2773 规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真
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12 届毕业设计规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真设计说明书学生姓名 郭小龙 学 号 8011208226 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机械 12-2 指导教师 周岭 日 期 2012-5-24 塔里木大学教务处制1规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真1.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 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。塔里木大学毕业设计21.6 设计流程图 2-22.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 2-11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,刷子组由液压升降塔里木大学毕业设计3系统控制,待运动到指定位置后,锁定位置。然后开启板式运输机机构开关,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 2-3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。塔里木大学毕业设计42.3 Solidworks 三维模型视图图 2-43.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 3-1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。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: 250/kgm单人作业,使用便利整机的外观塔里木大学毕业设计52m0.9.7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: .651lShkg3.1.4 板式运输机设计计算设定长度: ;运输能力: ;链速: 。L50Q3/minva. 运输能力计算按连续运行的计算公式,其运输能力为:3.6F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:3.6Q式中 刮板输送机的运输能力,t/h;中部槽物料运行时的断面积,;F装满系数;物料的散碎密度, ;3/kgm刮板链速, 。v/s由任务书知 =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 210/kg可得:2150.3.6.3QFvb.运行阻力 zkW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:11()cos()sinzkqLgqLg刮板链在空段直线段的运行总阻力为:1ink式中 重段直线段的总阻力,N;z空段直线段的总阻力,N;k中部槽单位长度上的装物料量, ;q/kgm板链单位长度的质量, ;1 /刮板输送机的长度,m;L物料在槽内运行的阻力系数;刮板链在槽内运行的阻力系数;1重力加速度, ;g2/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:塔里木大学毕业设计6()10%fjzkW中部槽单位长度的装物料量: .93/3.6.QqkgmV取 w=0.5,查表链表得 ;取 ,根据具体使用情况,取15;w1.05Qkg1Lm,估算得:0ozkN4估算弯曲段的附加阻力为: ()10%.(3504)9.5fjzkWN则直线段的运行总阻力: 359.8.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:10lz则饶经曲线段的阻力为: .W.389.5.l N则刮板输送机运行总静负荷为: .42.jlzd.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:ocsosvR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 ,逐渐减小到 0,再逐渐增加到 。链轮继续旋转时,另一个轮齿02a02a在相遇点与链条啮合,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: 002a式中 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 。链速的变化范围:0cos2aRv,由于链速的变化,链条运动中就有加速度,链0a条运动的加速度为:2sindvt链条运动的加速度也随 角变化,其变化范围为:塔里木大学毕业设计72200sinsinRaR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 角所需时间。最大加速度的绝对值为:020maxsinR由链轮的几何关系得:0sil2max1l式中 链条最大加速度;a链轮旋转的角速度;链节距;lR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- 增到+ ,在这瞬间的加速度为 2 。