本發明涉及飼料機械技術領域，特別涉及一種雙膨化頭的膨化裝置。

背景技術：

我國農作物秸稈資源豐富，由于缺乏有效的利用手段，使大量的秸稈資源長期沒有得到合理的開發利用。隨著畜牧事業的發展，飼養牛、羊、鹿的專業戶逐年增多，對飼料的需求也在增加，尤其是在冬季青草短缺的時節。以往畜牧業對秸稈飼料通常采用青貯、氨化和發酵處理后作為牛馬等牲畜的粗飼料。這種加工處理秸稈的傳統方法雖然沿用多年至今，但是也存在著諸如時間長、占地多效率低、工藝參數難以控制及成本高等不足，有待進一步改進。近年來也有用機械將秸稈揉碎后喂養，這類飼料由于比較粗糙牲畜采食率和吸收率都比較低，導致飼料浪費多，牲畜增重慢，使推廣受限。秸稈屬于天然植物纖維，經膨化后秸稈的皮與瓤分離，形成疏松結構。現有的農作物秸稈膨化機主要用單螺桿膨化，產生的軸向力較大，長時間工作時，不僅使主軸壽命降低，還會向膨化頭反方向移動導致螺桿與外殼產生較大間隙，導致秸稈纖維膨化不完全，降低了膨化效果。鑒于以上缺陷，實有必要提供一種改進的秸稈膨化裝置以克服上述缺陷。

技術實現要素：

本發明提供了一種新型秸稈飼料膨化機構，采用分布在中間傳動鏈條兩側的雙膨化頭的膨化裝置，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，能夠將秸稈加工成松軟細微的棉絮狀飼料，使營養不受破壞，并且飼料的利用率大幅度提高。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：該雙膨化頭的膨化裝置包括設置料斗、設置在料斗內的防堵裝置、設置在料斗底部出口的膨化裝置，其技術要點是：膨化裝置包括對稱設置在料斗兩側的膨化螺旋、設置在膨化螺旋內的螺桿、設置在螺桿輸入端的驅動機、設置在螺桿上的膨化腔、分別設置在膨化螺旋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，兩側膨化腔的方向相反，膨化螺旋與膨化腔之間形成膨化腔；膨化殼體與膨化頭之間設有用于補償膨化螺旋磨損縫隙的調整裝置。

所述膨化殼體內設有與膨化螺旋上的凹槽相對應的螺旋狀的導料凸起。

本發明的有益效果：螺桿上對稱設置螺旋方向相反的膨化螺旋，有效抵消膨化過程中產生的軸向不平衡力，提高了主軸的壽命。同時，調整裝置安裝在膨化頭和殼體之間，對膨化螺旋的磨損間隙加以補償，不但降低了維護成本，而且縮減了停機時間，間接提高了生產效率。加工出的飼料松軟精細，牲畜愛吃，采食率達到100%。

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是本發明泄壓組件的結構示意圖；

圖6是本發明泄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料斗、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螺桿、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料斗、25螺桿、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泄壓組件、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斗20、設置在料斗內的防堵裝置23、設置在料斗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包括水平設置在料斗內的撥料軸（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斗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桿25、通過傳動鏈條18與螺桿25的輸入端銜接的驅動機15、設置在螺桿上的膨化螺旋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，料斗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、擠壓后，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，隨后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，降低由于秸稈硬結等物理屬性對膨化裝置的磨損，經二次細鍘壓后的細碎秸稈落料斗，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、糖化并膨松成海綿狀，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，膨化后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，包裝后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質量，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。密封罩設置于膨化機（圖中未示出）的秸稈入料口，并作密封處理，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，副導管內設有泄壓組件38，主導管排氣口40和副導管排氣口42通入濾液容器41中。泄壓組件包括溢流閥，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）后的秸稈段，密封罩整體采用上大下小的漏斗狀結構，由于秸稈本身為疏松多孔結構，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制成長條形結構，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。但如果采用該方案不得不將密封罩做的很長，并不利于整機的配制。還可增加壓實裝置，但會明顯增加制造與維護成本。而采用漏斗結構后，漏斗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，漏斗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，由于粉塵單體重量輕，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。粉塵通濾網后，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，經過二次過濾的潔凈氣體排放到大氣中。

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，并實現卸荷，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，并最終通過排氣口42通入濾液中。

一方面，副導管37可采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泄壓組件，同時在驅動機上設置用于控制電機輸出功率的驅動電路，在泄壓組件和驅動電路之間建立負反饋回路。具體而言，泄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，一方面可采用由繼電器控制的若干并聯的電阻，當氣壓為一標準大氣壓時，并聯電阻全部接入。另一方面則可采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于一標準大氣壓（為達到該目的，將副導管的內徑設為小于主導管內徑，由此可保證在渦流風機輸出風量相同的情況下完全采用副導管時的氣壓大于完全采用主導管的氣壓），則此時通過控制驅動機轉速以降低主導管的壓力。

此外，由于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占的權重。）

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。濾布采用插卡式，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采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。

處理器模塊可采用上位機，主要用于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，并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件，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，壓力傳感器主要用于檢測絞龍內的秸稈物料與膨化內壁之間的壓力，溫度傳感器主要用于檢測膨化頭內的膨化溫度。還可在進料路徑（料斗、膨化腔內壁）上設置多個濕度傳感器，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，并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。

存儲模塊則可采用位于上位機內的存儲介質，如硬盤、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，數據庫可采用SQL，自學習程序的編寫則可采用MATLAB或OCTAVE。

顯示模塊可采用液晶顯示屏，或僅采用指示燈，實時顯示螺桿轉速、電源電壓和電流、秸稈膨化機產量、膨化頭溫度、膨化腔壓力、膨化腔濕度等。并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，并設定標準值，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、螺桿轉速、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，如果秸稈參數位于標準值內，則執行步驟3），如果秸稈參數超出或低于標準值，則執行步驟7）；

步驟3）在秸稈參數庫中查詢相匹配的值，并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，并在該值基礎上增加或減少1~10%后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，并在該值基礎上增加或減少1~10%后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后，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桿轉速；

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于秸稈均一性的差異、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后，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)，同時將變化后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于標準值時，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。