牛舍自动喂食系统设计.doc

牛舍自动喂食系统设计机电一体化系统课程设计题目：牛舍自动喂食系统设计内装： 1. 设计说明书一份 2.程序设计图两份小组成员：冯新安 2012012945李章兵 2012012946 杨侃专业年级：机制126班指导教师：陈军 侯俊才 石复习 李卫完成日期：2015年12月30日机电一体化系统课程设计说明书题目：牛舍自动喂食系统设计小组成员：冯新安 2012012945李章兵 2012012946杨侃专业年级：机制126班指导教师：陈军 侯俊才 石复习 李卫完成日期：2015年12月30日目录1. 喂料车的设计原则、指标、方案和设计优点…………………………………1 1.1设计原则 1.2设计指标 1.3总体设计方案的确定 1.4设计优点2. 自动喂料系统设计………………………………………………………………2 2.1自动喂料系统布局设计 2.2自动喂料小车设计3. 喂料小车方案的确定……………………………………………………………4 3.1.动力的选择 3.2车轮的选择 3.3皮带轮及传动比的选择 3.4车架的结构设计4. 设计参数的计算…………………………………………………………………5 4.1螺旋绞龙输料的功率消耗 4.2滚动阻力的计算 4.3喂料车行走功率计算 4.4总功率的计算5. 结论………………………………………………………………………………96.《机电一体化课程设计》的收获、体会和建议…………………………………9 牛舍自动喂食系统设计一、 前言中国是全球养殖大国，养殖量全球第一，但养殖技术落后，生产设施十分简陋，养殖效益差，这一状况已严重影响我国养殖业的发展。

随着人们生活水平的提高，国内养牛业发展迅速，但由于缺乏与之相配套的喂料机械，均采用人工喂料，费时、费工，且喂料不均，浪费严重一般牧场工作环境差，枯燥繁重，待遇不高，造成了牧场长期招不到工人，甚至遏制牧场的远期发展，为了解决这一老大难题为克服上述不足，他们正在寻求适应其工作的养牛设备市场上现有的喂料车有手推式和电动势两种，前者消耗体力大，效率低；后者是采用电流电作能源，其受限因素较多，使用过程中存在极大的安全隐患，方便灵活性较差 综上所述：我们小组综合各方面因素，搜集相关技术资料，提出了以下自动喂食系统，该系统的最大特点是可以有效地解决人工喂料中喂料不规范等问题系统结构简单，大大提高了喂料的效率1.喂料车的设计原则、指标、方案和设计优点 1.1设计原则由以上论证，研制开发适于牛舍的自动喂食系统，应接以下原则进行设计：１）适应于牛舍式圈养；２）为牛的生产发展提供充足饲料，但又不过量，以免发生因饲料过剩而在食槽内积存发酵变质；３）喂料车在牛舍内动作灵活，适于圈养牛舍，且噪音小；４）结构简单，便于使用、维修、保养；５）功率消耗小；６）价格低廉 1.2设计指标１）到达指定位置后停车喂料，前进速度为40mm/s ；２）喂料均匀连续，不泄露，不堆积，不堵塞，流量为250g/s；３）功率消耗不超过7kW；４）要求连续使用寿命在十年以上；５）造价低，价格廉。

