■王進紅 王忠文 劉定煒 羅 斌 周玉姣

（江西省農業(yè)機械研究所，江西南昌 330044）

混合是飼料添加劑生產的關鍵工序之一，混合均勻度是反映加工質量的重要指標，是加工工藝中的重要檢測項目。隨著我國飼料工業(yè)的發(fā)展，生產企業(yè)越來越重視產品的質量和企業(yè)的生產效率，加大投入引進先進的生產工藝和設備[1]。添加劑混合設備從錐形混合機到腰鼓形混合機到V形混合機，產品質量得到不斷的提高，對強化基礎飼料營養(yǎng)價值，提高動物生產性能，保證動物健康，節(jié)省飼料成本，改善畜產品品質等方面有明顯的效果。文中通過Pro/E仿真技術分析三維運動混合機的運動特性及與V形混合機的對比實驗，表明三維運動混合機利用空間特殊的六桿機構學中的“三度擺動原理”，實現(xiàn)了三維空間運動方式，使混合運動成為平移、轉動和翻轉三種運動的疊加，使混合時間大大縮短，均勻度大幅提高，且不受混合時間的影響，是一種高效率、高精度的混合設備，適合于飼料添加劑的生產，對我國飼料工業(yè)的發(fā)展具有促進作用。

1 三維運動混合機的結構和混合原理

三維運動混合機結構簡圖如圖1所示。由傳動機構和空間六桿機構組成：機架、主動軸、主動撥叉、料筒、從動撥叉、從動軸。主動軸與從動軸互相平行，其與相鄰轉動副的軸線則相互正交，當主動軸以等速回轉時，從動軸則變速反方向旋轉，從而使筒體同時具有平移、自旋和翻轉運動，以迫使筒體內的物料受到連續(xù)的交替脈動作用而產生沿簡體環(huán)向、徑向和軸向的三向流轉，使被混物料交替地處于凝聚和擴散運動中，達到高效的混合效果。

2 三維運動混合機的仿真分析

2.1 Pro/E機構模型

運用Pro/E建立三維運動混合機（容積200 L）空間六桿機構的運動仿真模型如圖2。機構的Pro/E模型連接特征如表1。料筒三維運動模擬如圖3。

圖1 三維混合機結構

表1 Pro/E模型連接特征

圖2 三維運動混合機運動仿真模型

圖3 料筒三維運動模擬

2.2 運動仿真分析

進入Pro/E軟件的應用程序中的機構分析，為了研究料筒的運動，在料筒幾何中心線上取對稱a（被動端）、b（主動端）點作為分析點，設置主動軸的轉速為16 r/min，則主動軸旋轉周期為3.5 s。

分析測量a、b點在X、Y、Z方向的位移如圖4。從圖4可看出a、b點均作空間三維運動，在X、Y軸上位移的方向相反，Z軸方向相同，Y軸的位移最大，X軸位移最小。主動軸旋轉一周，料筒作二次周期運動。分析測量a、b點在X、Y、Z方向的速度如圖5。從圖5可看出，a、b點始終作變速運動，且運動方向相反。分析a、b點的位移和速度可知筒體的幾何中心線在三維空間周期性地變速改變其位置，而筒體在空間的任何位置上始終繞其回轉中心線周期性變速旋轉。正是由于三維運動混合機結構具有這種復雜的空間運動特性，致使容器中的物料在混合中拋落顛倒、平移翻轉和交替脈動，在三維空間進行對流、擴散，使物料在無離心力下進行混合，解決了物料比重差異形成的偏析和積聚湍流等現(xiàn)象，因此它的效率和混合質量比其他回轉型混合機都要高[2]。

圖4 a、b點在X、Y、Z方向的位移

圖5 a、b點在X、Y、Z方向的速度

3 三維運動混合機與V形混合機的對比實驗

3.1 混合對比實驗一[3-4]

實驗裝置為三維混合機XPDl（容積0.96 L）、XPD2（容積50 L）與V型混合機（50 L）。

第一組被混合物料為α-Al203和NaCl。其重量比為α-Al203含量95%，NaCl含量5%。

混合物粒度：α-A1203為9 μm，NaCl為200目標準篩下?；旌衔锪隙驯戎兀害?Al203為1.16 g/cm3，NaCl為0.54 g/cm3。分析方法采用原子吸收光譜法。

第二組被混物料為高純度低鈉Al203和小米，其重量比為Al203含量95%，小米含量5%?；旌衔锪隙驯戎兀篈l203為 1.169 g/cm3，小米為 0.849 g/cm3。分析方法為物理方法。

實驗結果見表2。三維運動混合機在裝填系數(shù)為72%和12.5%的情況下均能在較短的時間內達到較高的混合均勻度。而且隨著時間的增加，其混合均勻度越好，不會出現(xiàn)離析的現(xiàn)象，對于比重、比例和粒徑相差較大的物料，也可迅速達到混合均勻狀態(tài),而對于V形混合機，達到理想混合狀態(tài)時間較長，而且隨著時間的增長，混合狀態(tài)不穩(wěn)定，出現(xiàn)明顯的離析狀態(tài)，混合時間點難以掌握[5]。

表2 對比實驗一，混合均勻度（%）

3.2 混合對比實驗二[6]

實驗裝置為三維運動混合機（1 L）、V形混合機（0.8 L），實驗采用食鹽和硅粉作為實驗物料,混合物粒度：食鹽約為0.62 mm,硅粉為0.25 mm。運用質量組成法分析，混合機的混合變異系數(shù)ν與時間的關系如圖6。

圖6 變異系數(shù)ν與時間的關系

從圖6可看出，三維運動混合機的ν隨時間的減少較快，隨著時間的延長趨于穩(wěn)定。V形混合機ν隨時間的減少較三維混合機慢得多。

3.3 混合對比實驗三

實驗裝置為三維運動混合機（50 L）、V形混合機(100 L)。實驗采用甲基紫示蹤法。按GB/T 5918-2008規(guī)定進行。分析純(Q/YSQN51-91)經研磨,全部通過150目標準銅絲網篩。物料為玉米粉(2 mm篩孔)。

實驗結果見表3，數(shù)據(jù)表明三維運動混合機用玉米粉作混合物實驗結果與前面實驗有相同的結論，三維運動混合機依然具有高效穩(wěn)定的特性，同時，由于料筒形狀簡單、外形流暢，物料殘留率比其它混合機要低，清理也方便，能較好的滿足飼料添加劑的生產要求。

表3 對比試驗三，混合均勻度（%）

4 結語

①三維運動混合機具有復雜的空間運動特性，物料在三維空間進行對流、擴散，在無離心力下進行混合，解決了物料比重差異形成的偏析和積聚湍流等現(xiàn)象，混合均勻度可達97%以上。

② 三維運動混合機裝填系數(shù)范圍大（10%～80%），殘留量小、混合時間短。混合時間延長能保持較高的混合均勻精度。因此，三維運動混合機是一種高效、高精度的混合設備，極其適合飼料添加劑的生產，具有廣泛的應用前景。