规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真

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1、1 规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真 1 1.概述.概述 1.1 课题背景 随着乌鲁木齐市郊农业产业结构的调整，农村养殖业给农民带来的经济收益也随之迅猛的增 长。但是，发展农区养殖产业中，最让他们头疼的就是羊圈舍的环境卫生问题，特别是从春末到入 冬这段时间，圈舍内臭气熏天，苍蝇，蚊虫满天飞，而且各种的细菌真菌引发的病症也给养殖户们 造成了巨大的经济损失。所以羊圈的废弃物的清除以及处理就显得十分重要，及时的清除圈舍内的 粪便等废弃物，给羊营造一个良好的生长环境，不但可以增加养殖户的经济收益，还可以保证食用 者能吃上健康优质的羊肉，可谓是一举多得。. 1.2

2、 可行性分析 羊圈内废弃物主要是羊的粪便，尿液以及羊身上退掉的羊毛和被羊带出食料槽的食料等，在清 理这些废弃物的时候，可用类似于城市街道扫街车清扫垃圾方法原理来达到任务要求，利用连接在 设备最前端的毛刷将粪便扫到紧挨着地面的铲子里，铲子装满后将粪便装入传送机构。后面通过水 管将地面的遗留物冲洗干净。喷上消毒剂，除臭剂即可。合理的设计各个机构，全可以有效地完成 上述功能。利用现有的资源的可以实现羊圈废弃物的清理。 1.3 重点研究的、关键的问题及解决的思路 1.3.1 关键难题 刮板机机构机构设计和废弃物收集、储存方式，以及各个机构之间的协调配合等。 1.3.2 解决方法 板式运输机机结构设计根

3、据输送机构设计指导中的设计步骤，配合羊圈的实际工作场地设 计，根据国家拟定的标准设计；废弃物先存放在与传送机构像配套的储物敞口箱中，每次工作完将 收集的杂物送到指定的位置，储物箱是拆卸的；在设计的时候一定要进行由机构组成的收集废物系 统，运送废物系统，以及辅助系统之间的配合。 1.3.3 工作环境及解决的办法 面对中型或大型养殖场，羊圈的地面坚硬、平坦，内部的排水设施可以正常使用，有足够的空 间的可以让机械设备能够在里边作业， 对于有隔层的羊圈， 羊在上层生活， 清理废弃物在下层进行； 对于没有隔层的圈舍，在圈舍外要有一个小院子，在清理羊圈废弃物时的时候，不容许有羊在圈舍 之中。 1.4 清理

4、机工作环境 规模化养殖羊圈处理机适用于，室内面积比较大，而且地面较硬的养殖场，饲料有固定的饲料 槽，地面相对干净，除了养的排泄物没有其他饲料麦秆等杂物，并且有良好的排水系统。相对干净 的养殖场对机器本身腐蚀是很低的几乎可以不计，但是常年不冲洗而且不经常清理的养殖场，羊的 肉质不好，也不会长肉，经常会有动物传染疾病发生。 1.5 清除机特点 a.规模化养殖羊圈清除机无需外部动力。 b.机器本身的体积小，运输能力大，物料可以及时的倒掉，不会出现装满溢出现象。 c.设计采用的是可回收再利用原理，发挥羊粪的剩余价值。为场主创造效益。 d.将刷子机构与板式运输机构相结合，汽油机无极变速系统提供转速。1.

5、6 设计流程 图图 2-22-2 2.2.清理机的工作原理和基本结构清理机的工作原理和基本结构 2.1 清除机工作过程 规模化养殖羊圈除理机，是一种畜牧业机械设备，它可以收集羊粪再利用，并能够完成对羊圈 废弃物清除的机械设备。主要结构包括刷子组、板式运输机、装料槽、液压系统以及附属机构（动 力系统、传动系统、喷水系统和喷药系统等）等。如下图： 图图 2-12-1 1水箱喷水机构；2板式运输机构；3刷子机构；4推杆机构；5汽油机；6 装料槽；7把手；8皮带传送机构。 清除机基本工作过程：将清除机运送到工作场地，启动刷子组刮板开关，刷子组由液压升降系统控制，待运动到指定位置后，锁定位置。然后开启板

