式中：K——物料特性參數(shù)，取0.049[8]；

Iv——取料效率，取60 m3/h；

φ——填充系數(shù)，取0.25[8]；

C——傾角矯正系數(shù)，1。

計(jì)算得直徑D≥439 mm，考慮到實(shí)際情況中各因素的干擾為保證能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的取料效率，取螺旋葉片直徑D為500 mm。取料輥筒需要將取得的物料拋向后方的輸送帶上，所以取料輥筒外徑直徑不能過小，若輥筒外徑過小會(huì)導(dǎo)致螺旋葉片面積較大使得取料輥筒僅具有較強(qiáng)的向中間輸送物料的能力而缺乏向后拋送的能力，所以根據(jù)螺旋葉片直徑同時(shí)參考國外相關(guān)結(jié)構(gòu)，確定輥筒外徑即螺旋葉片內(nèi)徑d為420 mm。

2.2 螺旋葉片螺距

參考螺旋輸送機(jī)螺距的經(jīng)驗(yàn)式

S=K1D

(2)

式中：K1——物料的綜合特性系數(shù)，取值一般在0.8～1之間，但是對于流動(dòng)性差的物料K1<0.8[9]。

因?yàn)榍噘A料顆粒細(xì)長、柔性大、流動(dòng)性差，所以初選螺距S為0.23 m，螺旋升角α為9°。

2.3 輥筒轉(zhuǎn)速

輥筒轉(zhuǎn)速對取料效率有著重要影響，根據(jù)取料效率，計(jì)算輥筒要達(dá)到的最小轉(zhuǎn)速

(3)

式中：f1——青貯料摩擦系數(shù)，0.508[10]。

計(jì)算得轉(zhuǎn)速n為155 r/min，初選輥筒轉(zhuǎn)速n為160 r/min。

2.4 進(jìn)給速度及每刃進(jìn)給量

給速度是取料機(jī)構(gòu)進(jìn)行取料工作時(shí)輥筒工進(jìn)速度，該值對取料效率有重要影響。忽略取料過程中的物料飛濺，進(jìn)給速度

(4)

式中：L——取料寬度，m；

Rh——取料刀回轉(zhuǎn)半徑，m。

計(jì)算得vJ為0.98 m/min，要達(dá)到目標(biāo)取料效率進(jìn)給速度至少為0.98 m/min。

輥筒取料示意圖如圖5所示，取料時(shí)，每刃進(jìn)給量對刀具受力起著決定性的影響，取料進(jìn)給速度與每圈刀具數(shù)量Z、轉(zhuǎn)速n、每刃最小進(jìn)給量fJ之間關(guān)系

(5)

式中：Z——每圈刀具數(shù)量，取16。

計(jì)算得每刃最小進(jìn)給量fJ為0.382 8 mm，進(jìn)給量較小，刀具受力較小。

圖5 取料示意圖

2.5 輥筒驅(qū)動(dòng)功率及扭矩

隨著輥筒帶動(dòng)螺旋葉片上的取料刀旋轉(zhuǎn)并向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行取料，產(chǎn)生了若干阻力，主要為取料刀扒料時(shí)的阻力、螺旋葉片輸送物料時(shí)的阻力、輥筒空載轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力，這就是輥筒在進(jìn)行取料時(shí)所必須克服的阻力。所以工作時(shí)輥筒的驅(qū)動(dòng)功率

P=Pk+Ps+Pq

(6)

式中：Pk——空載運(yùn)行時(shí)所需的功率，kW；

Ps——雙螺旋葉片輸送物料時(shí)所需的功率，kW；

Pq——取料刀扒料時(shí)所需的功率，kW。

空載運(yùn)行時(shí)所需的功率

(7)

式中：Ly——雙螺旋葉片長度，取1.84 m。

雙螺旋葉片輸送青貯料時(shí)所需的功率

(8)

