秸稈膨化飼料加工中心的製作方法
2024-04-04 20:25:05
本發明涉及飼料產品加工設備，具體說是一種秸稈膨化飼料加工中心。主要適用於將秸稈鍘壓、膨化、噴灑、防堵、打包等功能整合。
背景技術：
農作物秸稈是糧食作物和經濟作物生產中的副產物，其含有豐富的氮、磷、鉀等微量元素，是一種可供開發和綜合利用的寶貴資源，可全國秸稈的開發利用率卻很低，一般就地焚燒或利用秸稈飼料加工機械加工處理後畜牧利用，而目前，如秸稈膨化機、揉搓機、揉碎機、壓塊機、打捆機、制粒機等加工機械加工工藝相對單一，不適合商業化模式，如果在秸稈加工工藝進行合理的分析與處理，建立適於集成加工，即成套加工模式的秸稈產業，使其技術和經濟均適合商業化發展，並設計秸稈膨化的飼料加工中心結構參數最佳值和工作參數的最佳匹配關係，不僅提高秸稈利用率，還可為畜牧業發展提供便利條件。
如申請公開號為CN104382209 A的發明專利申請公開了一種「秸稈加工裝置」，該技術方案由機座、電機、擠壓螺旋、送料架、連接盤、切刀和依次連接的進料筒、擠壓筒、高壓筒，三者通過支撐架連接在機座上，高壓筒直徑小於擠壓筒，秸稈通過，秸稈從進料筒朝擠壓筒移動，在進料筒與擠壓筒之間的連接盤處，被切刀切割，然後被切斷的秸稈進入擠壓筒，秸稈在擠壓筒內被第一次擠壓，並朝高壓筒移動，在擠壓筒與高壓筒之間的連接盤處，被切刀再一次切割，隨後進入高壓筒，物料進行膨化最後從高壓筒被擠出。該技術方案雖然能夠對秸稈進行加工處理，但其仍存在以下缺陷：第一，由於採用全封閉加工裝置，無法解決設備堵料問題。第二，加工裝備邊切碎邊加工，對裝備損耗程度影響嚴重，不利於設備使用壽命。第三，該設備工藝不夠完備，只單純進行切碎與膨化處理，並沒有後續的加工工序，不適合自動化生產，因此，研製一種適合於商業化生產的秸稈加工中心不僅能填補當前的市場空缺，還可為農民帶來顯著經濟效益，具有重要意義。
技術實現要素：
本發明的目的是為了提供一種新型秸稈膨化飼料加工中心及生產工藝，使得整體設計加工完整、生產效率高，降低生產成本，從根本上解決現有秸稈處理設備的單一功能與加工效率低的設計方式，從秸稈原料開始，一直到飼料打包，採用一體化設備完成飼料處理，特別是加工中心為提高加工效率、改善現場加工環境降低浮塵、加工設備堵料現象，降低膨化設備損耗等問題，從而使飼料加工一體化、工廠化。
為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：該秸稈膨化飼料加工中心包括入料組件、膨化組件以及出料組件，其技術要點是：所述入料組件包括一次鍘壓裝置、設置在鍘壓裝置出口的進料通道組件、設置在進料通道組件內的灑水裝置、設置在進料通道組件出口的二次鍘壓裝置；
膨化組件包括設置在進料通道組件出口的料鬥、設置在料鬥內的防堵裝置、設置在料鬥底部出口的膨化裝置；膨化裝置包括對稱設置在料鬥兩側的膨化殼體、設置在膨化殼體內的螺杆、設置在螺杆輸入端的驅動機、設置在螺杆上的膨化螺旋、分別設置在膨化殼體兩端出料口的膨化頭、設置在膨化頭出料口上的豎直設置的順料筒，膨化殼體與膨化螺旋之間形成膨化腔；
出料組件包括設置在膨化裝置順料筒出料端的出料通道組件、設置在出料通道組件上的菌液噴灑裝置、設置在出料通道組件出口端的打包裝置。