6、式运输机机构开关，待板式机运行 5 分左右 时，机构运行平稳，开始推整机按照指定的路线前行，开始工作。 清除机工作原理是通过旋转叶片将羊粪颗粒拨动到板式运输机底端， 并通过板式运输机将粪便送到 装料槽里；其中的颗粒由输送机构输送到装料槽里，粉末状和粘在地面的羊粪由本机的喷水系统冲 洗，粪水顺着羊圈的排水沟排出；最后一道工序是喷药，作用是防御动物传染疾病。 2.2 传动系统设计 图图 2-32-3 说明：1汽油发动机 A 为规模化养殖羊圈清除机提供动力，输出转矩；2传动装置 1 为 减速机构 1；3板式运输机构 B 和刷子机构 C 通过减速机构，由皮带轮 1、2 传递转速，为机构 提供 动力；4

7、由汽油机输出的转矩由减速传动机构 2、3，为刷子机构刷子叶片旋转提供转矩。2.3 Solidworks 三维模型视图 图图 2-42-4 3.3.清理机设计清理机设计 3.1 板式运输机设计 3.1.1 基本工作原理 工作原理：输入动力后，链轮开始转动，鳞板绕图示轨迹围绕轮轮运动，将物料由低端运送到 顶端完成动作。 图图 3-13-1 说明：1.鳞板底座是清除机底座，支撑着整个结构；2.鳞板工作时与乱伦啮合部分围绕着链轮 做类似于圆周运动，不啮合部分做类似于直线运动；3.链轮由皮带轮提供动力，围绕周做类似于圆 周运动为链轮；4.拉紧装置，链板运行一段时间后会松弛，通过调节该装置可以张紧链轮组。

8、 3.1.2 初始数据设计 养殖场里测定的数据； 羊粪颗颗粒密度为： 2 50/ kg m = 单人作业，使用便利整机的外观 2m0.9m 0.7m = 长 宽 高3.1.3 计算物料的堆积量 刮板叶片长 0.6m，车的运行速度大概控制在 4-5km/h。 堆积量 Q： 0.6 5 50150 QlShkg = = = 3.1.4 板式运输机设计计算 设定长度： 1 Lm = ；运输能力： 150 Qkg = ；链速： 3/ min vm = 。 a. 运输能力计算 按连续运行的计算公式，其运输能力为： 3.6 QF = 式中运行物料的断面积 F，与中部槽的规格及其承载能力有关。中部槽运行物料

9、断面的上界限 呈曲线形，形状与物料的性质、块度情况有关，需经实测确定，通常按等腰三角形计算，其底角 取物料的堆积角，一般取 2030计，按物料性质、块度情况选定。F 按中部槽的尺寸由几何关系 求得。由于刮板链占据一定空间，实际面积比 F 小一些，计算时要乘以小于 1 的装满系数 。故运 输能力按下式计算： 3.6 QF = 式中 Q 刮板输送机的运输能力，t/h； F 中部槽物料运行时的断面积，； 装满系数； 物料的散碎密度， 3 / kg m ； v 刮板链速， / m s 。 由任务书知 v =0.3m/s，刮板输送机的运输能力 Q=1500kg/h；装满系数取 0.9，物料的散碎密 度取

10、 2 100/ kg m = 可得： 2 150 0.15 3.63.6 100 3 Q Fm v = b.运行阻力 zk W 沿倾斜运行的板式输送机的重段直线段。运行时除了要克服物料和板链的运行阻力，还要克服 物料和板链的重力。通常将它们一起计为总运行阻力。作为牵引构件的板链，在重段直线段运行的 总阻力为： 1 11 ()cos()sin zk qLgqLg qq W =+ 刮板链在空段直线段的运行总阻力为： 1 1 (cossin) k Lg q W = m 式中 zk W 重段直线段的总阻力，N； k W 空段直线段的总阻力，N； q 中部槽单位长度上的装物料量， / kg m ； 1