如果maxax max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 。由于这一负荷是瞬间施加的,m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 计。ax考虑到这个变化瞬间,后一个轮齿啮合之前的加速度为 ,其惯性力与链条运动方向相同,因ax此,链条实际所受的最大动负荷按下式计算 :maxaxmax2()3dW实际上,链条不是刚体,在张力作用下它有变形。板式输送机用的滚子链,其刚度视不同规格为(26) N,作为弹性体的链条,链轮传给它的牵引力,不能同时作用在整条链子上,710而有一定的传播速度,也不是整条链子都是一个相同的加速度,参与加速度运动的质量也不是整条链子及所带的负载。因此,式中只可用在链子很短的情况。对于弹性链,只要不在共振条件下运行,链条所受的最大动负荷,比用此式计算的要小。输送机的板链,在承载后被物料埋在槽内,沿槽底滑动运行,由于其工作条件复杂多变,虽已进行了许多研究,还不能准确的计算出其动负荷。所以目前近似的按静负荷的 20%计算。则动负荷为: 0.2.428.5.69jingdWNf.总运行阻力综上可得总运行阻力 为:zong.69.1.4zongjdg.动力机功率 P驱动轴上的功率 为:001zongv为传动装置效率,取 0.8;塔里木大学毕业设计8则计算得: 0514.30.198PKW考虑到采难以准确计算的额外阻力,实际配备的电动力机功率应比 增加 15%到 20%的备用0P量,则动力机功率: 01.2.3.2由于在运行过程的损耗对物料做功,真实的功率比轮轮值要大 1.5 倍,取:35Pw又考虑有时可能倾角大于 25 度或其他原因使工作阻力偏大,固选择动力机机功率为 0.5KW。3.1.5 板运输机型号选择 技术规格表 3-1型号 平板宽度(mm)牵引链节距(mm)允许载重量(kg/m)须用牵引力(N)运行速度(m/min)电机功率KwPL65 650 168 80 500N 3 13.1.6 板式运输机关键零部件板式运输机构,主要是进行链轮的设计链轮的主要尺寸(mm)见表 3-2分度圆直径 d齿顶圆直径 ad齿根圆直径 fd齿高 ah确定的最大轴凸缘直径 gd170 178 154 8滚子轮链轮轴向齿廓尺寸见表 3-3齿宽 1fb齿侧倒角 ab齿侧半径 ra ar齿全宽 fb15 4 25.4 15图 3-2塔里木大学毕业设计93.1.7 拉紧装置结构设计图 3-31拉紧装置底座;2拉紧顶盖;3滑块;4调紧螺母螺栓工作原理:当链轮组合松弛时,调节 4 螺母使滑块 3 向左右移动即时张紧链轮。3.2 刷子机构设计计算3.2.1 材料参数刷子叶片所用材料是 POM 树脂具有良好的力学性能,工程上常用该材料代替金属。3.2.2 刷子机构结构设计图 3-41刷子机构支架;2刷子叶片(右边为断面截图) ;3皮带轮工作原理:工作状态后,由 3 皮带轮带动中心轴转动,中心轴与 2 刷子叶片紧密配合专递转矩,使叶片以一定的速度旋转,叶片就可以轻而易举的与地面的羊粪颗粒作用完成动作。3.2.3 刷子叶片设计计算刷子叶片长度 ,在刷子叶片拨动瞬间,羊粪在长度 的范围内有,60Lm 60Lm与刮板叶片产生碰撞,有:4.2Mkg219.8053.2/mhvvs有 ,取转速 ,假设作用时间 ,有:3./s40.1ts塔里木大学毕业设计104.21680FTmvN内刷子旋转时与羊粪颗粒切向作用力是: 168羊粪颗粒产生的力矩为: .1.68MFLM刷子参与旋转部分产生的转矩有;将刷子刮板简化为一个直径为 200mm 轴刷子叶片质量: 20.50.234mvkg刷子产生转矩,转换为功率为: .153066nPMww3.3 刷子机构升降系统3.3.1 刷子机构升降系统工作原理以及主要结构基本结构有:推杆、推杆滑块以及伸缩支架(刷之机构) ,还车架部分组成。图 3-3工作时,两个支点代替机架,上方支点是刷子机构 做源头运动的固定点;下方支点支点是L推杆的中心点之间距离用 表示,推杆机构 与滑块相连; 围绕支点做圆周运动,通过滑块1L22的作用,使得滑块沿杆件 方向运动,而杆件 围绕支点也做圆周运动。完成杆件 在竖直方向L的位移投影动作,达到伸缩的效果。塔里木大学毕业设计113.3.2 刷子升降机构设计计算图 3-4由于刷子升降机构的外形比较复杂,为了计算方便简化为如图所示结构进行受力分析。设计参数:将刷子机构简化为一杆件,在杆件尾部有一质点,质量为 20kg;机架部分两支撑点间距离 ;推杆 ;刷子机构臂长为 ;机架部分两支撑点间距离124Lm250Lm70Lm与推杆 间的夹角 a 是变化的;推杆 在转动时的角速度为 ;1 3/inwrada.静止时受力分析过程如下:建立理学平衡方程;以刷子机构 臂为研究对象有;60在竖直方向; 1,xxFmg在水平杆件方向有: yy对 o 点取距则有:1211211()0,cs)sin()cos0x yMFLawFLawmgL由于多了个因素是未知的这个力系很难求解;(1)经过比对可知, 愈小 在杆件方向的作用力越大,同样的条件对于 沿杆件方向原L来越大小,垂直于杆件方向越来越大。我们先计算杆件 沿杆件方向的拉压,杆件 弯曲变形最大时,杆件 是保持在水平方向的,有:; ,取10w124sin0.925Lasin0.5a以刷子机构臂为研究对象有:在水平方向: 1,xxF在竖直方向有: 10,0yymg129.8/16Nk塔里木大学毕业设计12对 o 点取距则有:1212()0,cs(sin)0xyMFLaLamgL由式可知: o345034.17y 。 。