牛舍自動喂食系統(tǒng)設(shè)計

1、牛舍自動喂食系統(tǒng)設(shè)計機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計題目：牛舍自動喂食系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)裝： 1. 設(shè)計說明書一份 2.程序設(shè)計圖兩份小組成員：馮新安 2012012945李章兵 2012012946 楊侃專業(yè)年級：機制126班指導(dǎo)教師：陳軍 侯俊才 石復(fù)習 李衛(wèi)完成日期：2015年12月30日機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計說明書題目：牛舍自動喂食系統(tǒng)設(shè)計小組成員：馮新安 2012012945李章兵 2012012946楊侃專業(yè)年級：機制126班指導(dǎo)教師：陳軍 侯俊才 石復(fù)習 李衛(wèi)完成日期：2015年12月30日目錄1. 喂料車的設(shè)計原則、指標、方案和設(shè)計優(yōu)點1 1.1設(shè)計原則 1.2設(shè)計指標 1.3總體設(shè)計方案的確定

2、 1.4設(shè)計優(yōu)點2. 自動喂料系統(tǒng)設(shè)計2 2.1自動喂料系統(tǒng)布局設(shè)計 2.2自動喂料小車設(shè)計3. 喂料小車方案的確定4 3.1.動力的選擇 3.2車輪的選擇 3.3皮帶輪及傳動比的選擇 3.4車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計4. 設(shè)計參數(shù)的計算5 4.1螺旋絞龍輸料的功率消耗 4.2滾動阻力的計算 4.3喂料車行走功率計算 4.4總功率的計算5. 結(jié)論96.機電一體化課程設(shè)計的收獲、體會和建議9 牛舍自動喂食系統(tǒng)設(shè)計1、 前言中國是全球養(yǎng)殖大國，養(yǎng)殖量全球第一，但養(yǎng)殖技術(shù)落后，生產(chǎn)設(shè)施十分簡陋，養(yǎng)殖效益差，這一狀況已嚴重影響我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。隨著人們生活水平的提高，國內(nèi)養(yǎng)牛業(yè)發(fā)展迅速，但由于缺乏與之相配套的喂料

3、機械，均采用人工喂料，費時、費工，且喂料不均，浪費嚴重。一般牧場工作環(huán)境差，枯燥繁重，待遇不高，造成了牧場長期招不到工人，甚至遏制牧場的遠期發(fā)展，為了解決這一老大難題為克服上述不足，他們正在尋求適應(yīng)其工作的養(yǎng)牛設(shè)備。市場上現(xiàn)有的喂料車有手推式和電動勢兩種，前者消耗體力大，效率低；后者是采用電流電作能源，其受限因素較多，使用過程中存在極大的安全隱患，方便靈活性較差。 綜上所述：我們小組綜合各方面因素，搜集相關(guān)技術(shù)資料，提出了以下自動喂食系統(tǒng)，該系統(tǒng)的最大特點是可以有效地解決人工喂料中喂料不規(guī)范等問題。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，大大提高了喂料的效率。1.喂料車的設(shè)計原則、指標、方案和設(shè)計優(yōu)點 1.1設(shè)計原則由

4、以上論證，研制開發(fā)適于牛舍的自動喂食系統(tǒng)，應(yīng)接以下原則進行設(shè)計：）適應(yīng)于牛舍式圈養(yǎng)；）為牛的生產(chǎn)發(fā)展提供充足飼料，但又不過量，以免發(fā)生因飼料過剩而在食槽內(nèi)積存發(fā)酵變質(zhì)；）喂料車在牛舍內(nèi)動作靈活，適于圈養(yǎng)牛舍，且噪音小；）結(jié)構(gòu)簡單，便于使用、維修、保養(yǎng)；）功率消耗小；）價格低廉。 1.2設(shè)計指標）到達指定位置后停車喂料，前進速度為40mm/s ；）喂料均勻連續(xù)，不泄露，不堆積，不堵塞，流量為250g/s；）功率消耗不超過7kW；）要求連續(xù)使用壽命在十年以上；）造價低，價格廉。 1.3總體設(shè)計方案的確定1）采用前置電動機做動力，軌道式的地輪驅(qū)動，保證車子行駛軌跡的穩(wěn)定性，保持牛舍清潔，降低制造及使

