2019年01期
作者：阿依肯·葉留拜1，劉富強(qiáng)2，溫寶琴2,3*，李景彬2,3，坎雜2,3
單位：1.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械管理局信息中心；2.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院；3.農(nóng)業(yè)部西北農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
簡(jiǎn)介：阿依肯·葉留拜，高級(jí)工程師，從事畜牧業(yè)機(jī)械化研究。*通信作者，副教授，碩士，碩士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械準(zhǔn)備設(shè)計(jì)與研究。
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金項(xiàng)目（51775358）；科技特派員創(chuàng)業(yè)引導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目（2016CA002）。
OSID開放科學(xué)計(jì)劃
長(zhǎng)按識(shí)別二維碼
作者親自對(duì)你說(shuō)
畜牧業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，是決定現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心要素。畜牧業(yè)經(jīng)過(guò)多年連續(xù)發(fā)展，已成為重要的民生產(chǎn)業(yè)，畜牧產(chǎn)品已經(jīng)成為居民消費(fèi)的必需品?！度珖?guó)牛羊肉生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃》（2013—2020年）中提出要重點(diǎn)引導(dǎo)肉羊產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
用于肉羊養(yǎng)殖的粗飼料資源主要是以麥秸稈、玉米秸稈、苜蓿莖稈、甘草莖稈為主。飼用化技術(shù)是秸稈利用的重要途徑，能充分合理的利用秸稈資源、提高適口性以及增加營(yíng)養(yǎng)，秸稈飼用化技術(shù)對(duì)豐富養(yǎng)殖業(yè)的飼料來(lái)源，促進(jìn)畜牧業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1
秸稈飼用化設(shè)備類型
1.1
秸稈加工設(shè)備
主要有鍘切機(jī)、揉切機(jī)、粉碎機(jī)、揉搓機(jī)等。鍘切機(jī)主要是用來(lái)切斷莖稈類飼料，如谷草、麥稈等；揉切機(jī)、揉搓機(jī)能夠使秸稈質(zhì)地細(xì)碎、柔軟，適口性好。
1.2
全混合日糧（TMR）飼喂機(jī)
根據(jù)反芻動(dòng)物（牛、羊等）飼料配方將各原材料均勻混合而成的一種營(yíng)養(yǎng)濃度均衡的飼喂模式。全混合日糧飼喂是在生產(chǎn)制備過(guò)程中將各種物料進(jìn)行剪切、揉搓和攪拌，使精粗飼料和各種添加劑按不同比例混合，營(yíng)養(yǎng)均衡，可提高飼料適口性、提高動(dòng)物采食量、減少飼料浪費(fèi)、提高飼料轉(zhuǎn)化效率、降低投資成本、提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，以達(dá)到科學(xué)飼養(yǎng)的目的。
1.3
顆粒飼料機(jī)
秸稈通過(guò)粉碎、制粒設(shè)備加工成顆粒飼料，制粒過(guò)程中的高溫、高壓環(huán)境還能夠減少飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子和殺死飼料中的有害微生物，更加有利于動(dòng)物的健康。高溫的制粒環(huán)境使物料中的有機(jī)成分發(fā)生反應(yīng)，能顯著提高飼料的適口性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。通過(guò)加工成顆粒飼料，能使秸稈成為飼料商品，便于長(zhǎng)途運(yùn)輸及儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)秸稈飼料產(chǎn)品的商品化生產(chǎn)和異地消化利用，增加農(nóng)民的收益。
2
飼草粉碎設(shè)備研究現(xiàn)狀
2.1
飼草切碎、粉碎機(jī)械的研究
意大利塞科公司生產(chǎn)的小型粗飼料粉碎機(jī)的粉碎刀片采用螺旋線排布方式，其優(yōu)點(diǎn)是振動(dòng)小，粉碎均勻；丹麥皮里士登有限公司生產(chǎn)的皮里士登-100型錘片式飼草粉碎機(jī)，生產(chǎn)率4～5t/h。國(guó)外有研究者開發(fā)了飼草切割試驗(yàn)裝置，建立了刀片在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況下對(duì)切割力響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；考察在線性切割條件下刀片切割玉米秸稈時(shí)刀片對(duì)切割力的響應(yīng)，得到了一個(gè)類似的二階微分方程；對(duì)于在不同速度下、不同含水率的紫花苜蓿的切割力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在切割速度較低時(shí)，莖稈會(huì)沿著切刀刃線方向滑動(dòng)，而在高速時(shí)這種滑動(dòng)則可以省略。