19670.25csxFN(2)经过分析可知:刷子机构杆件 在作圆周运动时,在 时,杆件的拉伸压缩变形最大。L12aw根据杆件之间的几何关系有方程,可知 , ;8o4o以刷子机构臂为研究对象有:在竖直方向:;0yF0xymg196xN在竖直方向有:;y1y10对 o 点取距则有: 0();MF1211211cssin()cos0x yLawLawmgL5o45084ow由上式解得: 196708.2xFN沿杆件方向的剪切力分量; 1cos4Nx5.532.ob.运动平衡设计计算我采用动量定理建立作用力于动量变化之间的关系,说明质点相对于系统中的运动规律。质点和指点系的动量矩质点的动量距; ()()oMmvrv质点系的动量矩; nooiiL质点对于某点 o 的动量矩矢在通过该死按的在 z 轴上的投影等于质点对于该轴的动量矩,有:zJw对于杆件 的角速度为 ;设计计算杆件 角速度角加速度。2L23/minrad1L塔里木大学毕业设计13图 3-5如图 3-5,以刷子机构手臂 L 为研究对象;杆件 L 上点 A 的轨迹在杆件方向是变化的,也就是说以 O 点为圆心杆件 L 做直径变化的运动。角速度时变得,故产生了角加速度 oa.在同一点处线速度在一个方向的分量是相同的。有:在沿垂直于杆件 L 方向上,杆件 2这个方向上的速度分量:2cosvwa杆件 L 在 A 点的线速度为: 112()又知: v对杆件 L 质量简化为质点 M,点的转动惯量。将刷子机构部件简化为一根实心轴, 60;20lmD图 3-6轴的自传转动惯量为: 2(3)1mJRl2220(60)3.9kgmkg动量矩为: 21MJw23.95.8N简化为一质点时围绕 O 点时,转矩为:()()omvr12cos)aLw由于 a和 1是变化的所以我们以一个状态分析。令 130,oaw,有:塔里木大学毕业设计141cos(30)()70259.oMmvkgmwNM重力力矩为: 19.8701.2gLN总力矩为 0129.3.5.M推杆件 2为摇杆件 至少提供 W,至少满足0WL;计算杆件 2正常运动时工作最小功率:158.158.NPwts3.4 其他机构零件的设计规模化养殖羊圈废弃物清除机,包括的零件很多。有传动系统、机架部分以及水箱喷水系统、药箱喷药系统和标准件(螺栓、联轴器和离合器等) 。4.整机三维实体建模规模化养殖羊圈清除机设计进行到现在已经完成了结构的设计计算,以及关键零部件的校核,绘制好主要部件 cad 图纸,我开始了整机的实体建模。Solidworks 是功能强大的三维 cad 设计软件,是美国 SolidWorks 公司开发的一 windows 操作系统为平台的设计软件。Solidworks 相对于其他 cad 设计软件来说,简单易学,具有高效的、简单的实体建模功能,并可以利用 solidworks 集成的辅助功能对设计的实体模型进行一系列计算机辅助分析,能够更好的满足设计需要,节省成本,提高工作效率。它广泛应用于机械设计、工业设计、电装设计、消费品产品以及通信器材设计、汽车制造设计、航空航天飞行器设计等领域,所以我选用了这款软件。Solidworks 是基于 cad 软件而开发的一套模型建立的软件,它为产品设计团队提供了所有必要的机械设计、验证、运动模拟、数据管理和交流工具。我们下面就是利用 SolidWorks 强大的建模功能,完成整机的建模过程。4.1 Solidworks 软件概述我用到是 SolidWorks2006 版,该版本为用户提供了模型的布景、草图绘制、特征、零件、装配体、运算实例、工程图以及有线元分析等方面的功能。我下面就对机器利用 SolidWorks 的部分功能进行建模。Solidwors 的工作桌面如图 4-1塔里木大学毕业设计15图 4-14.2 建模过程4.2.1 零件的绘制规模化养殖羊圈废弃物清除机的零部件间数目庞大,我只拿其中的一个说明。刷子机架建模过程:打开界面,点击【新建】 ,点击【零件】 ,绘制零件:点击【草图绘制】 ,点击【特征】 ,建模完成,点击【保存】 。图 4-24.2.2 装配体建模过程装配体建模过程很复杂,我就装配体建模为大家做一个详细的分析。装配体装配的步骤如下:第一步,建立新的装配体,将车机架插入界面。塔里木大学毕业设计16图 4-3第二步,再将拉紧装置装配到机架上,拉紧装置是与链轮轴配合的成对出现。如图图 4-4第三步,进行从动链轮机构,从动链轮轴以及链轮的装配塔里木大学毕业设计17图 4-5第四步,进行装轴承以及轴承端盖,螺钉等装配图 4-6第五步,接下来进行主动链轮的装配塔里木大学毕业设计18图 4-7第六步,进行主轴轴承、套筒以及端盖等装配图 4-8第七步,进行皮带轮传动系统的装配塔里木大学毕业设计19图 4-9第八步,进行水箱、药箱系统装配,由于水箱里的水是喷水管道系统,因此需要动力,通过皮带轮传递给水箱、药箱喷射系统。图 4-10第九步,进行板式运输机板连部分的装配,塔里木大学毕业设计20图 4-11第十步,进行机体前箱体的装配图 4-12第十一步,安装刷子机构伸缩推杆机构,进行装配。塔里木大学毕业设计21图 4-13第十二步,刷子机构的装配。图 4-14第十三步,羊粪进口装在机架前架上,运送由刷子机构刮过来的羊粪,保证进入运输机构的底端塔里木大学毕业设计22图 4-15第十四步,处理机车轮机构的装配图 4-16第十五步,装料槽推把机构的安装塔里木大学毕业设计23图 4-17第十六步,汽油机机构安装装配图 4-18第十七步,其他机构安装后,清除机整个建模完成。塔里木大学毕业设计24图 4-19整个建模过程已经完成,其中我没有对其中的传动机构具体设计,包括传动比的分配,传动装置等,这个模型建立起来以后,开始对机器的运动仿真,运动仿真包括板式运输机构的仿真、刷子系统刷子叶片旋转仿真以及刷子伸缩机构运动仿真。