農業類顆粒體物料蓬松機構設計與試驗*

劉健，張園，劉璨，韋麗嬌，郭昌進，劉智強

(1. 廣東海洋大學，廣東湛江，524091； 2. 中國熱帶農業科學院農業機械研究所，廣東湛江，524091；3. 農業農村部熱帶作物農業裝備重點實驗室，廣東湛江，524091)

0 引言

類顆粒體農業物料是指具有顆粒體特性的、在養殖、種植及其作物生長過程中涉及的各種有機物，類顆粒體物料的存在狀態一般是粉末狀、微型顆粒體、球形、橢球形、扁圓形等。其在農業領域中的表現形式可大致概括為土壤顆粒、作物種子、固態肥料、霧化滴狀農藥、水果果實等。在農產品加工中，類顆粒體形態的農業物料通常會因為低溫、潮濕、密閉、陰暗等環境的影響而粘結成團或塊狀，有些物料甚至有很強的吸水粘附性[1-2]，極易形成巨型塊體，這種形態下的物料不能直接使用，同樣也不方便貯存運輸或是下一道加工工序。因此，急需設計一種能夠產生合格粒度的蓬松機構。

方梅等[3]以秸稈為研究對象，建立動力學模型，基于盤刀式鍘草機對農業物料粉碎過程的運動規律進行了試驗，為機構的設計奠定了理論基礎；曹麗英等[4]通過數值模擬對粉碎機的分離裝置進行仿真試驗，得到了顆粒農業物料在分離裝置內的運動狀態，這對于后續類顆粒體農業物料與分離機構的接觸分析有了理論參考；英國皇家學會會刊[5]中指出，將可粉碎顆粒連續體理想化，即不規則顆粒類球體化，應用于沙粒顆粒中可探索其斷裂力學特性，如此便給很多非球體農業物料的研究提供了新思路；徐云峰針對傳統的錘片式顆粒物料粉碎機功耗大、效率低、以及噪聲大等缺點，基于黃瓜秸稈物料提出了經預先切割到破碎再粉碎的多級蓬松機構設計理念，雖然效果理想，但機構復雜，不能實現機械一體化操作。

目前國內外對于農業類顆粒體物料的蓬松機械研究多集中在如何提高類顆粒體在分級破碎機械中的工作效率和作業質量，無法滿足當今機械自動化時代結構簡單化、作業一體化的要求。為緩解農業類顆粒體物料粘結造成的后續加工難問題，本文設計了一種操作簡便、安全高效的農業類顆粒體物料蓬松裝置，采用仿真設計和試驗驗證的方式以了解農業類顆粒體物料加工領域蓬松化共性技術理論，并對試制樣機進行了室內試驗工作，以期為農業類顆粒體的蓬松技術提供新的思路。

1 總體結構與工作原理

本次設計的思路是在一個機構中即可實現塊狀農業物料從初級到最終達到蓬松狀態的目的，粘結物料可在一個密閉空間中持續作業，直至蓬松狀態良好，再依據實際需求釋放合適粒徑物料。該機構的工作主要滿足以下3個方面的要求：一是能適用于多種顆粒體農業物料的破碎與蓬松；二是能適應工廠、農戶等實際生產環境；三是能大大降低人工勞動強度，實現機械一體化，裝備安全可靠。

1.1 總體結構設計及工作原理

農業類顆粒體蓬松機構主要由驅動電機、傳動帶輪、操作面板、側板(粉體隔絕板)、螺旋葉片、物料桶和支撐架組成，如圖1所示。物料桶由4根高強度的支架所支撐，桶中心處置有一根主軸，可使螺旋葉片同步轉動，側面設置有30 cm高的側板用于隔絕大部分粉塵顆粒，短型支架上設置一塊操縱板，除啟停外還有一個保險按鈕，以保證整機安全工作，操縱板下部懸掛一個電機，驅動機構持續作業。

(a) 總體結構圖

工作原理：接上電源，在操縱面板上按下啟動電源，電機開始工作，通過鍵軸帶動電機端帶輪轉動，再由皮帶傳動，此時螺旋葉片開始同步旋轉。將塊狀顆粒體農業物料倒入料桶中，體積大的物料將經過上層葉片進行初級破碎成小塊掉落，螺旋葉片為反螺旋旋轉，即自底部向頂部螺旋旋轉。由于錐形料桶的設計，摩擦力大大減小，向下的分力增大，未加工物料不會滯留在桶中上部。與螺旋葉片不斷接觸的過程中，物料的運動是自底部向上迫動，如此往復，團狀或塊狀的顆粒體農業物料受到巨大的剪切應力將變得蓬松，恢復為顆粒體形態，被打碎成粉末或顆粒狀的物料將沉積于可調排料口排出，剩余的塊體物料則將繼續掉落粉碎，直至完成作業。