5、用成本；2）前后輪采用耐磨耐壓橡膠輪，附著力大，并且省力，其中用前輪做主驅(qū)動輪，承受驅(qū)動力，保證其轉(zhuǎn)動靈活。3）喂料車設(shè)置一個導(dǎo)向輪，應(yīng)自由靈活，便于掌握方向，同時保證整個喂料車的穩(wěn)定；4）設(shè)置料倉、飼料箱、喂料箱，一個出料口把飼料輸送到食槽；5）排料由絞籠實現(xiàn)，排料量以及排料速度由絞籠的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電機轉(zhuǎn)速決定；6）因為喂料速度不是太大，又要保證傳動平穩(wěn)，車內(nèi)涉及的傳動可采用皮帶輪傳動；7）為了減少動力消耗和機件的磨損及喂料的可控性，在行走機構(gòu)之間設(shè)置離合裝置，可以自由離合。8）采取PLC程序控制。 1.4設(shè)計優(yōu)點（1）特別適合圈養(yǎng)式牛舍使用圈養(yǎng)式牛舍，牛的位置較為固定，采取軌道式和PLC技術(shù)

6、控制，方便且容易控制。（2）節(jié)省人力相對與普通喂料方式來說，本系統(tǒng)主要采取PLC技術(shù)控制，大大節(jié)省了人力。 (3)投料精準出料口上安裝有插板，通過控制出料口山的插板上上下下的移動來控制出料的多少，從而達到投料的精準，另外螺旋推進器可以轉(zhuǎn)動，以防止車身行走不穩(wěn)定帶來的投料誤差。 (4)使用方便、減少用工量該喂料車可以無人看守（或單人看守），即可簡單的實現(xiàn)整個牛舍的喂料工作，并且效率高，速度快，與原來人工上料相比，優(yōu)越性明顯。2.自動喂料系統(tǒng)設(shè)計 2.1自動喂料系統(tǒng)布局設(shè)計 目前，養(yǎng)牛主要分兩種，一種是牧場放牧式，另外一種是牛舍圈養(yǎng)式。為了方便機械自動化，此處我們選擇了牛舍圈養(yǎng)式。 該系統(tǒng)應(yīng)用于雙

7、列有窗封閉式的牛舍，自動喂料小車采用輪軌式的結(jié)構(gòu)，小車在雙軌道鋼軌上滑動喂料，其牽引力是靠前端車輪與鋼軌之間的摩擦力提供的。雙軌道鋼軌架設(shè)于養(yǎng)牛場牛欄的上方位置，加料倉位于鋼軌的周圍，另外可以根據(jù)需要增加或減少加料倉的數(shù)目。1. 加料倉 2.自動喂料小車 3.大型養(yǎng)牛場 4.糞尿溝 5.小車雙軌道鋼軌 2.2自動喂料小車設(shè)計自動喂料小車采用輪軌式結(jié)構(gòu)，車體轉(zhuǎn)角處采用 圓角過渡。本設(shè)計的自動喂料小車結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 小車前端包括三菱 PLC 控制系統(tǒng)和 1 臺前輪牽引電 機兩部分。小車前輪牽引電機是小車動力的來源，牽引電機的啟閉控制小車的前進喂料和后退加料。小車后端包括小車飼料箱、小車喂料箱

8、、兩臺電機和小車后輪 4部分。小車飼料箱的作用是將飼料暫時儲存在小車中，需要喂料時飼料箱電機啟動，飼料就通過飼料箱口加入到小車喂料箱中。小車喂料箱的作用是喂料時飼料先從飼料箱中加入到喂料箱中，然后喂料箱電機啟動，飼料就從喂料箱口加入到豬圈里的食槽中。飼料箱和喂料箱分開設(shè)計是為了防止每個圈的喂料量波動范圍過大，不會因為喂料量的不同而影響豬的生長，且分開設(shè)計能夠更好地減少喂料過程中的飼料浪費現(xiàn)象，節(jié)約了成本。小車后輪只是起到輔助的作用，并沒有動力。自動喂料小車的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。1. 小車飼料箱 2. 小車飼料箱電機 3. 三菱 PLC 控制單元4. 車體 5. 前輪牽引電機 6. 小車前輪7.

9、 小車喂料箱 8. 小車喂料箱電機 9. 小車后輪圖 2 自動喂料小車結(jié)構(gòu)示意圖備注：圖中有部分細節(jié)未標出，具體選擇和設(shè)計于下文提及3.喂料小車方案的確定 3.1動力的選擇目前作為動力有三種形式的驅(qū)動方式：1.發(fā)動機動力驅(qū)動：發(fā)動機作為動力，雖適合于移動作業(yè)，但是選用發(fā)動機造價必然增高，排出的廢物容易污染牛舍環(huán)境同時噪音大不宜在牛舍內(nèi)應(yīng)用。 2.人力驅(qū)動：人力驅(qū)動在狹小的空間內(nèi)使用，反倒增加了工作人員的難度，因為人還要兼顧車與喂料，故在牛舍內(nèi)不宜選用人力。3.電動機驅(qū)動，該喂料車是一種輕型機械，靠電動機拉動料車，通過各級皮帶傳動（或鏈傳動），把前輪轉(zhuǎn)動并且按著一定的方向行走，采用電動機作動力，

