养殖场自动喂料装置设计[含CAD高清图纸和文档所见所得]
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武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸 本科毕业论文(设计)论文题目:养殖场自动喂料装置设计姓名:学号:班级:年级:专业:学院:指导教师:完成时间:作者声明本毕业论文(设计)是在导师的指导下由本人独立撰写完成的,没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文(设计)引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文(设计)成果归武昌工学院所有。特此声明作者专业:XXXXXX作者学号:XXXXXX作者签名:XX(手写有效)2013年 4 月XX日(手填时间)VII武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸养殖场自动喂料装置设计作者中文名Farm Automatic Feeding Device DesignLiu, Mou mou英文名示例2014年 X 月XX日摘 要目前大型养猪场中使用的喂料方式有人工喂养和管道喂养,但是这些喂养方式都会产生诸如人工喂养中饲料污染、饲料浪费、每日喂料不规范、管道喂养中管道残留饲料和管道堵塞和管道老化等问题。我国是一个养殖业大国,畜禽养殖量全球第一,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畜禽养殖业的发展。但是目前大规模养殖占的总养值比例很小。我国生猪养殖业70% 以上是由农户散养,养殖结构以分散和农户养殖为主,养殖体系很脆弱。本文通过自动喂料小车实现养殖场自动喂料,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。小车前轮只是起到辅助的作用,并没有动力。本文对养殖场自动喂料装置设计进行设计,主要完成机械结构部分设计,最后还对小车的控制系统进行了PLC控制设计。关键词:养殖场;机械结构;自动上料AbstractFeeding methods currently used for large-scale pig farm of artificial feeding and tube feeding, but the Fed will produce problems such as artificial feeding in the feed, feed waste pollution, daily feeding is not standardized, pipeline feeding in the residue feed and the blockage of pipelines and pipe aging. China is a big country of livestock and poultry breeding, the amount of the first in the world, but in backward technology, production facilities is very simple, the breeding benefit difference, this situation has seriously affected the development of animal husbandry in china. But the current large-scale farms account for a very small proportion of the total breeding value. In China more than 70% pig breeding by backyard farms, breeding structure to disperse and farmers farming, breeding system is very fragile.In this paper, the farm automatic feeding through automatic feeding vehicle, automatic feeding car with wheel track structure, the body corner fillet. Automatic feeding carriage of the design of the structure as shown in figure 2. The car front includes Mitsubishi PLC control system and the 1 front wheel traction two part of motor. Car front wheel traction motor is the source power of the car, traction control of opening and closing of the car forward feeding and backward feeding motor. The car rear end comprises a trolley car feed box, feed box, two motors and