所述防堵裝置包括撥料軸、反向撥料葉片。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：由於秸稈本身硬結特性，膨化過程中易對膨化裝置產生磨損，設計兩次鍘壓，使秸稈在膨化前，經過粗鍘壓與細鍘壓加工工序對其進行充分碾壓，降低對膨化裝置的磨損，提高設備壽命。堵料情況一般發生在進料口，在膨化進料口處設置防堵設備防止堵料。膨化腔內兩側膨化螺旋的方向相反，這樣產生軸向力均指向傳動裝置，膨化過程中有效抵消了兩端的軸向力，使膨化過程更加流暢，提高了加工效率。傳輸裝置設置菌液噴灑裝置與灑水裝置，為秸稈飼料加工提供輔助加工手段，添加微生物液的膨化飼料經打包可存放兩年不變質，更有利於膨化飼料產業化發展，滿足畜牧地區需求。實現秸稈加工工廠化，入料口、出料口設置一側，節約加工空間，降低經濟成本。
綜上所述，本發明的秸稈膨化的飼料加工中心系統完整、工作高效、操作方便，飼料產率可達80t/天。
附圖說明
圖1是本發明加工中心的等軸側視結構示意圖；
圖2是本發明加工中心的主視結構視圖；
圖3是本發明加工中心的膨化裝置主視結構示意圖；
圖4為本發明膨化組件的等軸側視結構示意圖；
圖5是本發明洩壓組件的結構示意圖；
圖6是本發明洩壓組件的工作原理示意圖；
圖7是本發明的自學習控制方法流程圖；
圖8是本發明的自學習控制方法結構框圖。
附圖標記說明
圖1中：1進料口、2一次鍘壓裝置、3灑水裝置、4進料通道組件、5二次鍘壓裝置、6膨化裝置、7出料通道組件、8菌液噴灑裝置、9打包裝置、10出料口；
圖2中：11鍘壓裝置出口、12輸送輥、13擋板、14驅動機底座、15驅動機、16底座、17支架、18傳動鏈條、19順料筒、20料鬥、21進料通道組件出口、22入料支架；
圖3中：23防堵裝置、24支撐座、25螺杆、26膨化頭出料口、27膨化頭、28膨化腔、29膨化螺旋、30膨化腔入口；
圖4中：4防堵裝置、15驅動機、18傳動鏈條、20料鬥、25螺杆、26膨化頭出料口、28膨化腔、29膨化螺旋、31調整裝置。
圖5中：32驅動機、33渦流風機、34密封罩、35濾網、36主導管、37副導管、38洩壓組件、39濾布、40主導管排氣口、41濾液容器、42副導管排氣口。
具體實施方式
以下結合圖1~8通過具體實施例詳細說明本發明的內容。該秸稈膨化飼料加工中心包括入料組件、膨化組件以及出料組件。其中，入料組件包括設有進料口1的一次鍘壓裝置2、設置在鍘壓裝置出口11的進料通道組件4、設置在進料通道組件內的灑水裝置3、設置在進料通道組件出口21的二次鍘壓裝置5。進料通道組件4為入料端至出料端向上傾斜的帶有擋板輸送輥，輸送帶通過入料支架22固定在水平面上。
膨化組件包括設置在進料通道組件出口的料鬥20、設置在料鬥內的防堵裝置23、設置在料鬥底部出口的膨化裝置6，膨化裝置6通過固定在膨化殼體底部支撐座24限位在支架17上，支架17安裝在底座16上，底座16固定在水平面上。防堵裝置23包括水平設置在料鬥內的撥料軸（圖中未標記）以及限位在撥料軸上的撥料葉片，撥料軸（圖中未標記）的輸入端銜接至驅動機15。
膨化裝置包括對稱設置在料鬥兩側的筒狀的膨化殼體（圖中未標記）、設置在膨化殼體內的螺杆25、通過傳動鏈條18與螺杆25的輸入端銜接的驅動機15、設置在螺杆上的膨化螺旋29、分別設置在膨化殼體兩端出料口的膨化頭27、設置在膨化頭出料口26上的豎直設置的順料筒19，兩側膨化螺旋的方向相反，膨化殼體與膨化螺旋29之間形成膨化腔28，料鬥底部的出料口與膨化腔入口30相連通，驅動機15通過驅動機底座14固定在水平面上。