10、可以簡化小車在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，降低成本，減少不必要的能量消耗，同時無環(huán)境污染，噪音小這適合我國國民經(jīng)濟發(fā)展狀況，適合于我國勞動力過剩的狀況，同時亦與我國農(nóng)機化發(fā)展狀況相適應(yīng)，故在各大中小型養(yǎng)牛場，推廣電機驅(qū)動喂料車具有現(xiàn)實意義，具有推廣價值，能夠深受廣大用戶的親睞。 3.2車輪的選擇該喂料車設(shè)計為最大承料量為110kg，車身重100kg此重量作用在兩個車輪上，故在地輪的選擇上應(yīng)做到能承受一定重量，滾動阻力小，附著力大，不易打滑，便于購買，且價格便宜，而平板式前輪（WS-100-65），這是一種由實心橡膠輪胎和金屬材料輪芯組合在一起制成，具有一定的彈性，能承受較大的載荷，用于低速，重載，其允許負荷

11、為900N。3.3皮帶輪及傳動比的選擇排料器所需要的轉(zhuǎn)速與排料量有關(guān)，一頭牛供食4KG， 根據(jù)實驗要達到此喂料量，排料器所需要的轉(zhuǎn)速為210r/min320r/min；料車前進的工作速度為：0.20.3m/s；故總傳動比i=150/50=3/1。采用四極減速：第一級傳動比i=3/1，第二級傳動比例3/1,第三級傳動比3/1,第四級傳動比4/1，傳動比確定后，確定傳動方式。常用傳動方式主要有鏈傳動、齒輪傳動、帶傳動三種。1）鏈傳動適合低速傳動，傳動效率低，不宜采用。2）齒輪傳動，傳動比不能太大，造價高，重要的是不能長距離傳動，故不能采用齒輪轉(zhuǎn)動。3）帶傳動適合中低速傳動，傳動效率高，成本低，傳動

12、距離較長，不打滑，能保證穩(wěn)定傳動。綜上所述：該喂料車全部采用帶傳動。3.4車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計因牛舍的空間限制，車架的長寬高都不能超出這種限制，應(yīng)盡可能地縮小，但又考慮到整個喂料車穩(wěn)定性，又不能進行無限制的減小，故確定車架的長度為4000mm，寬度應(yīng)為1950mm，為了增加其穩(wěn)定性，車輪盡可能安置于車架兩端，車架兩側(cè)。車架采取單層的熱軋等邊角鋼焊接而成，盡可能地降低車架高度，直接通過軸承座，軸承和地軸相連接，高度降低使整個喂料車的重心降低，增加了穩(wěn)定性，又為防止車的搖擺必須使小車的車架子與地面保證一定得平行度。4設(shè)計參數(shù)的計算4.1螺旋絞龍輸料的功率消耗絞龍輸料器消耗的功率計算根據(jù)經(jīng)驗公式其中：N-

13、絞龍輸料器消耗的功率 C-取0.4 n-絞龍轉(zhuǎn)速，取300r/min l-輸料長度輸料器的輸料長度為L=1.6m； 以上數(shù)據(jù)代入上面的經(jīng)驗公式得絞龍輸料器消耗的功率4.2滾動阻力的計算如圖4-1所示，料車行走時，有兩個阻力：一是R1滾動阻力；二是R2附著阻力。其中滾動阻力R1是行走消耗功率的力。圖4-1料車行走時的受力情況P-輪子滾動阻力系數(shù)取0.02；G-車子裝滿飼料時喂料車總重（）G1飼料總重為110kg（包含喂料箱和飼料箱中的飼料總重） G2喂料車重為100kg所以得滾動阻力為：R1=PG=5.02N4.3喂料車行走功率計算喂料車行走消耗的功率為由上面知5.02N Y-喂料車前進的速度取

14、故1.532W4.4總功率的計算飼料車總功率為已知N為飼料器消耗的總功率 700WN3為喂料車行走消耗的功率1.532W故1401.532W5自動喂料控制系統(tǒng)設(shè)計 5.1 自動喂料控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 自動喂料控制系統(tǒng)為三菱 PLC 控制單元，選擇FX1N 40MR 型號，其輸入點數(shù)為 24，輸出點數(shù)為16。三菱 PLC 輸入點和輸出點如表 1 和表 2 所示。對應(yīng)PLC點作用X0程序開始X1喂料車碰到圈前的凸起，開始喂料X2遇見加料倉開始加料X3小車轉(zhuǎn)過一圈，回到起點Y0小車前進Y1小車開始將飼料從飼料箱口加入到小車喂料箱中Y2飼料從喂料箱中加到食槽Y3飼料從加料倉加到飼料箱T1小車開始將飼料從