the car rear part 4. The car feed box is the role of the feed is temporarily stored in the car, start the feed box motor need to feed, feed by feed box opening into the trolley feeding box. Trolley feeding box is the role of feeding and feed from the feed box was added to the feed box, and then feeding box motor starting, feed from the feed box mouth into pigsties trough. Feed box and a feed box is designed to prevent from feeding quantity fluctuation range of each circle is too large, not because the feeding quantity is influenced by different pig growth, and separate design can better reduce feed waste feeding process, saving the cost. Car front wheel just play a supporting role, and no power.This paper carries on the design to the farms automatic feeding device design, mainly completes the design of mechanical structure, and finally to the car control system using PLC control design.Key Words: farms; mechanical structure; automatic feeding武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸 目 录摘 要IVAbstractV目 录VI第1章 绪论11.1本选题研究的目的11.2选题意义11.3国内外发展状况11.5研究内容和方法72. 养殖场自动喂料装置总体方案设计82.1 总体设计要求82.2 自动喂料小车总体结构82.3 传动装置的结构102.4 自动喂料小车车轮组安装结构102.5自动喂料小车行走机构的设计112.6选择车轮与轨道并验算其强度112.6.1轮压值校核及选择车轮和轨道112.6.2车轮疲劳计算122.6.3车轮强度计算122.7 运行阻力计算132.7.1摩擦阻力矩计算132.7.2摩擦阻力计算132.8 选择电动机132.8.1类型的选择132.8.2功率的确定132.8.3工作机的阻力142.8.4电动机的转速的确定142.9计算传动装置的运动参数和动力参数152.10轴的设计与校核172.10.1轴的设计172.10.2 轴的强度校核17第3章 液压部分设计213.1 液压系统原理设计213.2计算液压缸尺寸及工况213.3液压缸主要尺寸确定233.3.1顶升油缸壁厚及外径计算233.3.2工作行程确定24第4章 系统总体设计264.1 总体思路264.2 主电路设计264.3 PLC选型274.4 系统变量定义及分配表274.5 PLC系统接线图284.6系统软件设计28结束语30参考文献31致 谢32武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸第1章 绪论1.1本选题研究的目的 我国是一个养殖业大国,畜禽养殖量全球第一,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畜禽养殖业的发展。但是目前大规模养殖占的总养值比例很小。我国生猪养殖业70% 以上是由农户散养,养殖结构以分散和农户养殖为主,养殖体系很脆弱。目前大型养猪场中使用的喂料方式有人工喂养和管道喂养,但是这些喂养方式都会产生诸如人工喂养中饲料污染、饲料浪费、每日喂料不规范、管道喂养中管道残留饲料和管道堵塞和管道老化等问题。1.2选题意义随着我国养猪场的饲养规模越来越大,国内鸡业发展迅速,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。为克服上述不足,喂料机械有了几次大的飞跃但是它们只适合于大规模的养殖,随着养殖场事业的发展人们更清醒地认识到养殖场实行机械化的重要性,他们正在寻求适应其工作的养殖场设备。饲养过程中的封闭管理、超高的劳动强度加上猪舍内恶劣工作环婉导致许多饲养员很难在猪场长期安心工作,人员极不稳定,随着社会的不断进步和就业机会的增多,饲养员对其工作环境也有了更高的要求,因此目前猪场普遍存在招工难、用工难的问题。实践经验告诉我们,大幅度提高机械化作业程度是解决养猪场用工困难的有效途径和现实出路,特别是采用高效率的自动输料与喂料系统的省工效果最为显著。1.3国内外发展状况从世界自动喂料机的发展状况来看,德国、日本等国家工业发展起步较早,联邦德国于20世纪40年代就开始研制振动给料设备,包括振动给料斗、振动输送机等;日 本50年代末期通过仿制联邦德国的振动电机,由安川电机(株)和井上精机(株)共同开发出新型的振动电机,生产出RFH型惯性共振自动喂料机等。