由于对 solidworks 软件的应用技术的掌握程度的限制,建模外形不够美观,许多细节方面的工作没有做到位。塔里木大学毕业设计255.总结从开始接到毕业设计题目历时半年,在周岭导师精心指导之下圆满完成任务。接到这个题目后,通过查阅相关的资料,了解到设计相关的设计题目非常少。经过研究发现清除机有这几个特点:清除机自备动力源而且它要运动灵活,单人即可操作,最好是边运动边将羊粪收集起来,收集起来的羊粪可以做庄稼地离得肥料,也可以做发酵池里的原料;更为高级的应用则是,经过处理做成动物的肥料。 经过老师指导后,确定了设计的方案,机器开始慢慢成形,机器源于一个关于兔圈粪便清除的专利。通过分析比对,我觉得要实现羊粪的回收必须有三大难题:第一,羊粪扫除机构设计;第二,解决羊粪推集问题;第三,装羊粪槽及时跟换。通过分析得出一下几点结论:a.羊粪扫除机构,对于这个机构我有三种方案:第一种,吸盘式结构,类似于吸尘器的吸盘,但是这种结构需要很大的动力,不符合要求,而且羊将羊粪排除体外时,羊粪是湿的,很容易与地面粘接在一块,被羊踩烂的养分根本无法收集;第二种,是类似于铲车的运动版羊粪铲到装料槽里,这样的结构是最容易实现的,可是它在铲的时候就不能装料,再装料的时候车必须停下来,否则羊粪清除不干净,效率太低了;第三种,就像是小麦联合收割机的割刀运动方式,旋转刀头,从中得到启发,就是将刷子做成一个回转体,围绕自身中心轴线运动,实现清除功能。b.羊粪不断地堆积,需要一种连续运输的机构不断地将羊粪运走,运输机构有很多种,有皮带运输机构,有链轮运输机构,还有螺旋运输机构,和振动运输机构。通过对每一种运输机构分析比对,确定用链轮运输机构,查阅相关资料得知,链轮运输机构有好多种,针对每一种进行分析比对,用板式运输机构,在设计的时候参照了山矿连续运输机的设计过程按照我设定的参数确定下来了设计方案,进行设计计算。塔里木大学毕业设计26致谢毕业设计在周老师和小组的其他老师的精心指导之下圆满完成。设计初由于原始资料很少,在开阶段都在处于不断地摸索状态,好在有老师在一旁指导,机器涉及到好多结构。要自己设计的结构有很多,在这么短的时间里完成设计是不可能的,我主要针对了板式运输机构的设计,刷子机构设计的,和刷子伸缩机构的设计。其他的附属机构结构没有设计。但是没有涉及的结构的不代表是不重要,而是我的设计的侧重点没有放到这一部分。在设计的过程中,遇到不少的问题,离不开老师们的指导,现在毕业设计已经初步完成。在周老师的指导下对机型的个别机构进行修改,使得这个机型越发的完善。当然这个机型有很多的缺点,如果有可能我会在以后的学习当中完善。感谢指导老师,感谢所有指导过我的老师,同时也感谢所有在大学之中带过我课的老师!塔里木大学毕业设计27参考文献1袁纽.运输机械设计手册.北京:化工出版社,1991.2王宪平.理论力学.6 版.北京:高等教育出版社,2008.3刘鸿文.材料力学.4 版.徐州:中国矿业大学出版社,2008.4吴宗泽.机械设计课程设计手册.3 版.北京:高等教育出版社,2006.5张彦青,杨作梅.SolidWorks2009 基础教程.北京:清华大学出版社,2009.6张轩,王停战,郭旭伟.Autocad2007 机械制图基础与工程范例.北京:清华大学出版社.2008.7濮良贵,纪明刚.机械设计.8 版.北京:高等教育出版社,2006.塔里木大学毕业设计28附录表 8-1发动机型号 Engine mode 1E40FA 1E43FA 1E45FA 1E47FA发动机型式 Engine type 单缸、风冷、两冲程 Single cylinder,Air-cooled,2stroke缸径行程 Borestoke 4038 4340 4540 4740排量 Displacement(cc) 48 55 60 70最大输出功率 Max.Powe(kw/rpm) 1.18/5000 1.6/5500 1.8/5500 2.1/5000点火系统 Type of Ignition磁电机无触点电感储能式 Magnetoes non-contact induetion power storage启动方式 Start mode 脚踏启动 Pedal Start净重 Net weitht(kg) 9.2 9.5 9.8尺寸 Dimensions(mm) 240120290图 8-1POM 树脂部分性能参照如下表表 8-2性能指标 均聚 POM 共聚 POM 25%GFPOM塔里木大学毕业设计29相对密度 吸水率,% 成型收缩率,% 拉伸强度,MPa 断裂伸长率,% 拉伸模量,MPa 弯曲强度,MPa 弯曲模量,MPa 压缩强度,MPa 剪切强度,MPa 缺口冲击强度, (J/m) 洛氏硬度 疲劳极限,MPa 1.43 0.25 1.53 70 40 90 3160 2880 127 67 76 M94 35 1.41 0.21 1.53.5 62 60 98 2830 2600 110 54 65 M80 1.61 130 182 8300 7600 86 规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真,塔里木大学12届毕业设计,学生:郭小龙 班级:机械设计12-2 指导老师:周岭,清除机设计简介,清除机设计计算和结构设计,清除机三维仿真,2,3,1,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,包括两方面内容:结构的设计计算与结构设计和整机建模仿真。前期通过大量的文献确定下来构成机器的主要结构,这些结构有:运输机构、刷子机构、刷子伸缩机构等相关机构。后期完善图纸,建立模型进行三维模型的仿真。