出料組件包括設置在膨化裝置順料筒出料端的出料通道組件7、設置在出料通道組件上的菌液噴灑裝置8、設置在出料通道組件出口端的設有出料口10的打包裝置9，出料通道組件7包括帶有擋板13的輸送輥12。
將整株秸稈通過進料口1送入一次鍘壓裝置，對秸稈進行鍘切、擠壓後，通過進料通道組件輸送至二次鍘壓裝置，通過進料通道組件上的噴灑裝置在秸稈輸送過程對秸稈進行灑水，降低浮塵，隨後進入二次細鍘壓裝置，對秸稈進行二次鍘壓，使秸稈更加細碎化，降低由於秸稈硬結等物理屬性對膨化裝置的磨損，經二次細鍘壓後的細碎秸稈落料鬥，通過防堵裝置內部撥料軸帶動反向撥料葉片，使飼料順利落入雙側對稱膨化腔內，秸稈物料在膨化腔內與膨化螺旋及腔壁碰撞摩擦，產生大量的熱，使膨化腔內溫度迅速提高（可達170℃），秸稈物料被熟化、糖化並膨鬆成海綿狀，秸稈中的水分在短時間內變成過熱水蒸氣，形成一個高溫高壓的水熱調質環境，起到殺菌、熟化和促進纖維素降解等作用，膨化後的秸稈由秸稈膨化裝置的兩個出料口沿順料筒落在出料通道組件上，經過出料通道組件上部的菌液噴灑裝置同時加入秸稈發酵劑，經過添加秸稈發酵劑的秸稈飼料沿出料通道組件進入打捆裹膜裝置，對秸稈飼料進行加工包裝，使秸稈與微生物和酵充分接觸，提高秸稈營養成分和利用價值，包裝後的秸稈飼料由加工中心出料口落出，完成加工。
為消除前序處理粉塵排放的提高加工環境的空氣品質，還在進料通道的進料口上設置了分離粉塵裝置，該秸稈膨化機分離粉塵裝置包括密封罩34、設置在密封罩一側的渦流風機33以及設置在另一側的主導管36，渦流出風口與主導管的進風口位置相對，渦流風機的輸入端設有驅動機32。密封罩設置於膨化機（圖中未示出）的秸稈入料口，並作密封處理，可有效阻擋粉塵擴散。主導管與密封罩之間設有濾網35，主導管末端設有濾布39，主導管上設有副導管37，副導管內設有洩壓組件38，主導管排氣口40和副導管排氣口42通入濾液容器41中。洩壓組件包括溢流閥，壓力繼電器以及壓力傳感器。
從密封罩上部開口投入前序處理（本處主要是指鍘壓工序）後的秸稈段，密封罩整體採用上大下小的漏鬥狀結構，由於秸稈本身為疏鬆多孔結構，相對密度較小，在由密封罩進入膨化機絞龍進料機構時存在一定困難，通常的做法可將進密封罩製成長條形結構，從而可通過頂部的秸稈物料下壓底部的秸稈物料，從而保證進料順利。但如果採用該方案不得不將密封罩做的很長，並不利於整機的配製。還可增加壓實裝置，但會明顯增加製造與維護成本。而採用漏鬥結構後，漏鬥狀結構的斜面部分可形成下滑力，依靠自重向下壓迫底部物料，漏鬥結構的豎直側面則可增加該壓實效果。一方面，可將密封罩長度縮短，另一方面，可省去壓實機構，不但精簡了整體結構，而且降低了運行成本。
渦流風機在驅動源的帶動下產生氣旋，由於粉塵單體重量輕，因此更易在渦流的作用隨渦流運動，從而使細小的粉塵從體積重量較大的秸稈段表面剝離，而渦流則可保證粉塵流動的方向，避免粉塵在密封罩內呈無序的擾動狀態「亂飛」，而是沿渦流方向徑直進入主導管中。而濾網具有一定孔徑可起到限制流入物質粒徑的作用，避免體積較大的秸稈段進入其中而將管道堵塞。秸稈段在自重的作用下沿密封罩向下落入膨化機內，進行下一工序。粉塵通濾網後，在沿主導管通向濾液容器，首先被濾布吸收，完成一次過濾；更細小的粉塵顆粒穿過濾布則通過排氣口40通入濾液中被濾液吸收，完成二次過濾。進一步的，濾布還起到將濾液中氣泡打散的目的，避免了過大氣泡夾雜粉塵通入大氣中。最終，經過二次過濾的潔淨氣體排放到大氣中。