式中：K0——修正系數(shù)，1.2；

ρv——青貯料密度，取值420 kg/m3[11]；

H1——物料提升高度，取值0.3 m；

λ——運(yùn)行阻力系數(shù)，取值2[12]；

Lt——輥筒水平投影的長度，取值2 m。

輸送效率[13]

(9)

青貯料中的秸稈皮、秸稈穰、秸稈葉、秸稈苞葉等物料顆粒相互交錯(cuò)、錯(cuò)綜復(fù)雜、雜亂無章，并且在不同含水率下其物料特性相差較大，難以計(jì)算出在取料過程中其對取料刀產(chǎn)生的阻力，為了增強(qiáng)取料機(jī)構(gòu)的適應(yīng)性，使其能夠在不同地區(qū)具有不同特點(diǎn)的青貯窖內(nèi)取料，參考文獻(xiàn)[14-15]為保證取料刀能夠順利地切下青貯窖上的物料，取料刀扒料時(shí)所需的功率Pq至少為9.25 kW。最終求得輥筒驅(qū)動(dòng)功率P為9.690 8 kW。

驅(qū)動(dòng)扭矩

(10)

求得輥筒驅(qū)動(dòng)扭矩為578 N·m。

2.6 輸送帶驅(qū)動(dòng)扭矩

輸送帶采用PVC工業(yè)輸送帶，厚度為3 mm，寬度為0.8 m，主動(dòng)輥直徑為0.13 m。結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)表2取帶速[16]范圍為2～4 m/s，則主動(dòng)輥轉(zhuǎn)速范圍為294～588 r/min。

主動(dòng)輥帶動(dòng)皮帶工作時(shí)所遇到的阻力[10]

(11)

式中：G——皮帶提升的物料質(zhì)量，取60.87 kg

g——重力加速度，取9.8 m/s2；

α2——皮帶傾角，取38.5°；

η2——機(jī)械傳動(dòng)效率，取0.97。

求得工作時(shí)所遇到的阻力為382 N。

則所需的扭矩

T2=F2r2

(12)

式中：r2——主動(dòng)輥半徑，0.065 m。

表2 帶速推薦值Tab. 2 Recommended conveyor speed

3 取料仿真分析

3.1 建立仿真模型

離散元軟件是世界范圍內(nèi)首個(gè)能夠在多領(lǐng)域使用的顆粒離散元素法軟件，例如在農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、制藥和原料處理等行業(yè)可以利用EDEM進(jìn)行相關(guān)的研究與分析。此外EDEM可以與多款軟件進(jìn)行耦合仿真分析以達(dá)到對復(fù)雜問題的研究。

正確顆粒模型的建立是整個(gè)仿真分析的基礎(chǔ)，決定著是否能得出符合實(shí)際情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。為了能夠提高計(jì)算效率，減少仿真時(shí)間，仿真分析采用秸稈青貯飼料中的主要物質(zhì)玉米秸稈皮和皮瓤作為物料，統(tǒng)計(jì)實(shí)際物料的平均尺寸，然后將外形尺寸放大一倍，用球形顆粒組合模擬二者的外形。秸稈皮的顆粒模型長為91 mm，寬為10 mm，高為10 mm，密度為287 kg/m3；皮瓤的顆粒模型為長為39 mm，寬為38 mm，高為26 mm，密度為153 kg/m3。

物料特性參數(shù)如表3所示[7]。

表3 物料特性參數(shù)Tab. 3 Material properties of particles

3.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)前期單因素試驗(yàn)方案選取影響取料效率和回流率的關(guān)鍵因素前進(jìn)速度、輥筒轉(zhuǎn)速、螺旋葉片螺距、取料刀刃長比進(jìn)行正交試驗(yàn)，每個(gè)因素下具有3個(gè)水平，因此選取4因素3水平故選取L9(34)等水平正交試驗(yàn)表。各因素所確定的水平如表4所示，試驗(yàn)方案如表5所示。

表4 正交試驗(yàn)因素和水平Tab. 4 Orthogonal test factors and levels

表5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Tab. 5 Test design and results