1.2 主要技術參數

顆粒體農業物料蓬松機構的主要參數如表1所示。

表1 整機主要參數Tab. 1 Main parameters of the whole machine

2 主要部件結構設計

該蓬松機構主要由物料桶、電機、操縱面板和螺旋葉片等關鍵部件組成，為使其在實際生產中高效、穩定地運行，需要對機構主要的部件進行參數設置及試驗校核。

2.1 物料桶容積計算

物料桶承載著整個類顆粒體蓬松工作的區域，其容積決定了單次工作量以及工作效率問題，因此，本次設計利用以下公式計算物料桶的容積。

圖2 物料桶部分參數示意圖

(1)

(2)

h2=H-h1

(3)

V=V1+V2

(4)

式中：V——物料桶容積，mm3；

H——物料桶高度，本次取800 mm；

h1——柱體高度，本次取500 mm；

h2——圓臺體高度，mm；

r1——上底半徑，本次取350 mm；

r2——下底半徑，本次取120 mm；

v1——柱體體積，mm3；

v2——圓臺體積，mm3。

根據設定參數由式(1)～式(4)可計算出物料桶的容積V=(1.92+0.56)×108=2.48×108mm3。

2.2 螺旋葉片參數設計

置于物料桶中的螺旋葉片是本文設計的農業類顆粒體蓬松機構的核心部件，主要承擔著大塊體物料的初級破碎、攪動打散以及最終蓬松的任務。由于粘結成塊的顆粒體農業物料形狀體積大小不一，同時要將它們破碎成同一粒徑標準，采用反螺旋旋轉的葉片能夠提供較大的擠壓和剪切應力，也能兼顧占用體積小、不影響蓬松物料的流動等特點。葉片參數設計的基本原則是在保證機構穩定工作的前提下實現最佳的作業質量[6]，即蓬松率最高。

(a) 螺旋葉片縱截面參數 (b) 螺旋葉片整體參數

2.2.1 單個螺距螺旋線長

螺旋葉片的厚度及螺旋主軸等參數決定了作業強度，直接影響機構作業效率。相關參數可在單個螺旋線長已知的情況下計算得知，其計算方法是將纏繞螺旋主軸的螺旋線近似為一個直角三角形[7]，如圖3(a)所示，兩直角邊分別為螺距s和主軸橫截面周長，斜邊則是螺距s形成的螺旋線l和L，螺旋線長與葉片內外徑關系如圖3(b)所示。本次設計利用式(5)～式(6)對葉片外徑相關參數進行計算。

(5)

(6)

式中：l——內徑螺旋線長，mm；

L——外徑螺旋線長，mm。

依據式(5)～式(6)設定的葉片外徑D=350 mm，內徑d=95 mm，單個螺距s=280 mm，計算可得l=409 mm，L=1 134 mm，則葉片寬度c=(D-d)/2=127.5 mm。

2.2.2 螺旋葉片主軸

螺旋葉片主軸有帶式螺旋軸和軸式螺旋軸[8]，帶式螺旋軸由于核心無軸，強度無法支撐長時間作業，故本次設計采用軸式螺旋軸。螺旋主軸的設計思路是將其與螺旋葉片無縫焊接在一起，減少了二次粘連的同時，還可使塊體物料與葉片工作區域充分接觸，因此主軸直徑和葉片內徑在數值上保持一致。作業時不僅受到扭轉載荷還受到少量的彎曲載荷，因此需要對其進行強度和剛度計算。

如圖4所示，根據強度條件，空心螺旋軸最大切應力計算如式(7)～式(10)所示。

(7)

(8)

(9)

(10)

式中：T——傳遞的扭矩，N·m；

wp——抗扭截面系數，mm3；

d1——空心軸內徑，mm；

d2——空心軸外徑，mm。

代入數據可得τmax=48.3 MPa。

(a) 主軸縱向截面圖 (b) 主軸法向截面圖

根據剛度條件，最大撓度計算如式(11)～式(13)所示。

(11)