,清除机的特点,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。,塔里木大学12届,清除机设计算和结构仿真,清理机工作原理,工作原理: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。,塔里木大学12届,清理机设计计算和结构设计,1.板式运输机机构设计计算 2.刷子机构设计和伸缩结构计算 3.其他结构设计计算,塔里木大学12届,板式运输机拉紧装置,1.板式运输机机构重要结构,塔里木大学12届,2 .刷子机构和刷子伸缩设计,塔里木大学12届,3 .其他结构,包括(机架、传动系统、板式运输机链轮链板,以及其他的相关机构)。,塔里木大学12届,清理机的三位实体仿真,塔里木大学12届,至此,规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真演示完毕!,感谢各位老师莅临指导!, 12 届毕业设计规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真设计说明书学生姓名 郭小龙 学 号 8011208226 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机械 12-2 指导教师 周岭 日 期 2012-5-24 塔里木大学教务处制1规模化养殖羊圈废弃物清除机设计与仿真1.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 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。塔里木大学毕业设计21.6 设计流程图 2-22.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 2-11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,刷子组由液压升降塔里木大学毕业设计3系统控制,待运动到指定位置后,锁定位置。然后开启板式运输机机构开关,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 2-3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。塔里木大学毕业设计42.3 Solidworks 三维模型视图图 2-43.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 3-1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。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: 250/kgm单人作业,使用便利整机的外观塔里木大学毕业设计52m0.9.7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: .651lShkg3.1.4 板式运输机设计计算设定长度: ;运输能力: ;链速: 。L50Q3/minva. 运输能力计算按连续运行的计算公式,其运输能力为:3.6F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:3.6Q式中 刮板输送机的运输能力,t/h;中部槽物料运行时的断面积,;F装满系数;物料的散碎密度, ;3/kgm刮板链速, 。v/s由任务书知 =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 210/kg可得:2150.3.6.3QFvb.运行阻力 zkW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:11()cos()sinzkqLgqLg刮板链在空段直线段的运行总阻力为:1ink式中 重段直线段的总阻力,N;z空段直线段的总阻力,N;k中部槽单位长度上的装物料量, ;q/kgm板链单位长度的质量, ;1 /刮板输送机的长度,m;L物料在槽内运行的阻力系数;刮板链在槽内运行的阻力系数;1重力加速度, ;g2/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:塔里木大学毕业设计6()10%fjzkW中部槽单位长度的装物料量: .93/3.6.QqkgmV取 w=0.5,查表链表得 ;取 ,根据具体使用情况,取15;w1.05Qkg1Lm,估算得:0ozkN4估算弯曲段的附加阻力为: ()10%.(3504)9.5fjzkWN则直线段的运行总阻力: 359.8.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:10lz则饶经曲线段的阻力为: .W.389.5.l N则刮板输送机运行总静负荷为: .42.jlzd.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:ocsosvR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 ,逐渐减小到 0,再逐渐增加到 。链轮继续旋转时,另一个轮齿02a02a在相遇点与链条啮合,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: 002a式中 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 。