颗粒饲料力学特性试验与含粉率自动测定装置设计

摘要

随着我国养殖业的蓬勃发展，饲料产品需求量日益增大，同时也对饲料质量提出了更高的要求。颗粒饲料作为饲料主要产品，含粉率是重要的加工质量指标之一。颗粒饲料由于加工条件的变化，以及储存、运输过程中受外界挤压、碰撞、颗粒之间摩擦等原因，导致颗粒饲料破碎使其含粉率增加。目前，测定颗粒饲料含粉率仍然采用人工筛分后进行称重的方法，通过计算获得颗粒饲料含粉率。为了探讨颗粒饲料破碎特性，本文采集市场上常见的15种不同规格的畜、禽、水产三大类颗粒饲料，采用质构仪(TMS-Pro)分别对单个颗粒饲料进行轴向压缩、径向压缩、剪切试验;采用电子万能材料试验机(RGN-6010)对颗粒群进行了压缩力学特性试验。设计加工完成一台颗粒饲料含粉率自动测定装置，实现颗粒饲料含粉率的自动测定。主要研究内容和结果如下:
　　(1)分别探究了颗粒饲料含水率和长径比在轴向压缩，径向压缩和剪切三种测试方式下对颗粒饲料极限强度的影响。在三种测试方式下，轴向压缩极限抗压强度最大，径向压缩极限抗张强度和剪切极限抗剪强度相当。其中，猪颗粒饲料极限抗压强度介于0.56～4.34Mpa之间，极限抗张强度介于0.25～1.40Mpa之间，极限抗剪强度介于0.25～1.44Mpa之间;禽颗粒饲料极限抗压强度介于0.70～6.24Mpa之间，极限抗张强度介于0.37～1.99Mpa之间，极限抗剪强度介于0.18～2.43Mpa之间;水产颗粒饲料极限抗压强度介于1.66～7.68Mpa之间，极限抗张强度介于0.64～1.99Mpa之间，极限抗剪强度介于0.45～3.11Mpa之间;并通过数据分析可知，长径比对强度影响不显著，含水率对强度影响显著且存在临界湿度范围即能够满足强度要求又有好的成型效果。另外，对三种颗粒饲料极限强度分布进行分析发现，三种颗粒饲料在三种测试方式下的极限强度均服从正态分布。其中，猪颗粒饲料极限抗压强度正态分布的位置参数μ=1.69，形状参数σ=0.93，极限抗张强度正态分布的位置参数μ=0.54，形状参数σ=0.18，极限抗剪强度正态分布的位置参数μ=0.69，形状参数σ=0.28;禽颗粒饲料极限抗压强度正态分布的位置参数μ=2.58，形状参数σ=1.13，极限抗张强度正态分布的位置参数μ=0.89，形状参数σ=0.33，极限抗剪强度正态分布的位置参数μ=0.91，形状参数σ=0.44;水产颗粒饲料极限抗压强度正态分布的位置参数μ=3.36，形状参数σ=0.98，极限抗张强度正态分布的位置参数μ=1.04，形状参数σ=0.28，极限抗剪强度正态分布的位置参数μ=1.06，形状参数σ=0.40，说明猪颗粒饲料品质一致性较好。
　　(2)对粒子群进行力学特性试验，探究在轴向压缩条件下，目标载荷和保压时间对颗粒饲料含粉率的影响。采用中心复合试验设计(CCD，Central Composite Design)方案安排试验，数据处理。含粉率与载荷和保压时间之间的拟合关系均为线性关系，对3D响应曲面分析可知，目标载荷和保压时间对含粉率均有影响且载荷影响较大，当目标载荷增加400N时，含粉率增加90％以上，当目标载荷达到2000N时，含粉率已超过4％。
　　(3)设计加工完成了一台含粉率自动测定装置，该装置主要有传动系统、筛分装置、称重装置、检测系统组成。阐述了该装置的工作原理，进行了总体结构设计和关键零部件设计，开发了基于PLC读取称重传感器串口数据、含粉率计算显示、数据保存等功能的检测系统。对该装置测试精度进行了试验，称重传感器称重精度相对误差在±4.0％以内，含粉率检测精度平均相对误差小于9.0％。
　　在现有的条件下，通过对颗粒饲料进行力学特性试验，定性的分析了影响颗粒饲料强度和含粉率增高的关键因素，为颗粒饲料的生产工艺，生产设备以及储存运输提供参考。并设计了一台颗粒饲料含粉率自动测定装置，该装置能够快速准确检测出含粉率，满足现代饲料企业对自动化智能化发展的需求。

目录

声明

摘要

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 颗粒物料力学特性的研究

1．2．2 颗粒饲料含粉率检测方法

1．2．3 物料筛分装置的研究

1．2．4 PLC控制系统的应用

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 本章小节

2 单颗粒饲料力学特性试验

2．1 样品采集与制备

2．1．1 颗粒饲料样品采集

2．1．2 颗粒饲料试验样品制备

2．2 仪器与方法

2．2．1 试验仪器

2．2．2 试验方法

2．3 结果与分析

2．3．1 颗粒饲料压缩和剪切过程分析

2．3．2 颗粒饲料极限强度数据结果统计与分析

2．4 本章小结

3 粒子群颗粒饲料力学特性试验

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验方法

3．2 结果与分析

3．2．1 响应值数据结果统计分析

3．2．2 模型与方差分析

3．2．3 响应面图形分析

3．3 本章小结

4 颗粒饲料含粉率自动测定装置设计

4．1 含粉率自动测定装置总体结构设计

4．1．1 测定装置整体结构及工作原理

4．1．2 测定装置关键零部件设计

4．2 含粉率自动测定装置检测系统设计

4．2．1 检测系统总体方案设计及工作流程

4．2．2 元器件的选型及电路连接

4．2．3 程序设计

4．3 含粉率自动测定装置性能实验

4．3．1 称重精度实验

4．3．2 含粉率检测精度实验

4．4 本章小结

5．1 主要研究结果

5．2 主要存在的问题

5．3 下一步研究展望

参考文献

附录

致谢