15、飼料箱口加入到小車喂料箱中的時間T2飼料從喂料箱中加到食槽的時間T3飼料從加料倉加到飼料箱的時間C0牛舍數(shù)量 表1中小車前端開關(guān)X0固定在小車前端底部位置到凸起時小車停下并開始喂料。系統(tǒng)開始開關(guān)X1安裝在控制面板上，按下小車開始喂料，斷開小車停止前進。小車復(fù)位開關(guān)X2安在控制面板上，按下后小車回到起始位置上。末端行程開關(guān)X3安裝在鋼軌上，當完成一次喂料后，碰到此開關(guān)后停下。料倉行程開關(guān)X4X7可根據(jù)需要增加或減少數(shù)目，與加料倉的數(shù)目一致。超過了PLC的輸入點數(shù)，還可對輸入點數(shù)進行適當?shù)臄U展，軟件程序上更改也很方便。由表二所得到的外部接線圖中看出PLC外部接線如下圖三PLC外部接線圖 5.2 自

16、動喂料控制系統(tǒng)軟件設(shè)計自動喂料控制系統(tǒng)軟件包括主程序、喂料子程序 和加料子程序，程序流程如圖 4 所示。喂料過程: 喂 料開始前小車停在起始位置上，按下系統(tǒng)開始開關(guān)后 小車開始喂料，小車前進過程中碰到鋼軌上圈前的凸 起，小車停下開始喂料，喂料的步驟依次是小車飼料 箱電機正轉(zhuǎn)，向小車喂料箱中加料一段設(shè)定的時間， 然后飼料箱電機反轉(zhuǎn)并停止向喂料箱中加料。飼料 箱口閉合后喂料箱電機正轉(zhuǎn)，開始向食槽中喂料，一 段設(shè)定的時間后電機反轉(zhuǎn)，喂料口閉合停止喂料，小 車繼續(xù)前進開始對下一個圈進行喂料。小車前進過 程中碰到加料箱下的行程開關(guān)，停下并向小車飼料箱 中加料，一段時間后小車繼續(xù)前進喂料。系統(tǒng)軟件實現(xiàn):

17、三菱 PLC 提供的編程軟件為FXGP_WIN C，可用梯形圖、指令表和順序功能圖來 寫入和編輯程序，可以進行編程語言之間的相互轉(zhuǎn) 換; 可以用梯形圖和順序功能圖監(jiān)視可編程序控制器 的運行，同時顯示各種各樣功能的窗口，也可以在梯形圖、指令表和順序功能圖程序窗口間切換，同時對他們進行編輯5。本程序運用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式進行編程，編程完后可以在線進行調(diào)試，直到程序滿足要求為止。圖4程序流程圖3 結(jié)論1) 本自動喂料小車可以有效地解決管道喂料中出現(xiàn)的管道飼料殘留，管道堵塞和管道老化，人工喂料中喂料不規(guī)范等問題。小車結(jié)構(gòu)簡單，大大提高了喂料的效率。2) 經(jīng)過理論證明本控制系統(tǒng)程序可行，穩(wěn)定性和可操

18、作性好。.4設(shè)計心得  為期三星期的課程設(shè)計轉(zhuǎn)瞬即逝，通過緊張的計算和設(shè)計，我們圓滿的完成了此次機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的課程設(shè)計。  機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是一門綜合性課程，它是一門機械技術(shù)與微電子技術(shù)的交叉學科。隨著機械技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，機械技術(shù)與微電子技術(shù)的相互滲透越來越快。本次設(shè)計的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺就是機電有機結(jié)合的產(chǎn)品。 在設(shè)計過程階段，遇到了許多困難。在老師和同學的幫助下，最終把問題一一解決了。在做控制系統(tǒng)設(shè)計時遇到了較大的難題。由于以前對PLC控制部分知識沒有掌握扎實，所以在控制 程序設(shè)計也比較困難。通過本次課程設(shè)計之后也使自己更深一步的了解程序編寫。通過本次課程設(shè)計之后，使自己對課本上的東西有更加深刻的的認識。由于自己的能力有限，設(shè)計中難免也存在不少細節(jié)上的錯誤，希望老師指出改正，并感謝老師您對我們的教育參考文獻:1 欒遠