链速的变化范围:0cos2aRv,由于链速的变化,链条运动中就有加速度,链0a条运动的加速度为:2sindvt链条运动的加速度也随 角变化,其变化范围为:塔里木大学毕业设计72200sinsinRaR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 角所需时间。最大加速度的绝对值为:020maxsinR由链轮的几何关系得:0sil2max1l式中 链条最大加速度;a链轮旋转的角速度;链节距;lR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- 增到+ ,在这瞬间的加速度为 2 。如果maxax max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 。由于这一负荷是瞬间施加的,m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 计。ax考虑到这个变化瞬间,后一个轮齿啮合之前的加速度为 ,其惯性力与链条运动方向相同,因ax此,链条实际所受的最大动负荷按下式计算 :maxaxmax2()3dW实际上,链条不是刚体,在张力作用下它有变形。板式输送机用的滚子链,其刚度视不同规格为(26) N,作为弹性体的链条,链轮传给它的牵引力,不能同时作用在整条链子上,710而有一定的传播速度,也不是整条链子都是一个相同的加速度,参与加速度运动的质量也不是整条链子及所带的负载。因此,式中只可用在链子很短的情况。对于弹性链,只要不在共振条件下运行,链条所受的最大动负荷,比用此式计算的要小。输送机的板链,在承载后被物料埋在槽内,沿槽底滑动运行,由于其工作条件复杂多变,虽已进行了许多研究,还不能准确的计算出其动负荷。所以目前近似的按静负荷的 20%计算。则动负荷为: 0.2.428.5.69jingdWNf.总运行阻力综上可得总运行阻力 为:zong.69.1.4zongjdg.动力机功率 P驱动轴上的功率 为:001zongv为传动装置效率,取 0.8;塔里木大学毕业设计8则计算得: 0514.30.198PKW考虑到采难以准确计算的额外阻力,实际配备的电动力机功率应比 增加 15%到 20%的备用0P量,则动力机功率: 01.2.3.2由于在运行过程的损耗对物料做功,真实的功率比轮轮值要大 1.5 倍,取:35Pw又考虑有时可能倾角大于 25 度或其他原因使工作阻力偏大,固选择动力机机功率为 0.5KW。3.1.5 板运输机型号选择 技术规格表 3-1型号 平板宽度(mm)牵引链节距(mm)允许载重量(kg/m)须用牵引力(N)运行速度(m/min)电机功率KwPL65 650 168 80 500N 3 13.1.6 板式运输机关键零部件板式运输机构,主要是进行链轮的设计链轮的主要尺寸(mm)见表 3-2分度圆直径 d齿顶圆直径 ad齿根圆直径 fd齿高 ah确定的最大轴凸缘直径 gd170 178 154 8滚子轮链轮轴向齿廓尺寸见表 3-3齿宽 1fb齿侧倒角 ab齿侧半径 ra ar齿全宽 fb15 4 25.4 15图 3-2塔里木大学毕业设计93.1.7 拉紧装置结构设计图 3-31拉紧装置底座;2拉紧顶盖;3滑块;4调紧螺母螺栓工作原理:当链轮组合松弛时,调节 4 螺母使滑块 3 向左右移动即时张紧链轮。3.2 刷子机构设计计算3.2.1 材料参数刷子叶片所用材料是 POM 树脂具有良好的力学性能,工程上常用该材料代替金属。3.2.2 刷子机构结构设计图 3-41刷子机构支架;2刷子叶片(右边为断面截图) ;3皮带轮工作原理:工作状态后,由 3 皮带轮带动中心轴转动,中心轴与 2 刷子叶片紧密配合专递转矩,使叶片以一定的速度旋转,叶片就可以轻而易举的与地面的羊粪颗粒作用完成动作。3.2.3 刷子叶片设计计算刷子叶片长度 ,在刷子叶片拨动瞬间,羊粪在长度 的范围内有,60Lm 60Lm与刮板叶片产生碰撞,有:4.2Mkg219.8053.2/mhvvs有 ,取转速 ,假设作用时间 ,有:3./s40.1ts塔里木大学毕业设计104.21680FTmvN内刷子旋转时与羊粪颗粒切向作用力是: 168羊粪颗粒产生的力矩为: .1.68MFLM刷子参与旋转部分产生的转矩有;将刷子刮板简化为一个直径为 200mm 轴刷子叶片质量: 20.50.234mvkg刷子产生转矩,转换为功率为: .153066nPMww3.3 刷子机构升降系统3.3.1 刷子机构升降系统工作原理以及主要结构基本结构有:推杆、推杆滑块以及伸缩支架(刷之机构) ,还车架部分组成。图 3-3工作时,两个支点代替机架,上方支点是刷子机构 做源头运动的固定点;下方支点支点是L推杆的中心点之间距离用 表示,推杆机构 与滑块相连; 围绕支点做圆周运动,通过滑块1L22的作用,使得滑块沿杆件 方向运动,而杆件 围绕支点也做圆周运动。完成杆件 在竖直方向L的位移投影动作,达到伸缩的效果。塔里木大学毕业设计113.3.2 刷子升降机构设计计算图 3-4由于刷子升降机构的外形比较复杂,为了计算方便简化为如图所示结构进行受力分析。设计参数:将刷子机构简化为一杆件,在杆件尾部有一质点,质量为 20kg;机架部分两支撑点间距离 ;推杆 ;刷子机构臂长为 ;机架部分两支撑点间距离124Lm250Lm70Lm与推杆 间的夹角 a 是变化的;推杆 在转动时的角速度为 ;1 3/inwrada.静止时受力分析过程如下:建立理学平衡方程;以刷子机构 臂为研究对象有;60在竖直方向; 1,xxFmg在水平杆件方向有: yy对 o 点取距则有:1211211()0,cs)sin()cos0x yMFLawFLawmgL由于多了个因素是未知的这个力系很难求解;(1)经过比对可知, 愈小 在杆件方向的作用力越大,同样的条件对于 沿杆件方向原L来越大小,垂直于杆件方向越来越大。