(12)

q=qt+qd

(13)

式中：q——軸的均布載荷集度，kN/m；

qt——縱截面的載荷集度，kN/m；

qd——橫截面的載荷集度，kN/m；

t——軸兩端距離，mm；

E——彈性模量，E=2.06×105MPa；

Ip——截面慣矩，mm4。

代入數據可得Ymax=2.60 mm。

2.2.3 葉片厚度

螺旋葉片對機構的抗彎能力影響很小，可以近似忽略，但是它的質量會影響主軸的撓度[9]，故葉片厚度設計要合理，不宜太厚。考慮到剛度條件并且兼顧效率問題，本次設計對葉片厚度“徑心外緣漸薄化”處理，即靠近主軸端因受較大載荷且要支撐葉片旋轉故采取加厚措施，參照物料桶的高度H=800 mm，螺距s=280 mm，葉片數量設置為3個，因此軸端厚度取k1=20 mm。外緣厚度則是要參照最大工作剪切應力τmax以及葉片外徑與物料桶直徑的尺寸關系，小尺寸容積機構設計時，其外緣厚度一般不超過軸端的一半，故本次設計外緣厚度取k2=10 mm以滿足工作要求。

2.3 整機減震設計

葉片是依靠螺旋主軸工作的，所以必須保證主軸的可靠性。首先是考慮到機構自身重量對于電機功耗的影響，螺旋體材料選擇高強度的碳鋼，結構上充分利用空心降耗的優勢與葉片焊接在一起；其次，主軸需要固定點以支撐它的旋轉，水東莉[10]在挖坑機的減震設計中提到，核心部件會隨著驅動電機的工作而震動并把這種震動傳遞到機體其他部位，這種“消極震動”不利于生產作業，若采用一個穩定的結構就能有效地減弱這種震動傳遞。利用這個思路，本次設計中只需在料桶中上部設計了一個“三角支撐”型徑向柱以獲得較好的穩定性，如圖5所示，同時皮帶傳輸導致的震動也能通過主軸分散到整個機身，達到“自身減震”[11]的效果。

圖5 主軸固定示意圖

2.4 操縱面板設計

為進一步降低農戶或企業人工操作機械的上手難度，該機構采用的是一鍵啟動和一鍵停止按鈕的設計，并且配合一塊可有效阻擋粉塵顆粒的側板共同組合成一個可操作性強、簡潔實用的操縱面板。在實際生產中，時常有體積不明的來料，為了提高效率一般不做專門區分工序，因此前人所研制的破碎機、粉碎機會遇到葉片“卡刀”的情況，若是任由其多次發生則極易導致電機燒壞[12]。本文在設計中加入了保險按鈕，即當檢測到卡刀，電流會瞬間變大，從而觸發熱繼電器[13]，瞬時切斷電源，達到保護電機的目的。

2.5 電機調速及功耗計算

三相異步交流電機是一種能將電能轉化為機械能的電力拖動裝置，因其具有結構簡單、運行可靠、成本低廉、運行效率高等優點而被廣泛應用于農業機械中[14]。該機構的設計選用的是額定功率為3.0 kW、額定電壓為220 V的三相異步電機。

三相異步電機有多種調速方式，如串電阻調速、串級調速、定子調壓調速、變頻調速等。其中，變頻調速的原理是依據電機轉速與電源頻率成正比的關系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。由于變頻調速效率高、調速范圍廣、能實現平滑調速以及過程中無附加損耗，是當前應用最廣、效果最理想的調速方式[15]。

由于自身“徑向柱”結構的設計可以起到減少震動的效果，一定程度上降低了能耗。核心部件螺旋葉片的轉速是由電機進行調速調節的，為體現機構工作效率程度，本文從機構主要功率輸出——電機進行了功耗的計算。其基本思路是功耗的分配、測定及公式計算。

1) 電機接入家庭(或工業)電源后其輸出功率走向是絕大部分用于帶動與主軸焊接在一起的螺旋葉片轉動，小部分用于電機和皮帶傳動自身發熱，只有極小部分是震動和摩擦損耗。工作功耗作為主要計算部分，發熱損耗不可直接忽視，但由于不好直接測定本文用電機95%的效率記入，而震動和摩擦的損耗很小，可忽略不計。