統(tǒng)計(jì)仿真時(shí)間內(nèi)取到的物料質(zhì)量，計(jì)算得出取料效率。將單位時(shí)間內(nèi)滾筒中飛濺出的物料質(zhì)量與單位時(shí)間內(nèi)吸入滾筒內(nèi)總體物料質(zhì)量相比，得到回流率。

在不同組別下的顆粒速度分布圖，如圖6所示?？汕逦从吵霾煌恢梦锪项w粒所具有的速度以及物料的分布情況?？芍?，1～3組取料量較少，7～9組取料量最大，故可初步判定前進(jìn)速度對取料效率影響較大。

(a) 1組 (b) 2組 (c) 3組

(d) 4組 (e) 5組 (f) 6組

(g) 7組 (h) 8組 (i) 9組

3.3 仿真結(jié)果方差分析

方差分析是將因素水平變化引起的試驗(yàn)指標(biāo)的波動(dòng)與干擾因素引起的試驗(yàn)指標(biāo)的波動(dòng)區(qū)分開來的一種分析方法。方差分析克服了極差分析中把因素引起的指標(biāo)效應(yīng)與干擾因素引起的誤差效應(yīng)混為一談的缺點(diǎn)，同時(shí)方差分析的精度要高于極差分析，并且能夠估計(jì)試驗(yàn)誤差，還能夠確定試驗(yàn)分析的可信度。

不同因素下2個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)取料效率和回流率的偏差平方和及其計(jì)算過程數(shù)據(jù)，如表6所示，該表是針對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理。

為了衡量F比，需要用到F分布的臨界數(shù)值表和標(biāo)準(zhǔn)值Fa。F分布的臨界數(shù)值表是根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)原理編制的各種可信度和自由度下的標(biāo)準(zhǔn)值Fa的數(shù)值表，可以通過查《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》[17]中的附表6得到。

因素對指標(biāo)影響的顯著性等級(jí)和相應(yīng)的顯著性標(biāo)記為：高度顯著，標(biāo)記為※※；顯著，標(biāo)記為※；較顯著，標(biāo)記為(※)；不顯著但有影響，標(biāo)記為[※]；不顯著或者特別不顯著，不標(biāo)記任何符號(hào)。對取料效率和回流率兩個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)的方差分析如表7所示。

由表7可知，各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)下因素的F比，因素A的F比用FA來表示，同理，剩余因素的F比依次用FB、FC、FD表示。在取料效率這一指標(biāo)下，F(xiàn)A>F0.01(2,4)，所以前進(jìn)速度對取料效率的影響高度顯著，做出這個(gè)判斷的可信度為99%；FBFC>F0.1(2,4)，螺旋葉片螺距對取料效率的影響較顯著，做出這個(gè)判斷的可信度為90%；FDFC>FD>FB，因此各因素對取料效率影響的主次順序?yàn)锳、C、D、B。由于取料效率為越大越好，所以根據(jù)表7中Kij的值選出各因素的優(yōu)水平，結(jié)合各因素對取料效率的影響程度得出較優(yōu)方案為A1C-1D1B0。

在回流率這一指標(biāo)下，F(xiàn)AFB>F0.25(2,2)，輥筒轉(zhuǎn)速對回流率的影響不顯著但有影響，做出這個(gè)判斷的可信度為75%；F0.01(2,2)>FC>F0.05(2,2)，螺旋葉片螺距對回流率的影響顯著，做出這個(gè)判斷的可信度為95%；F0.05(2,2)>FD>F0.1(2,2)，刃長比對回流率的影響較顯著，做出這個(gè)判斷的可信度為90%。F比大小順序?yàn)镕C>FD>FB>FA，因此各因素對回流率影響的主次順序?yàn)椋篊、D、B、A。因?yàn)榛亓髀试叫≡胶?，所以根?jù)表7中Kij的值選出各因素的優(yōu)水平，結(jié)合各因素對回流率的影響程度得出較優(yōu)方案為C-1D-1B0A1。