11、q 板链单位长度的质量， / kg m ； L 刮板输送机的长度，m； 物料在槽内运行的阻力系数； 1 刮板链在槽内运行的阻力系数； g 重力加速度， 2 / m s ； 倾斜角度。 由于按理论推导的公式计算麻烦，而且实际情况多变，所以经常按直线段阻力的 10%记为弯曲段的附加阻力，即： () 10% fjzkk WWW =+ 中部槽单位长度的装物料量： 1 0.93/ 3.63.60.3 Q qkg m V = 取 1 0.50.35 ww = w=0.5,查表链表得 1 1.05 Qkg = ；取 1 Lm = ,根据具体使用情况，取 10 o = ，估算得： 350 zk N W = 4

12、5 k N W = 估算弯曲段的附加阻力为： () 10%0.1 (35045)39.5 fjzkk WWWN =+=+= 则直线段的运行总阻力： z W35039.5389.5N =+= c.绕经曲线段的阻力 由于公式计算复杂， 使用中经常根据经验按直线段的运行总阻力的10%记为绕经曲线段的阻力， 即： 10% lz WW = 则饶经曲线段的阻力为： z 0.1 W0.1 389.538.95 l N W = 则刮板输送机运行总静负荷为： 389.538.95428.45 jlz WWWN =+=+= d.牵引链的动负荷 链啮合传动，是驱动链轮通过轮齿与链节的啮合，将链轮旋转的转矩，变成直线

13、牵引力给牵引 链。链条是由许多刚性链节组成，绕经链轮时呈多边形围绕，链条是间歇地随相遇点轮齿运动。当 链轮作等速圆周运动时，链条是变速直线运动，并以链轮旋转一个链节所对应的中心角为周期。这 种运动特性，可由下述分析看出，把链条当作刚体，设链轮节圆的半径为 R，链轮旋转的角速度为 ， 为相遇点轮齿的圆周速度 与水平线的夹角， 为链条水平运动的瞬时速度，可以看出： o coscos vvR = 角的大小，等于相遇点轮齿的半径与链轮纵轴线的夹角，这个夹角随链轮的旋转变化，从在 相遇点刚开始啮合时的 0 2 a ，逐渐减小到 0，再逐渐增加到 0 2 a 。链轮继续旋转时，另一个轮齿在相 遇点与链条啮

14、合， 链条的速度就随这个新的相遇点轮齿的运动而变化。 据此， 式中 的变化范围为： 00 22 aa + 式中 0 为一个链节所对应的链轮的圆心角。 e.链传动的速度分析 由此可知，即使链轮的角速度不变，链条的瞬时速度也是变化的，速度变化的周期为链轮旋转 一个 0 a 。链速的变化范围： 0 cos 2 a RvR ，由于链速的变化，链条运动中就有加速度，链条运 动的加速度为： 2 sin dv aR dt = 链条运动的加速度也随 角变化，其变化范围为：22 00 sinsin 22 RaR 加速度变化，可以看出，链条在相遇点啮合开始时的加速度最大，随链轮旋转，加速度逐渐减 到 0，然后达到

15、最大负值，到另一个链轮啮合时，链条运行的加速度，由最大负值突变到正最大值。 加速度变化周期也是链轮旋转一个 0 角所需时间。最大加速度的绝对值为： 2 0 max sin 2 R a = 由链轮的几何关系得： 0 sin 22 l R = 2 max 1 2 l a = 式中 max a 链条最大加速度； 链轮旋转的角速度； l 链节距； R链轮分度圆半径。 有以上分析可知链条是作变加速运动的。有加速度就有惯性力，因此，链条在运动中，不仅受 静负荷，还受有动负荷，并且是周期性动负荷。加速度为正，惯性力的方向相反，动负荷使链条的 张力增加；加速度为负，惯性力的方向与运行方向相同，动负荷使链条的张力减小。后一个轮齿开 始啮合的瞬间，链条的加速度从- max a 增到+ max a ，在这瞬间的加速度为 2 max a 。如果参与这一 加速度运动的质量为 M，则链条所受的动负荷为 2M max a 。由于这一负荷是瞬间施加的，按力学原 理，突加载荷在链条中产生的应力大一倍。这样，链条所受的动负荷应按 4M max a 计。考虑到这个 变化瞬间，后一个轮齿啮合之前的