2) 電機所輸出的電功率通過電能表來進行測定，具體方法如下：實時連接的電能表顯示每轉過4 500 r，所耗電能為1 kW·h，換算成能量計算單位為3 600 kJ，電機起動后開始計時，測定時間節點為15 min。測試時間段內記下電能表轉盤數據，并將最終所得功耗乘上電機效率，用三相電源提供的功率減去作業功率即得電機功耗。

(14)

P2=U·I

(15)

P=P2-P1

(16)

式中：P1——電機作業功率，w；

P2——輸出總功率，w；

P——機構功耗，w；

n——電機轉速，r/min；

η——電機輸出效率。

通過式(14)～式(16)計算可得該測試時間段電機功耗為8.44 kW。

3 螺旋葉片的建模與分析

顆粒體農業物料蓬松機構工作與否以及可靠性都是由料桶內最為關鍵的工作部件——螺旋葉片來決定的，如圖6所示，因此，分析它的力學參數是必要的。SolidWorks是一套基于Windows的桌面集成系統，是一款能夠實現機械三維圖繪制的軟件[16]，它能從仿真的角度校核可靠性，本文采用其中的simulation插件來輔助應力分析。

圖6 螺旋葉片示意圖

3.1 顆粒體運動規律

類顆粒體農業物料在進入到機構物料桶內時，首先會由其自身重力作用掉落并與葉片以及桶內壁發生擠壓作用，待電機啟動后，葉片開始反螺旋轉動，農業物料發生迫動響應，在此過程中受到重力、摩擦力、擠壓應力、剪切應力和軸向力等作用，使得塊體破碎直至整體蓬松[17]。

物料塊進入到機構內會因為螺旋葉片的轉動而形成層流模型，而蓬松后的顆粒物料則由于較大的屈服應力處于懸浮狀態，除了一些不規則塊體顆粒掉落底部，其余物料將不會出現明顯的沉降現象。基于此規律，待蓬松物料進一步加大受剪幾率，從而提高蓬松率。為進一步明晰顆粒物料塊的運動規律，從宏觀角度上可以將整個蓬松過程待加工物料和已加工物料大致劃分為3個區域，即受剪流動區、非剪切流動區以及懸浮區。處在螺旋葉片邊緣與料桶內壁之間的區域屬受剪流動區，處在葉片之間且隨葉片呈螺旋上升運動屬非剪切流動區，而已被蓬松的顆粒物料則是受體積影響先掉落到底部，后隨葉片上升運動，最終受氣流壓力作用下小粒徑物料懸浮于葉片上空，這塊區域為懸浮區。

顆粒物料蓬松過程如圖7所示，通過非剪切流動區與受剪流動區的相互作用，導致懸浮區物料的不斷更新，最終使所有物料都被蓬松化。

圖7 顆粒物料蓬松過程示意圖

3.2 物料體積和葉片轉速對蓬松率影響

在探明顆粒物料進入機構內的運動規律后，本文設定了幾個影響蓬松率的關鍵因素：顆粒間的運動摩擦阻力、料桶內壁面的摩擦阻力、物料體積以及葉片轉速。顆粒間的運動摩擦阻力雖然一定程度上有影響，但是從機構的其他部分要素來說，基本可以忽略不計。料桶內壁其實某種程度上說，它自身所帶有的摩擦力是有利于塊體顆粒化的，但是在蓬松化作業時其作用并不凸顯，故亦做忽略處理。

物料體積直接影響著工作時間以及可能會發生的“卡刀”現象，而葉片轉速則是直接影響著工作效率以及蓬松效果，故應探討這兩個因素對蓬松率的影響。理論上，物料體積越大，機構越難將其顆粒化，所耗費的時間也越長，最終的蓬松率也略有降低，同樣的，葉片作為機構核心工作部件，其轉速也直接影響作業效果，轉速越高，一定程度上物料受到的剪切力就越大，作業時間相應縮短，最終呈現的蓬松率也顯著提高。為證明這一觀點，通過控制轉速和體積兩個變量進行多因素驗證試驗，其中實測6組數據制成曲線圖如圖8所示。

圖8 體積和轉速對蓬松率的影響關系曲線

從圖8可知，塊體物料的體積大小和葉片轉速對于蓬松率直接相關。通過試驗數據分析并取平均值發現，機構轉速x與物料顆粒體積X兩大影響因素均大致呈拋物線走向，其擬合公式如式(17)～式(18)所示。

(17)

(18)