1.3总体设计方案的确定1）采用前置电动机做动力，轨道式的地轮驱动，保证车子行驶轨迹的稳定性，保持牛舍清洁，降低制造及使用成本；2）前后轮采用耐磨耐压橡胶轮，附着力大，并且省力，其中用前轮做主驱动轮，承受驱动力，保证其转动灵活3）喂料车设置一个导向轮，应自由灵活，便于掌握方向，同时保证整个喂料车的稳定；4）设置料仓、饲料箱、喂料箱，一个出料口把饲料输送到食槽；5）排料由绞笼实现，排料量以及排料速度由绞笼的结构参数和电机转速决定；；6）因为喂料速度不是太大，又要保证传动平稳，车内涉及的传动可采用皮带轮传动；7）为了减少动力消耗和机件的磨损及喂料的可控性，在行走机构之间设置离合装置，可以自由离合8）采取PLC程序控制 1.4设计优点（1）特别适合圈养式牛舍使用圈养式牛舍，牛的位置较为固定，采取轨道式和PLC技术控制，方便且容易控制2）节省人力相对与普通喂料方式来说，本系统主要采取PLC技术控制，大大节省了人力 (3)投料精准出料口上安装有插板，通过控制出料口山的插板上上下下的移动来控制出料的多少，从而达到投料的精准，另外螺旋推进器可以转动，以防止车身行走不稳定带来的投料误差 (4)使用方便、减少用工量该喂料车可以无人看守（或单人看守），即可简单的实现整个牛舍的喂料工作，并且效率高，速度快，与原来人工上料相比，优越性明显。

2.自动喂料系统设计 2.1自动喂料系统布局设计 目前，养牛主要分两种，一种是牧场放牧式，另外一种是牛舍圈养式为了方便机械自动化，此处我们选择了牛舍圈养式 该系统应用于双列有窗封闭式的牛舍，自动喂料小车采用轮轨式的结构，小车在双轨道钢轨上滑动喂料，其牵引力是靠前端车轮与钢轨之间的摩擦力提供的双轨道钢轨架设于养牛场牛栏的上方位置，加料仓位于钢轨的周围，另外可以根据需要增加或减少加料仓的数目1. 加料仓 2.自动喂料小车 3.大型养牛场 4.粪尿沟 5.小车双轨道钢轨 2.2自动喂料小车设计自动喂料小车采用轮轨式结构，车体转角处采用 圆角过渡本设计的自动喂料小车结构如图 2 所示 小车前端包括三菱 PLC 控制系统和 1 台前轮牵引电 机两部分小车前轮牵引电机是小车动力的来源，牵引电机的启闭控制小车的前进喂料和后退加料小车后端包括小车饲料箱、小车喂料箱、两台电机和小车后轮 4部分小车饲料箱的作用是将饲料暂时储存在小车中，需要喂料时饲料箱电机启动，饲料就通过饲料箱口加入到小车喂料箱中小车喂料箱的作用是喂料时饲料先从饲料箱中加入到喂料箱中，然后喂料箱电机启动，饲料就从喂料箱口加入到猪圈里的食槽中。

饲料箱和喂料箱分开设计是为了防止每个圈的喂料量波动范围过大，不会因为喂料量的不同而影响猪的生长，且分开设计能够更好地减少喂料过程中的饲料浪费现象，节约了成本小车后轮只是起到辅助的作用，并没有动力自动喂料小车的结构如图 2 所示1. 小车饲料箱 2. 小车饲料箱电机 3. 三菱 PLC 控制单元4. 车体 5. 前轮牵引电机 6. 小车前轮7. 小车喂料箱 8. 小车喂料箱电机 9. 小车后轮图 2 自动喂料小车结构示意图备注：图中有部分细节未标出，具体选择和设计于下文提及3.喂料小车方案的确定 3.1动力的选择目前作为动力有三种形式的驱动方式：1.发动机动力驱动：发动机作为动力，虽适合于移动作业，但是选用发动机造价必然增高，排出的废物容易污染牛舍环境同时噪音大不宜在牛舍内应用 2.人力驱动：人力驱动在狭小的空间内使用，反倒增加了工作人员的难度，因为人还要兼顾车与喂料，故在牛舍内不宜选用人力3.电动机驱动，该喂料车是一种轻型机械，靠电动机拉动料车，通过各级皮带传动（或链传动），把前轮转动并且按着一定的方向行走，采用电动机作动力，可以简化小车在结构上的设计，降低成本，减少不必要的能量消耗，同时无环境污染，噪音小这适合我国国民经济发展状况，适合于我国劳动力过剩的状况，同时亦与我国农机化发展状况相适应，故在各大中小型养牛场，推广电机驱动喂料车具有现实意义，具有推广价值，能够深受广大用户的亲睐。