我们先计算杆件 沿杆件方向的拉压,杆件 弯曲变形最大时,杆件 是保持在水平方向的,有:; ,取10w124sin0.925Lasin0.5a以刷子机构臂为研究对象有:在水平方向: 1,xxF在竖直方向有: 10,0yymg129.8/16Nk塔里木大学毕业设计12对 o 点取距则有:1212()0,cs(sin)0xyMFLaLamgL由式可知: o345034.17y 。 。19670.25csxFN(2)经过分析可知:刷子机构杆件 在作圆周运动时,在 时,杆件的拉伸压缩变形最大。L12aw根据杆件之间的几何关系有方程,可知 , ;8o4o以刷子机构臂为研究对象有:在竖直方向:;0yF0xymg196xN在竖直方向有:;y1y10对 o 点取距则有: 0();MF1211211cssin()cos0x yLawLawmgL5o45084ow由上式解得: 196708.2xFN沿杆件方向的剪切力分量; 1cos4Nx5.532.ob.运动平衡设计计算我采用动量定理建立作用力于动量变化之间的关系,说明质点相对于系统中的运动规律。质点和指点系的动量矩质点的动量距; ()()oMmvrv质点系的动量矩; nooiiL质点对于某点 o 的动量矩矢在通过该死按的在 z 轴上的投影等于质点对于该轴的动量矩,有:zJw对于杆件 的角速度为 ;设计计算杆件 角速度角加速度。2L23/minrad1L塔里木大学毕业设计13图 3-5如图 3-5,以刷子机构手臂 L 为研究对象;杆件 L 上点 A 的轨迹在杆件方向是变化的,也就是说以 O 点为圆心杆件 L 做直径变化的运动。角速度时变得,故产生了角加速度 oa.在同一点处线速度在一个方向的分量是相同的。有:在沿垂直于杆件 L 方向上,杆件 2这个方向上的速度分量:2cosvwa杆件 L 在 A 点的线速度为: 112()又知: v对杆件 L 质量简化为质点 M,点的转动惯量。将刷子机构部件简化为一根实心轴, 60;20lmD图 3-6轴的自传转动惯量为: 2(3)1mJRl2220(60)3.9kgmkg动量矩为: 21MJw23.95.8N简化为一质点时围绕 O 点时,转矩为:()()omvr12cos)aLw由于 a和 1是变化的所以我们以一个状态分析。令 130,oaw,有:塔里木大学毕业设计141cos(30)()70259.oMmvkgmwNM重力力矩为: 19.8701.2gLN总力矩为 0129.3.5.M推杆件 2为摇杆件 至少提供 W,至少满足0WL;计算杆件 2正常运动时工作最小功率:158.158.NPwts3.4 其他机构零件的设计规模化养殖羊圈废弃物清除机,包括的零件很多。有传动系统、机架部分以及水箱喷水系统、药箱喷药系统和标准件(螺栓、联轴器和离合器等) 。4.整机三维实体建模规模化养殖羊圈清除机设计进行到现在已经完成了结构的设计计算,以及关键零部件的校核,绘制好主要部件 cad 图纸,我开始了整机的实体建模。Solidworks 是功能强大的三维 cad 设计软件,是美国 SolidWorks 公司开发的一 windows 操作系统为平台的设计软件。Solidworks 相对于其他 cad 设计软件来说,简单易学,具有高效的、简单的实体建模功能,并可以利用 solidworks 集成的辅助功能对设计的实体模型进行一系列计算机辅助分析,能够更好的满足设计需要,节省成本,提高工作效率。它广泛应用于机械设计、工业设计、电装设计、消费品产品以及通信器材设计、汽车制造设计、航空航天飞行器设计等领域,所以我选用了这款软件。Solidworks 是基于 cad 软件而开发的一套模型建立的软件,它为产品设计团队提供了所有必要的机械设计、验证、运动模拟、数据管理和交流工具。我们下面就是利用 SolidWorks 强大的建模功能,完成整机的建模过程。4.1 Solidworks 软件概述我用到是 SolidWorks2006 版,该版本为用户提供了模型的布景、草图绘制、特征、零件、装配体、运算实例、工程图以及有线元分析等方面的功能。我下面就对机器利用 SolidWorks 的部分功能进行建模。Solidwors 的工作桌面如图 4-1塔里木大学毕业设计15图 4-14.2 建模过程4.2.1 零件的绘制规模化养殖羊圈废弃物清除机的零部件间数目庞大,我只拿其中的一个说明。刷子机架建模过程:打开界面,点击【新建】 ,点击【零件】 ,绘制零件:点击【草图绘制】 ,点击【特征】 ,建模完成,点击【保存】 。图 4-24.2.2 装配体建模过程装配体建模过程很复杂,我就装配体建模为大家做一个详细的分析。装配体装配的步骤如下:第一步,建立新的装配体,将车机架插入界面。塔里木大学毕业设计16图 4-3第二步,再将拉紧装置装配到机架上,拉紧装置是与链轮轴配合的成对出现。如图图 4-4第三步,进行从动链轮机构,从动链轮轴以及链轮的装配塔里木大学毕业设计17图 4-5第四步,进行装轴承以及轴承端盖,螺钉等装配图 4-6第五步,接下来进行主动链轮的装配塔里木大学毕业设计18图 4-7第六步,进行主轴轴承、套筒以及端盖等装配图 4-8第七步,进行皮带轮传动系统的装配塔里木大学毕业设计19图 4-9第八步,进行水箱、药箱系统装配,由于水箱里的水是喷水管道系统,因此需要动力,通过皮带轮传递给水箱、药箱喷射系统。图 4-10第九步,进行板式运输机板连部分的装配,塔里木大学毕业设计20图 4-11第十步,进行机体前箱体的装配图 4-12第十一步,安装刷子机构伸缩推杆机构,进行装配。塔里木大学毕业设计21图 4-13第十二步,刷子机构的装配。