如圖8所示曲線趨勢，塊體物料體積越大，實際顯示效果越差，反之則越好。另外，葉片轉速也同樣直接影響著物料的蓬松率，一般情況下轉速越大效果越顯著，而本次試驗則發現，轉速上升到一定值時不僅容易卡刀，電機發熱也快，并且蓬松率并無顯著提高。

3.3 應力分析

在進行應力分析前，首先要確定其制備加工材料。為保證葉片具有足夠的強度、剛度、耐腐蝕、長壽命等性能，同時考慮到加工的難易程度、性價比高等特點，葉片的材料一般選用鋁合金、不銹鋼以及碳纖維增強復合材料等制造。目前由于不銹鋼具有耐腐蝕、耐高溫、耐酸性介質和抗高溫氧化等優點[18]，已經螺旋葉片設計的主流材料。本研究采用304不銹鋼材料加工制作葉片，主要性能參數如表2所示。

表2 不銹鋼性能參數Tab. 2 Stainless steel performance parameters

其次是在simulation插件中先創建一個新算例，然后添加夾具，由于在實際機構設計中，螺旋葉片是跟隨心軸同步轉動的，則夾具添加至內徑表面以固定旋轉。然后是添加載荷階段，為校核葉片表面的抗彎能力，其原理是應用最大法向應力值以模擬農業物料在進入到桶內所產生的力，得到葉片的應變以及屈服強度[19]。為了真實模擬以及方便計算這里選擇300 N作為其模擬載荷，如圖9所示。

圖9 給葉片添加載荷

在輸入模擬數值后就能開始生成網格，在劃分網格之前，首先要了解有限單元的類型[20]，在SolidWorks中，共有5種單元類型：一階三角形殼單元、實體四面體單元；二階三角形單元、橫梁單元和實體四面體單元。對于解決葉片這類實體結構的分析問題，應該選擇實體單元，而一階單元網格屬品質粗糙，僅用于判斷力與反作用力等，本文選擇的是二階高品質單元，網格化后模型如圖10所示。

圖10 生成網格

3.4 仿真結果分析

在先前設置的基礎參數的情況下，即可運行算例，得到Von Mises應力圖像，如圖11所示。

圖11 法向應力分布圖

結合上述仿真數值及應力分布圖可以得知，法向應力的最小值為1.429×105，最大值為1.762×108。Von Mises應力是基于剪切應變能的一種等效效應力[21]，該應力計算遵循第四強度理論，依據式(19)計算屈服應力。

(19)

其中?1,?2,?3分別指第一、二、三主應力，而應力去除時能產生永久變形的最小應力值就稱為屈服應力[22]。從運算結果可以看出，葉片的屈服應力是2.068×108，而最大應力是1.762×108，小于屈服力，說明葉片無論是在材料的選擇上還是結構的設計上，都是安全可靠的。另外，由于靠近主軸部分應力較大，因而在葉片厚度設計方面應當設置為“內厚外薄”才較為合理。

4 試驗驗證

顆粒蓬松率是檢驗蓬松機構的重要指標，利用本文所設計的蓬松機構樣機對實際塊體農業物料進行試驗研究，同時與企業現行加工裝備效果進行比對，以驗證該機構的實用性。

4.1 試驗條件

對于農業物料，尤其是飼料領域的蓬松有實際需求，因此，本試驗選取廣東省湛江市飼料生產部作為試驗場地。2021年6月針對塊體硫酸銨進行樣機試驗。試驗對象為每包凈重25 kg的硫酸銨顆粒，分別在三種電機轉速下工作并計時，最后人工抽取經蓬松后的顆粒驗證其粒度占比。

4.2 試驗方法

本次試驗依據GB/T 16765[23]分級取樣方法對粒度小于1.4 mm質量進行百分比抽樣檢測的方法，并根據GB/T 6971—2007[24]飼料粉碎試驗方法、GB/T 12729.4—2008[25]磨碎細度的測定(手篩法)，對飼料蓬松率進行測定。

4.3 試驗結果

在室內環境下，通過調節三檔電機轉速和兩種重量大小硫酸銨對試制樣機進行試驗，每次試驗均計時進行。機構的工作效率計算如式(20)所示。

(20)