濾布為多孔結構，隨著生產的進行，濾布上的粉塵不斷累積，如果不及時更換，會在某一時刻引起主導管排氣口40堵塞。此時，為避免管路系統堵塞，並實現卸荷，則在主導管旁設置副導管37，即使主導管36發生堵塞時，渦旋氣流也會沿副導管37流動，並最終通過排氣口42通入濾液中。
一方面，副導管37可採用與主導管完全相同的結構。另一方面，還可在副導管內設置主要由溢流閥，壓力繼電器以及壓力傳感器構成的洩壓組件，同時在驅動機上設置用於控制電機輸出功率的驅動電路，在洩壓組件和驅動電路之間建立負反饋迴路。具體而言，洩壓組件端的壓力傳感器實時監測主導管內的氣壓，將氣壓作為驅動電路控制輸出功率的信號源，氣壓上升時，驅動機輸出功率降低，轉速變慢；氣壓為一標準大氣壓時，驅動機輸出額定功率。該可變功率的控制方式，一方面可採用由繼電器控制的若干並聯的電阻，當氣壓為一標準大氣壓時，並聯電阻全部接入。另一方面則可採用由滑動開關構成的可調電阻，當氣壓為一標準大氣壓時，可調電阻以最小阻值接入電路。
同時，在副導管末端設置可控制排氣口開啟大小的溢流閥，當氣壓為一標準大氣壓時，溢流閥呈完全關閉狀態，主導管內壓力逐漸升高時，溢流閥逐漸打開卸荷，氣體通過副導管排出，以保證主導管內維持一標準大氣壓，而當溢流閥呈完全開啟狀態時，主導管內的氣壓仍高於一標準大氣壓（為達到該目的，將副導管的內徑設為小於主導管內徑，由此可保證在渦流風機輸出風量相同的情況下完全採用副導管時的氣壓大於完全採用主導管的氣壓），則此時通過控制驅動機轉速以降低主導管的壓力。
此外，由於濾布堵塞是一個逐漸變化的過程，而從外部很難觀察到，因此在驅動機上設置轉速傳感器，可直接監測濾布的使用狀態。可通過事先實驗，例如：
1）將主導管末端的排風口完全關閉，將副導管排風口完全開啟時，將驅動機設定為最小轉速r1，此時對應的主導管堵塞程度為0.5a+0.5b，a=1，b=1，即完全堵塞；
2）將主導管末端的排風口完全關閉，將副導管排風口完全開啟時，將驅動機設定為額定轉速r2，此時對應的主導管堵塞程度為0.5a+0.5b，a=0，b=1，即部分堵塞，僅剩發動機轉速可調控；
3）將主導管末端的排風口完全關閉，將副導管排風口完全關閉時，將驅動機設定為額定轉速r2，此時對應的主導管堵塞程度為0.5a+0.5b，a=0，b=0，即堵塞程度為0；
當轉速為最小轉速r1時a=1，當轉速為額定轉速r2時a=0；
當副導管末端溢流閥完全開啟時b=1，當溢流閥完全關閉時b=0。（或設定為0.3a+0.7b，可根據需要自行調節電機轉速與溢流閥開啟程度所佔的權重。）
當堵塞程度達到50b%以上時，發出報警信號，提示更換濾布，為保證更換濾布時不影響生產的進行，在副導管與主導管連接處設置可控閥門，當需要更換時，將閥門關閉，使空氣只流向支管。濾布採用插卡式，更換方便快捷。
另外，為縮短調試時間，延長使用壽命，降低維護成本，該秸稈膨化飼料加工中心的膨化組件還採用了自學習控制系統，自學習控制系統包括處理器模塊，與處理器模塊輸入端相連的輸入模塊、監測模塊和存儲模塊，與處理器模塊輸出端相連的執行模塊，與處理器模塊輸出端相連的顯示模塊。