國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)秸稈切碎裝置進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了喂入轉(zhuǎn)速、動(dòng)定刀間隙、動(dòng)刀轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速對(duì)秸稈的切碎長(zhǎng)度合格率、功耗影響顯著；得到了粉碎刀片在不同切割速度下，對(duì)短稈、長(zhǎng)稈、秸稈不同切割部位、秸稈不同含水率、不同刀刃厚度、有定刀和無(wú)定刀等情況下的切斷率曲線；建立了粉碎質(zhì)量和粉碎功耗的數(shù)學(xué)模型，分析了粉碎裝置結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)粉碎質(zhì)量、粉碎功耗的影響規(guī)律。對(duì)農(nóng)產(chǎn)品物料的剪切粉碎機(jī)理、剪切過(guò)程中物料受到的應(yīng)力及切割速度對(duì)粉碎效果的影響進(jìn)行分析，并對(duì)其核心部分的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)粉碎效果的影響進(jìn)行了探討；對(duì)臥式切碎裝置切碎效果的試驗(yàn)進(jìn)行研究，以割刀位置、喂入速度、割刀轉(zhuǎn)速和摘穗輥轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素，以莖稈切碎合格率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其影響因素進(jìn)行分析和試驗(yàn)，從而得到最佳的參數(shù)組合。
2.2
秸稈揉碎機(jī)械研究
國(guó)內(nèi)在秸稈揉碎機(jī)性能試驗(yàn)與改進(jìn)方面的研究工作總體偏少，較為典型的工作有：利用自行設(shè)計(jì)的秸稈鍘切揉搓試驗(yàn)臺(tái)，以刀刃形狀、喂入速度、錘片數(shù)量和主軸轉(zhuǎn)速為變量，對(duì)含水率約為75%的玉米秸稈進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，得出鍘切揉搓裝置的最優(yōu)組合參數(shù)；從運(yùn)動(dòng)學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)出發(fā)，對(duì)玉米秸稈的揉搓機(jī)理進(jìn)行了分析，得出了揉搓質(zhì)量和度電產(chǎn)量等參數(shù)受揉搓室內(nèi)有無(wú)齒條、錘片數(shù)目、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、玉米秸稈物料與內(nèi)壁的摩擦系數(shù)和氣流作用等幾個(gè)因素的影響；建立了適合不同種葉片傾角的葉片式拋送裝置功耗模型，且引入了慮氣流影響，并利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化；針對(duì)揉碎機(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械噪聲，結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究對(duì)其噪聲產(chǎn)生機(jī)理和特性進(jìn)行了分析研究；對(duì)9JST-20型秸稈絲化調(diào)質(zhì)機(jī)性能指標(biāo)進(jìn)行了正交試驗(yàn)研究，確定了影響生產(chǎn)率和度電產(chǎn)量的因素主次順序分別為錘片數(shù)目、錘片厚度和錘齒間隙；通過(guò)建立SFSP11230型錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的虛擬樣機(jī)模型，對(duì)不同錘片磨損情況下粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)進(jìn)行了仿真。
3
TMR攪拌機(jī)研究現(xiàn)狀
美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、新西蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家十分注重建立人工草場(chǎng)和改良天然草場(chǎng)，其肉羊養(yǎng)殖以其自然資源和資源優(yōu)勢(shì)，采用草場(chǎng)圍欄規(guī)劃區(qū)輪牧。