式中：η——工作效率；

V——物料桶容積，mm3；

ε——物料填充系數，一般取85%；

r——單次工作量，kg/m3；

∑t——單次工作耗時，min。

試驗結束后整理計算結果記下，并將每次試驗計算所得效率取算術平均值作為機構的最終平均工作效率。

同一轉速下選取不同質量規格的兩種飼料計時試驗，完成后進行清理并調節不同轉速作業，每次試驗工作結束都進行采樣，各稱取3份重量為500 g的樣品，這樣每個轉速都對應6份樣品。將稱取好的樣品貼上對應標簽以免混淆，然后分別倒入自制篩分器具中，篩分器是由兩級篩孔(分別為2.8 mm和1.4 mm)和敞口容器組成，充分手動過篩后記錄數據，蓬松率計算如式(21)所示。

(21)

式中：m2——樣品經二級篩分后的質量，kg；

m1——樣品初始質量，kg。

多次試驗結束后，將測得的主要數據記入表3中，其中蓬松率以算術平均值數據記入。

電機轉速一定時，(在合理的范圍內)單次工作量越大，蓬松率越高；而隨著轉速小幅量的提升，相應地工作耗時減少即工作效率顯著提高，平均工作效率可達80.55%。郝波等[26]在粉碎機間嵌入一個高壓噴管，導入高壓氣體，打破物料環流層，來達到提高工作效率的目的，但是這種方法的引入，會增大投入極大的成本，其中包括電力成本、安裝及維護成本等；曹麗英等[27]在錘片式粉碎機的研究中通過正交試驗得出，當喂入量為6 kg時，篩分效率可達88.63%，但其機構體積小，以致單次工作量小，總體效率降低；李恒栓[28]通過優化葉輪結構參數，可將立軸沖擊式粉碎機的產率提高至80.35%，按單位時間折算其工作效率不足七成，并且由于體積大，顆粒粒度難以保證，功耗也高。本文設計的蓬松機構隨著單次工作量的增加會由于增大機構與物料的接觸，也能有效地提高蓬松率，并且工作量少時不出現“卡刀”現象，當出現“卡刀”時，保險按鈕能及時切斷電源，形成自我保護機制。

表3 試驗數據Tab. 3 Test data

4.4 試驗分析

影響蓬松率的因素主要有2點：在實際投產中，單次工作量以及塊體體積須適應機構容積，盲目追求工作效率反而容易“卡刀”適得其反；其次是要依據生產環境以及生產量來選擇合適的電機轉速，以達到耗時最短、蓬松率最大化的效果。

曹麗英等[29]設計的粉碎機分離裝置對顆粒體的粉碎雖然有功耗低、工作效率高的優點，但是相對而言，本文設計的蓬松機構可以在較低轉速下耗時短且兼顧生產效率高的優勢；褚斌等[30]研究設計的秸稈粉碎機耗電量控制到最佳，并且粒度合格率可達92.8%；張大斌等在煙稈拔稈改進設計中對關鍵部件刀輥進行了功耗計算，實際功耗只有3.02 kW；張峻霞等[31]對1 250 雙齒輥進行了樣機分析并推導了功耗計算公式，最終經過試驗的驗證發現功耗在5.47～6.84 kW之間。本文對類顆粒體的粒度合格率上已經達標，但是功耗以及后續的設備維護仍需進一步優化；相比于該企業現行的飼料加工機械裝備，本文設計的蓬松機構具有顯著的人工成本低、工作效率和蓬松率高的優勢。

5 結論

1) 本文針對易粘結成塊的類顆粒體農業物料，設計了一種可使其恢復生產狀態的蓬松機構，為國內外對類顆粒體蓬松機構的研制提供了參考。

2) 對關鍵工作部件螺旋葉片進行了參數的設計，并闡述了顆粒體進入蓬松機構的運動規律，即通過非剪切流動區與受剪流動區的相互作用，從而讓懸浮區不斷更新來達到蓬松顆粒體的目的；從顆粒塊體的體積和葉片轉速兩個因素分析了其對蓬松率的影響程度，通過現場試驗表明，塊體體積越大則蓬松率越低，葉片轉速越高則蓬松率越高。

3) 采用SolidWorks進行螺旋葉片建模并利用Simulation插件對其外表面的主要作業受力面進行應力仿真分析，校核最大應力值，從仿真結果可知該機構具有良好的可靠性和穩定性。

4) 類顆粒體農業物料蓬松機構應用于硫酸銨飼料顆粒的試驗結果表明，保險按鈕的存在能有效地保護電機，延長使用壽命；當機構設置為電機轉速1 000～1 200 r/min 工作時，蓬松率能達到98.23%以上，符合預期效果。