随着我国养牛业规模化的发展,全混合日粮(Total Mixed Ration,TMR)技术以可使畜产品单产增加、发病率降低及大幅度提高人均养牛头数等优点被越来越多的牧场认识和应用,而全混合日粮技术实施的关键是采用TMR混合机。我国对TMR混合机的研究起步较晚,已开发的几种TMR混合设备也大都是跟踪国外的已有技术,缺少自主性研发。目前我国大型牧场所使用的TMR混合设备大部分是从国外进口。本研究根据国内外TMR混合机的发展现状及我国国情,研制了转轮式全混合日粮混合机试验样机,并对其进行深入的研究,可为我国TMR混合机的原创性研发及深入研究提供理论及技术支持。本文主要工作及结论如下:(1)研制了转轮式全混合日粮混合机试验样机,并对其总体结构及主要部件进行了设计,并对其核心部件——混合转子进行有限元分析。(2)利用专用设备或装置对本研究的试验物料的特性(剪切模量、泊松比、密度、恢复系数、静摩擦因数、滑动摩擦因数及滚动摩擦因数等)进行了测量分析。(3)对转轮式全混合日粮混合机的混合机理进行了分析。为深入分析其混合机理,将物料在混合室三维空间运动分为周向运动和轴向运动,并将主要混合过程按混合室空间平均分为4个区进行描述,并借助高速摄像技术分析物料在混合室内的混合过程、运动速度,且拟合物料的运动轨迹。通过物料的周向运动分析可知,在不同条件下混合室内物料的周向运动轨迹曲线主要有圆弧及抛物线,并且转子转速对物料周向运动影响较大。通过物料的轴向运动分析可知,混合叶板角度及转子转速对物料轴向运动影响较大。只要恰当的选择该机的结构及运行参数,物料在混合室内就能够形成三维空间混合运动,加速物料快速充分的均布进程。通过对混合过程分析得出了其混合过程主要是剪切混合、对流混合和扩散混合交替进行的过程,且在混合过程中伴有物料的滑移运动、瀑布运动和涡流运动。物料在混合室每个区的主要混合方式为:在混合Ⅰ区主要是剪切、对流混合,在混合Ⅱ区主要是剪切、对流、扩散混合,在混合Ⅲ区主要是剪切、扩散混合,在混合Ⅳ区主要是剪切、对流混合。(4)基于离散元法利用EDEM软件对转轮式全混合日粮混合机混合过程影响因素进行了仿真分析及试验。针对本研究中试验物料的实际情况,对试验物料的颗粒模型、颗粒数计算模型及混合均匀度(偏离系数)评价模型进行建模。通过仿真分析,得出转子转速、混合叶板角度、充满系数及混合时间对物料的混合过程及混合质量均有较大影响,通过仿真试验得出偏离系数较低时各结构及运行参数的取值范围,为试验因素范围的确定及参数优化提供参考。从各物料偏离系数曲线的对比结果来看,选择与精料颗粒大小接近的颗粒物料作为示踪剂,得到的结果更能接近混合均匀度的实际值,此结论可为转轮式全混合日粮混合机混合均匀度检测示踪剂的选择提供参考。(5)本文以转子转速、混合叶板角度、混合时间及充满系数为试验因素,以混合均匀度和单位功耗为评价指标对转轮式全混合日粮混合机进行了试验研究。通过混合试验分析可知,转子转速、混合叶板角度、充满系数及混合时间对混合均匀度及单位功耗均有显著影响,其中转子转速对混合均匀度及单位功耗的影响均最显著。综合考虑各因素,本研究的转轮式全混合日粮混合机的结构及运行参数范围确定为:转子转速宜取29~30 r/min,混合时间宜取10~11min,充满系数宜取51%~53%,混合叶板角度宜取16°~18°。