图 4-14第十三步,羊粪进口装在机架前架上,运送由刷子机构刮过来的羊粪,保证进入运输机构的底端塔里木大学毕业设计22图 4-15第十四步,处理机车轮机构的装配图 4-16第十五步,装料槽推把机构的安装塔里木大学毕业设计23图 4-17第十六步,汽油机机构安装装配图 4-18第十七步,其他机构安装后,清除机整个建模完成。塔里木大学毕业设计24图 4-19整个建模过程已经完成,其中我没有对其中的传动机构具体设计,包括传动比的分配,传动装置等,这个模型建立起来以后,开始对机器的运动仿真,运动仿真包括板式运输机构的仿真、刷子系统刷子叶片旋转仿真以及刷子伸缩机构运动仿真。由于对 solidworks 软件的应用技术的掌握程度的限制,建模外形不够美观,许多细节方面的工作没有做到位。塔里木大学毕业设计255.总结从开始接到毕业设计题目历时半年,在周岭导师精心指导之下圆满完成任务。接到这个题目后,通过查阅相关的资料,了解到设计相关的设计题目非常少。经过研究发现清除机有这几个特点:清除机自备动力源而且它要运动灵活,单人即可操作,最好是边运动边将羊粪收集起来,收集起来的羊粪可以做庄稼地离得肥料,也可以做发酵池里的原料;更为高级的应用则是,经过处理做成动物的肥料。 经过老师指导后,确定了设计的方案,机器开始慢慢成形,机器源于一个关于兔圈粪便清除的专利。通过分析比对,我觉得要实现羊粪的回收必须有三大难题:第一,羊粪扫除机构设计;第二,解决羊粪推集问题;第三,装羊粪槽及时跟换。通过分析得出一下几点结论:a.羊粪扫除机构,对于这个机构我有三种方案:第一种,吸盘式结构,类似于吸尘器的吸盘,但是这种结构需要很大的动力,不符合要求,而且羊将羊粪排除体外时,羊粪是湿的,很容易与地面粘接在一块,被羊踩烂的养分根本无法收集;第二种,是类似于铲车的运动版羊粪铲到装料槽里,这样的结构是最容易实现的,可是它在铲的时候就不能装料,再装料的时候车必须停下来,否则羊粪清除不干净,效率太低了;第三种,就像是小麦联合收割机的割刀运动方式,旋转刀头,从中得到启发,就是将刷子做成一个回转体,围绕自身中心轴线运动,实现清除功能。b.羊粪不断地堆积,需要一种连续运输的机构不断地将羊粪运走,运输机构有很多种,有皮带运输机构,有链轮运输机构,还有螺旋运输机构,和振动运输机构。通过对每一种运输机构分析比对,确定用链轮运输机构,查阅相关资料得知,链轮运输机构有好多种,针对每一种进行分析比对,用板式运输机构,在设计的时候参照了山矿连续运输机的设计过程按照我设定的参数确定下来了设计方案,进行设计计算。塔里木大学毕业设计26致谢毕业设计在周老师和小组的其他老师的精心指导之下圆满完成。设计初由于原始资料很少,在开阶段都在处于不断地摸索状态,好在有老师在一旁指导,机器涉及到好多结构。要自己设计的结构有很多,在这么短的时间里完成设计是不可能的,我主要针对了板式运输机构的设计,刷子机构设计的,和刷子伸缩机构的设计。其他的附属机构结构没有设计。但是没有涉及的结构的不代表是不重要,而是我的设计的侧重点没有放到这一部分。在设计的过程中,遇到不少的问题,离不开老师们的指导,现在毕业设计已经初步完成。在周老师的指导下对机型的个别机构进行修改,使得这个机型越发的完善。当然这个机型有很多的缺点,如果有可能我会在以后的学习当中完善。感谢指导老师,感谢所有指导过我的老师,同时也感谢所有在大学之中带过我课的老师!塔里木大学毕业设计27参考文献1袁纽.运输机械设计手册.北京:化工出版社,1991.2王宪平.理论力学.6 版.北京:高等教育出版社,2008.3刘鸿文.材料力学.4 版.徐州:中国矿业大学出版社,2008.4吴宗泽.机械设计课程设计手册.3 版.北京:高等教育出版社,2006.5张彦青,杨作梅.SolidWorks2009 基础教程.北京:清华大学出版社,2009.6张轩,王停战,郭旭伟.Autocad2007 机械制图基础与工程范例.北京:清华大学出版社.2008.7濮良贵,纪明刚.机械设计.8 版.北京:高等教育出版社,2006.塔里木大学毕业设计28附录表 8-1发动机型号 Engine mode 1E40FA 1E43FA 1E45FA 1E47FA发动机型式 Engine type 单缸、风冷、两冲程 Single cylinder,Air-cooled,2stroke缸径行程 Borestoke 4038 4340 4540 4740排量 Displacement(cc) 48 55 60 70最大输出功率 Max.Powe(kw/rpm) 1.18/5000 1.6/5500 1.8/5500 2.1/5000点火系统 Type of Ignition磁电机无触点电感储能式 Magnetoes non-contact induetion power storage启动方式 Start mode 脚踏启动 Pedal Start净重 Net weitht(kg) 9.2 9.5 9.8尺寸 Dimensions(mm) 240120290图 8-1POM 树脂部分性能参照如下表表 8-2性能指标 均聚 POM 共聚 POM 25%GFPOM塔里木大学毕业设计29相对密度 吸水率,% 成型收缩率,% 拉伸强度,MPa 断裂伸长率,% 拉伸模量,MPa 弯曲强度,MPa 弯曲模量,MPa 压缩强度,MPa 剪切强度,MPa 缺口冲击强度, (J/m) 洛氏硬度 疲劳极限,MPa 1.43 0.25 1.53 70 40 90 3160 2880 127 67 76 M94 35 1.41 0.21 1.53.5 62 60 98 2830 2600 110 54 65 M80 1.61 130 182 8300 7600 86
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