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1、厉社农林科我大学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日话北农林爭找大学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11.1 设计原则1.2设计指标1.3总体设计方案的确定
2、1.4 设计优点2. 自动喂料系统设计22.1 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43.1.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54.1 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
3、 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
4、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
5、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
6、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
7、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。5.小车双轨道钢轨1.加料仓 2.自动喂料小车 3.大型养牛场 4.粪尿沟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
8、，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371. 小车饲料箱 2. 小车饲料箱电机 3. 三菱 PLC 控制单元4.
9、 车体 5. 前轮牵引电机 6. 小车前轮力。自动喂料小车的结构如图 2 所示。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
10、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
11、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 900N。3.3 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/min320r/min ;料车前进的工作速度为：0.20.3m/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）
12、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
13、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N 二 c - n -1其中：N-绞龙输料器消耗的功率C-取 0.4n-绞龙转速，取300r/min I-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N 二 0.4 x 300 x1.6 二 192W4.2 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
14、饲料时喂料车总重G - G1 + g2 ()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N = Ri x V 由上面知R广5砾Y-喂料车前进的速度取0.3m / s故 n 4=警二 1.58W 二 0-984W4.4 总功率的计算饲料车总功率为N总=N1 + N2 + N已知N为饲料器消耗的总功率N1=19NW=170WW N3为喂料车行走消耗的功率N3=1：532WN 二 N + N + N =192+192+0.984=384.984W故 总 123 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小车刖进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T3饲料从加料仓加到饲料箱的时间C0牛舍数
