赵祥雄^a，何予鹏^a，袁志华^a，康相涛^b
           （河南农业大学 a.机电工程学院；b.牧医工程学院，郑州 450002）

    摘 要：在治理猪牛羊和禽类等粪便对农村的环境污染并进一步利用粪便的系统工程中，需将粪便与添加剂进行混合搅拌。目前国内外生产混合机都不适用于牲畜排泄物的混合，因为牲畜粪便中纤维物较多，牛羊等粪便为团状，在混合中要求混合机的转子具有较强的剪切能力。为此，设计了QH-5 强剪切混合机，并对其设计原理、结构和技术性能等主要参数进行了理论分析和论证。
    关键词：畜物学；牲畜排泄物；设计；混合；剪切

0 引言
    我国畜牧业发展较迅速，猪牛羊等牲畜粪便对农村环境的污染日趋严重，据统计1 头牛每年可排泄近10t 的粪便。我国养殖业提供的肉产品，其中85%是广大散养户提供的，大量的牲畜粪便加重了环境污染。为了除去牲畜粪便的异味并更好地加以利用，需在牲畜粪便中加入添加剂，然后充分地混合搅拌。目前，国内外生产的混合机分：自落式混合机和强制式混合机。它们不适用于混合牲畜粪便，因为牲畜粪便中纤维物较多，粪便多为团状，有些粪便的密度、粘度、硬度较大。在混合过程中，在使物料翻滚、环流、扩散的同时，需要对物料实施较强的剪切，才能使物料和添加剂达到充分的混合。
1 工作原理
    强剪混合机主要由搅拌筒、转子、传动机构、进料口、出料口、添加剂注料杯及支架等组成。在机器工作时，添加剂通过注料杯注入，物料在转子的作用下实现环流、扩散、翻滚和对流，并受到桨叶的剪切作用，在较短的时间内使物料充分地混合。混合完成后，打开下部出料口，转子下端底桨板还有辅助排料的作用。
2 结构设计
2.1 转子
2.1.1 转子结构
    转子是混合机的重要部件，其结构直接影响混合机的功能。目前，剪切混合机有犁刀式和桨叶式混合机，每一种又分卧式和立式两类。它们的转子都有一共同点，桨叶或犁刀都直接与主轴固联，当搅拌筒直径较大时，则桨叶（或犁刀）悬臂尺寸大。为了保证桨叶（或犁刀）的刚度，必须加大它的横截面尺寸，因此直接影响混合机对物料的剪切效果。桨叶（或犁刀）横截面尺寸愈大，混合机的剪切能力就愈差。再者，由于中心轴附近的桨叶（或犁刀）圆周速度很小，在轴附近存在一混合低效区，影响混合的均匀度，使混合机效率降低。
    为了提高桨叶的剪切能力，满足粪便混合的要求，并消除混合机中的低效区，该机器的结构如图1 所示。
   
    转子主要由转轴、桨杆和桨叶组成。转轴上固联单头整片式螺旋。搅拌桨由桨杆、桨叶、刮板和底桨板组成，桨叶交错排列分布在两桨杆上，在转子转动时，搅拌桨在混合物料的同时进行螺旋输送，桨杆与筒壁间的桨叶推动物料向上运动，桨杆内则叶片与搅拌轴上螺旋叶片推动筒中心处物料向下运动，物料在筒内形成环流、翻滚、扩散运动，与此同时搅拌桨对物料实施剪切。
    由于桨叶是安装在桨杆上，与安装在主轴上的桨叶相比，桨叶悬臂长度减小，仅为原长的1/2，则结构的刚度明显提高。在保证桨叶刚度条件下，可显著减小桨叶的横截面尺寸和面积。另外，在桨叶的分布上，采用轴向两列交错排列，这样就增加了对物料的剪切几率。由于在搅拌轴上固联单头整片式螺旋，消除了桨叶式等混合机工作时的低效区现象。
2.1.2 转子的工作间隙
    转子包括搅拌轴和搅拌桨。转子与搅拌筒的工作间隙包括侧向间隙和底部侧隙。目前，多数混合机的工作间隙 δ _侧=δ _底=5～10mm。工作间隙愈小，混合效果愈好，物料残留量也越少，但是间隙值取得过小，将增加转子工作时的阻力，并加速转子和机壳的磨损， 增加功率消耗。综合各种因素， 取 δ _侧=δ _底=10mm。
    转子的外径由混合室的内径和转子的侧隙确定，外径d = D − 2δ =780mm。
2.1.3 转子转速
    为了使物料在混合过程中不产生离析，转子的线速度应受限于搅拌臂外端的最大值。强制式混合机工作时，物料的离心力应不大于其与搅拌叶片间的摩擦力，即
   
    一般混合机的转子转速为n =20～60r/min，根据物料的物理特性和配套动力，取n =44r/min。
2.2 混合室参数确定
    取料筒高度和圆筒直径之比H / D =1,混合室体积V ，则
   
2.3 配套动力的确定
    对混合机的功率计算目前还没有精确的理论公式。根据经验公式确定，即
   
    由Q =2t/h,， K =2，得N =4kW，考虑机器满负荷工作时，电动机功率应大于所需功率，因此取电动机功率为5.5kW。
2.4 生产率的确定
    生产率为

3 结束语
    与目前的桨叶式和犁刀式等剪切混合机相比较，因桨叶的中部与桨杆固联，而不是固联在转轴上，使桨叶的悬臂长度仅为原来的1/2，则在满足桨叶刚度的条件下，缩小了桨叶的横截面尺寸和面积，使桨叶的剪切效果得到明显提高。再者，由于桨叶的横截面尺寸和面积减小，所以运动阻力较小，功耗降低。
    因为在转轴上固联单头整片式螺旋，促使和加速物料的环流和扩散，消除了剪切混合机工作时的低效区（死区）现象，提高了物料混合的均匀度和混合机效率。
    QH-5 强剪混合机对于我国在牲畜粪便无公害化治理中将有较大的实用价值。

参考文献：
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