處理器模塊可採用上位機，主要用於比對實際參數與運行參數庫內的參數，接收特定的控制信號，並向執行模塊發送執行處理或終止處理命令。
輸入模塊主要是指鍵盤、PDA、或秸稈膨化機一體化的觸控設備等可視化硬體，以便輸入需要設定的參數。
監測模塊主要包括設置在膨化腔內的壓力傳感器和溫度傳感器，壓力傳感器主要用於檢測絞龍內的秸稈物料與膨化內壁之間的壓力，溫度傳感器主要用於檢測膨化頭內的膨化溫度。還可在進料路徑（料鬥、膨化腔內壁）上設置多個溼度傳感器，以通過多參數匹配的方法檢測物料的實際含水量。當秸稈及秸稈膨化機的參數發生變化時能自動調節其參數，使秸稈膨化機正常運作，並是秸稈膨化的效果達到最優。
執行模塊包括膨化頭加熱單元和驅動機控制單元，執行模塊主要指被實際操控的單元，整個系統的自學習和自反饋主要通過執行模塊來表現。
存儲模塊則可採用位於上位機內的存儲介質，如硬碟、內存。存儲模塊內安裝有相互關聯匹配的秸稈參數庫和運行參數庫，資料庫可採用SQL，自學習程序的編寫則可採用MATLAB或OCTAVE。
顯示模塊可採用液晶顯示屏，或僅採用指示燈，實時顯示螺杆轉速、電源電壓和電流、秸稈膨化機產量、膨化頭溫度、膨化腔壓力、膨化腔溼度等。並將運行參數庫中的控制數據和首次執行的控制數據區別顯示，可通過顏色區分，例如原有最優運行參數表示為綠色，首次執行自學習的優化參數表示為藍色。
上述自學習控制系統的自動控制方法，包括以下步驟：
步驟1）建立相互關聯匹配的秸稈參數庫和運行參數庫，並設定標準值，秸稈參數庫包括秸稈平均含水量、平均密度、平均長度，運行參數庫包括膨化腔溫度、膨化頭壓強、螺杆轉速、膨化秸稈產量，標準值包括驅動機輸入電流；
步驟2）人工檢測秸稈參數，將所得參數與標準值比較，如果秸稈參數位於標準值內，則執行步驟3），如果秸稈參數超出或低於標準值，則執行步驟7）；
步驟3）在秸稈參數庫中查詢相匹配的值，並將該匹配值所對應的運行參數庫中的運行參數值發送至處理器模塊；若秸稈參數庫查詢值為空，則發出提示，並在該值基礎上增加或減少1~10%後繼續在秸稈參數庫查詢，直至查詢到相近的數值，建立新數據元；若運行參數庫查詢值為空，則發出提示，並在該值基礎上增加或減少1~10%後繼續在運行參數庫中查詢，直至查詢到相近的數值信息，建立新數據元；
步驟4）執行模塊接收到運行參數後，向驅動機控制單元、膨化頭加熱單元發送控制命令控制輸入電流及螺杆轉速；
步驟5）當膨化腔溫度達到運行參數所對應的數值時，顯示模塊提示準備完成；
步驟6）將秸稈送入膨化腔內，通過監測模塊實時檢測運行參數，膨化腔溫度和膨化頭壓強由於秸稈均一性的差異、隨著設備不斷使用引起的磨損，會產生一定的波動，若基礎參數時間點起20min後，膨化秸稈產量＞基礎參數，則將該運行參數發送至執行模塊，執行步驟4)，同時將變化後的運行參數儲存至運行參數庫中；若膨化秸稈產量＜基礎參數，則查找運行參數庫中當前秸稈參數所對應的最高秸稈產量所對應的運行參數，發送至執行模塊，執行步驟4)；一旦實測運行參數超出標準值的20%，則通過顯示模塊發出報警，同時執行步驟7）；
步驟7）當執行模塊接收到外源控制信號或運行參數超過或低於標準值時，執行模塊向驅動機和膨化頭加熱單元發送控制命令，停止運行。