我國(guó)在TMR攪拌機(jī)飼草加工領(lǐng)域的研究處于起步階段，有學(xué)者借助高速攝像對(duì)轉(zhuǎn)輪式TMR混合攪拌機(jī)的混合機(jī)理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在混合過(guò)程中伴隨著剪切混合、對(duì)流混合和擴(kuò)散混合的過(guò)程，并以混合均勻度和單位功耗為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析影響混合效果的因素，但對(duì)影響切碎效果的因素沒有進(jìn)行分析；對(duì)影響雙軸臥式全混合日糧混合機(jī)加工質(zhì)量的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)、物料特性及裝料順序等因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)攪拌機(jī)混合設(shè)備結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)、物料特性及裝料順序都對(duì)全混合日糧的加工質(zhì)量影響很大；以臥式飼料混合攪拌機(jī)混料系統(tǒng)為研究對(duì)象，搭建混料系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)；發(fā)現(xiàn)立式攪拌機(jī)的攪龍直徑大，可以獲得較高的切割速度，能夠迅速打開并切碎大型圓、方草捆，切碎效果比臥式好。
4
飼草制粒設(shè)備研究現(xiàn)狀
國(guó)外學(xué)者針對(duì)生物質(zhì)粉體物料通過(guò)?？讜r(shí)的受力情況進(jìn)行了試驗(yàn)研究與理論分析，建立了各向異性物料?？讛D壓力學(xué)模型；發(fā)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝優(yōu)化可以在獲得高質(zhì)量顆粒的同時(shí)損失較低能耗；通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析建立了能耗與顆粒耐久性之間的關(guān)系模型；針對(duì)制粒過(guò)程的控制部分進(jìn)行了研究，優(yōu)化了制粒工藝，在保證加工質(zhì)量的前提下提高了加工效率；針對(duì)影響顆粒詞料質(zhì)量的因素進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究飼料配方、環(huán)模規(guī)格、調(diào)質(zhì)時(shí)間、冷卻干燥、粉碎粒度等與顆粒飼料質(zhì)量之間的關(guān)系。
國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)如何改善飼料制粒性能進(jìn)行了研究，提出通過(guò)改變飼料配方提高飼料制粒性能；分析了飼料生產(chǎn)過(guò)程中蒸汽調(diào)質(zhì)、飼料原料、環(huán)模設(shè)備、調(diào)質(zhì)器進(jìn)料流量等影響因素對(duì)配合飼料質(zhì)量的影響，并提出了改進(jìn)工藝參數(shù)的方法；針對(duì)制粒過(guò)程中?？锥氯脑蜻M(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了模孔長(zhǎng)徑比、壓模的材料、模孔的形式、壓輥等機(jī)構(gòu)對(duì)制粒機(jī)工作過(guò)程的影響，并提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)辦法；探究了原料粒度、環(huán)?？组L(zhǎng)徑比、含水率等因素與顆粒成型率及電耗之間的關(guān)系，找出了生物質(zhì)燃料顆粒成型的最優(yōu)條件。
5
結(jié) 論
（1）飼草切碎機(jī)械主要的結(jié)構(gòu)型式為輪刀式和滾刀式，目前的研究主要集中在切割速度、殼體包角、喂入速度、動(dòng)定刀間隙、轉(zhuǎn)子半徑、齒桿角度等結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)等對(duì)秸稈的切碎效果方面。
（2）揉碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)型式是錘片式，目前開展的研究主要集中在錘片材料、結(jié)構(gòu)型式、布置形式、喂入速度、主軸轉(zhuǎn)速等結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)對(duì)生產(chǎn)率、揉搓質(zhì)量及工作噪聲的影響等方面。揉碎機(jī)是秸稈飼用化的關(guān)鍵機(jī)具，適用于小規(guī)模舍飼養(yǎng)殖，對(duì)規(guī)?；B(yǎng)殖模式來(lái)說(shuō)存在生產(chǎn)效率低，費(fèi)工費(fèi)力等問(wèn)題。
（3）TMR攪拌機(jī)目前研究主要集中在主軸轉(zhuǎn)速、刀片布置方式、加工時(shí)間等因素對(duì)混合均勻度的影響。全混合日糧的加工工藝為“粗飼料粉碎 + 混合”，工藝繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。能否通過(guò)優(yōu)化與改進(jìn)TMR攪拌機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)秸稈的切碎、揉碎并與精料混合，將傳統(tǒng)的單一功能、分段加工改變?yōu)橐惑w化加工，從而提高全混合日糧的加工效率和質(zhì)量，值得探索。
（4）制粒機(jī)主要分為平模和環(huán)模兩種結(jié)構(gòu)形式，目前制粒裝備研究多面向大型飼料生產(chǎn)企業(yè)，設(shè)備昂貴，運(yùn)行成本大，工藝復(fù)雜。小型制粒機(jī)在市場(chǎng)已有銷售，但針對(duì)戶用型的秸桿制粒裝備基礎(chǔ)研究偏少，同時(shí)在制粒效率和制粒質(zhì)量等方面還需進(jìn)一步的提高。
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