由于兩個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)的重要程度依次為取料效率和回流率，故綜合考慮各個(gè)因素水平對兩個(gè)指標(biāo)值的影響程度以及在各指標(biāo)下的較優(yōu)方案，選取最優(yōu)方案為A1C-1D1B0，即前進(jìn)速度為4 m/min、螺旋葉片螺距230 mm、取料刀刃長比1.8、取料輥筒轉(zhuǎn)速230 r/min。在最優(yōu)方案下，取料效率為82.6 m3/h，回流率為38.93%。

表6 試驗(yàn)指標(biāo)偏差平方和計(jì)算表Tab. 6 Calculation table of deviation square sum of test indexes

表7 方差分析表Tab. 7 Analysis of variance table

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照螺旋葉片螺距230 mm和取料刀刃長比1.8進(jìn)行樣機(jī)的試制，試制完成后在泰安意美特機(jī)械有限公司內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)測試，試驗(yàn)秸稈皮長度在20～92 mm之間，皮瓤長度在8～43 mm之間，含水率為69%。在平整干凈的混凝土地面上，取青貯料碼放在取料機(jī)前方，料堆尺寸(長×寬×高)為1 000 mm×3 000 mm×800 mm。選輥筒轉(zhuǎn)速為230 r/min，取料前進(jìn)速度為4 m/min，進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)取3次測量數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行分析，主要測試指標(biāo)：取料液壓系統(tǒng)壓力，取料寬度，取料高度，取料效率，回流率。

在進(jìn)行試驗(yàn)過程中，各關(guān)鍵部件工作穩(wěn)定，能夠可靠地完成青貯的取料和輸送，沒有發(fā)生堵塞、卡死和憋車現(xiàn)象，液壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在17～21 MPa之間。仿真與試驗(yàn)對比分析如表8所示。兩者基本吻合，證實(shí)了仿真分析的可靠性。測試指標(biāo)均達(dá)了到設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足了牧場的使用要求。

表8 仿真與試驗(yàn)結(jié)果對比Tab. 8 Comparison of simulation and test results

5 結(jié)論

1) 建立了自走式全混合日糧制備機(jī)滾筒式取料機(jī)構(gòu)作業(yè)的理論模型，并對螺旋葉片螺距、螺旋葉片直徑、輥筒轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度、每刃進(jìn)給量和刀刃長比等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與選取。

2) 采用EDEM對取料機(jī)構(gòu)的前進(jìn)速度、輥筒轉(zhuǎn)速、螺旋葉片螺距、刀刃長比進(jìn)行正交試驗(yàn)仿真分析。仿真過程中發(fā)現(xiàn)，大部分物料被高速旋轉(zhuǎn)的取料刀帶著隨取料滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，各因素對取料效率影響的主次順序?yàn)椋呵斑M(jìn)速度、螺旋葉片螺距、刀刃長比、輥筒轉(zhuǎn)速，各因素對回流率影響的主次順序?yàn)椋郝菪~片螺距、刀刃長比、輥筒轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度?？紤]各個(gè)因素水平對兩個(gè)指標(biāo)值的影響程度以及在各指標(biāo)下的較優(yōu)方案，選取最優(yōu)方案為A1C-1D1B0，即前進(jìn)速度為4 m/min、螺旋葉片螺距 230 mm、取料刀刃長比1.8、取料輥筒轉(zhuǎn)速230 r/min。在最優(yōu)方案下，取料效率為82.6 m3/h，回流率為38.93%。

3) 根據(jù)最優(yōu)方案進(jìn)行樣機(jī)的加工，并按照最優(yōu)方案中的前進(jìn)速度和輥筒轉(zhuǎn)速進(jìn)行取料試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明各關(guān)鍵部件工作穩(wěn)定，能夠可靠地完成青貯的取料和輸送，沒有發(fā)生堵塞、卡死和憋車現(xiàn)象，液壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，實(shí)地試驗(yàn)中測得取料效率為77.02 m3/h，回流率為39.76%，與仿真分析基本一致。