3.2车轮的选择该喂料车设计为最大承料量为110kg，车身重100kg此重量作用在两个车轮上，故在地轮的选择上应做到能承受一定重量，滚动阻力小，附着力大，不易打滑，便于购买，且价格便宜，而平板式前轮（WS-100-65），这是一种由实心橡胶轮胎和金属材料轮芯组合在一起制成，具有一定的弹性，能承受较大的载荷，用于低速，重载，其允许负荷为900N3.3皮带轮及传动比的选择排料器所需要的转速与排料量有关，一头牛供食4KG， 根据实验要达到此喂料量，排料器所需要的转速为210r/min～320r/min；料车前进的工作速度为：0.2～0.3m/s；故总传动比i=150/50=3/1采用四极减速：第一级传动比i=3/1，第二级传动比例3/1,第三级传动比3/1,第四级传动比4/1，传动比确定后，确定传动方式常用传动方式主要有链传动、齿轮传动、带传动三种1）链传动适合低速传动，传动效率低，不宜采用2）齿轮传动，传动比不能太大，造价高，重要的是不能长距离传动，故不能采用齿轮转动3）带传动适合中低速传动，传动效率高，成本低，传动距离较长，不打滑，能保证稳定传动综上所述：该喂料车全部采用带传动3.4车架的结构设计因牛舍的空间限制，车架的长宽高都不能超出这种限制，应尽可能地缩小，但又考虑到整个喂料车稳定性，又不能进行无限制的减小，故确定车架的长度为4000mm，宽度应为1950mm，为了增加其稳定性，车轮尽可能安置于车架两端，车架两侧。

车架采取单层的热轧等边角钢焊接而成，尽可能地降低车架高度，直接通过轴承座，轴承和地轴相连接，高度降低使整个喂料车的重心降低，增加了稳定性，又为防止车的摇摆必须使小车的车架子与地面保证一定得平行度4设计参数的计算4.1螺旋绞龙输料的功率消耗绞龙输料器消耗的功率计算根据经验公式其中：N-绞龙输料器消耗的功率 　　C-取0.4 　　n-绞龙转速，取300r/min 　　l-输料长度输料器的输料长度为L=1.6m； 以上数据代入上面的经验公式得绞龙输料器消耗的功率4.2滚动阻力的计算如图4-1所示，料车行走时，有两个阻力：一是R1滚动阻力；二是R2附着阻力其中滚动阻力R1是行走消耗功率的力图4-1料车行走时的受力情况P---轮子滚动阻力系数取0.02；G---车子装满饲料时喂料车总重（）G1饲料总重为110kg（包含喂料箱和饲料箱中的饲料总重） G2喂料车重为100kg所以得滚动阻力为：R1=PG=5.02N4.3喂料车行走功率计算喂料车行走消耗的功率为由上面知5.02N Y---喂料车前进的速度取故1.532W4.4总功率的计算饲料车总功率为已知N为饲料器消耗的总功率 700WN3为喂料车行走消耗的功率1.532W故1401.532W5自动喂料控制系统设计 5.1 自动喂料控制系统硬件设计 自动喂料控制系统为三菱 PLC 控制单元，选择FX1N － 40MR 型号，其输入点数为 24，输出点数为16。

三菱 PLC 输入点和输出点如表 1 和表 2 所示对应PLC点作用X0程序开始X1喂料车碰到圈前的凸起，开始喂料X2遇见加料仓开始加料X3小车转过一圈，回到起点Y0小车前进Y1小车开始将饲料从饲料箱口加入到小车喂料箱中Y2饲料从喂料箱中加到食槽Y3饲料从加料仓加到饲料箱T1小车开始将饲料从饲料箱口加入到小车喂料箱中的时间T2饲料从喂料箱中加到食槽的时间。