经过多年的发 展,目前这些国家的自动喂料机技术已经比较成熟、产品质量较好。我国自动喂料机行业起步相对稍晚,由于整体制造业技术水平的相对落后,国产自动喂料机产品普遍在工作性能和通用化等方面与国际水平相比存在着一定差距。其主要表现 在自能力等方面有待进一步提高。但是随着国民经济的快速增长以及国家政策的 扶持力度的加大,我国自动喂料机行业的发展速度较快,技术水平也有了较大程度的提高。其次,另一个是对小车轨道设计的主要问题。小车轨道承受荷载在汽车运行是非常大的,所以为了满足高负荷能力,有必要采用共轨压力板仪。小车轨道采用标准轨道,轨道与支持,为了增加受力面积,增加轨道的承载能力。此外,如何消除啃轨现象小车轨道是一个亟待解决的难题。纵观国内自动喂料机的发展历程,20世纪50年代,国内应用的主要是K型机械往复式自动喂料机,该机型结构简单,动力消耗较大,设备笨重,处理量小 且成间接成堆式不均匀给料;60年代出现了电磁振动自动喂料机,其主要利用电磁感应原理进行给料工作,具有处理能力大、结构紧凑、质量轻、可无级调速以及电耗 少等特点,然而该型自动喂料机局限于非防爆场合,并且不适合于密度较大矿石的给料工作;70年代末至80年代初,旨在改进电磁振动自动喂料机缺点的电机振动自动喂料机 应运而生,该机型结构简单,自动调节同步运动,但由于电机参振,使得该型自动喂料机在使用过程中出现电机寿命较短等一系列技术缺陷;,现有的连续自动喂料机在低噪音、低功耗、大运量和连续给料等方面都具有各自的优势和适用范围,不同的应用条 件对于自动喂料机的功能要求也不同,因此,自动喂料机在技术设计上更加具有针对性。国家支持农村集体经济组织、农民和畜牧业合作经济组织建立畜禽养殖场、养殖小区,发展规模化、标准化养殖。乡(镇)土地利用总体规划应当根据本地实际情况 安排畜禽养殖用地。农村集体经济组织、农民、畜牧业合作经济组织按照乡(镇)土地利用总体规划建立的畜禽养殖场、养殖小区用地按农业用地管理。畜禽养殖 场、养殖小区用地使用权期限届满,需要恢复为原用途的,由畜禽养殖场、养殖小区土地使用权人负责恢复。在畜禽养殖场、养殖小区用地范围内需要兴建永久性建 (构)筑物,涉及农用地转用的,依照中华人民共和国土地管理法的规定办理。近20多年来,我国养殖业发展迅速,取得了可喜的业绩,肉、蛋、禽总产量连续保持世界第一,对改善人民生活水平,调整人们膳食结构、提高农民收入做出了巨 大的贡献。但不可避免地产生了大量的“畜产公害”,畜禽粪便、养殖污水任意堆弃、排放现象普遍存在,养殖场集中地区环境恶化,间接地对水源、土壤空气等产 生污染。按粪便排泄量计算,1头猪的排粪量相当于2个人的排粪量,而按BOD5(生化需氧量) 的排泄量计,则1头猪相当于13个人。按我国1999年养猪5.2亿头计,其粪便排泄量和BOD5 排泄量分别相当于10.4亿人和67.6亿人;1只鸡的粪便排泄量和BOD5排泄量分别相当于0.1人和0.68人的排粪量,按我国1999年养鸡30亿 只计算,其粪便排泄量和BOD5排泄量分别相当于3亿人和20.4亿人的排粪量。再加上鸭、鹅、牛等其它家畜家禽的排泄物,其数量之巨可想而知。如今对畜 禽排泄物的处理已成为集约化养殖业的负担,对养殖场环境的控制到了迫在眉睫的地步。养殖场环境控制主要包括两方面内容:一是控制养殖场环境免受外界的影响和污染;二是防止养殖场对自身及周围环境造成不良影响和污染。本文针对后者作一浅析。养殖场对环境的污染包括养殖场产生的有毒有害气体、粉尘、病原微生物、噪声、未被动物消化吸收的有机物、矿物质等,究其原因主要是养殖粪污处理不当,对大气、水体、土壤造成的污染。养殖粪污包括畜禽粪便、废弃的垫草垫料、生产及生活污水等。1.养殖场对大气的污染养殖场产生的有毒有害气体、粉尘、病原微生物等排入大气后,可随大气扩散和传播。当这些物质的排出量超过大气环境的承受力(自净能力)时,将对人和动物造成危害。据测,一个年出栏10万头的猪场,每小时可向大气排出近148千克氨气(NH3)、13.5千克硫化氢(H2S)、24千克粉尘和14亿个菌体,这些物质的污染半径可达5公里,而尘埃和病微生物可随风传播30公里以上。2.养殖场对水体的污染养殖场对水体的污染主要为有机物污染、微生物污染、有毒有害物污染。有机物污染主要是养殖场粪污中含有的碳氢化合物、含氮、含磷有机物和未被消化的营养物质排放进入自然水体后,可使水体固体悬浮物(SS)、化学耗氧量(CODcr)、生化需氧量(BOD5)升高。当超量的有机物进入水体后,超过其通过稀释、沉淀、吸附、分解、降解等作用的自净能力时,水质便会恶化。有机物被水中的微生物降解, 为水生生物提供了丰富的营养,水生生物(主要是藻类)大量孳生,产生一些毒素并消耗水中大量的溶氧(DO),最后溶氧耗尽,水中生物大量死亡。此时因缺 氧,水中的有机物(包括水生生物尸体)降解转为厌氧腐解,使水变黑变臭,水体“富营养化”,这种水体很难再净化和恢复生机。微生物污染主 要是养殖场粪污中含有大量的病原微生物,它们随粪进入水体后,以水为媒介进行传播和扩散,造成某些疫病的传播和扩散,危害人和动物的健康并带来经济损失。 据报,南方某市三个村的猪场附近河水分析表明,每升水中细菌总数高达11.570万。 有毒有害物污染主要是指饲料中的抗生素、违禁药物、矿物质及猪场用的消毒剂等随粪污排入水体后对其造成的污染。养殖场粪污不经无害化处理直接进(施)入土壤,粪污中的有机物被土壤中的微生物分解,一部分被植物利用;一部分被微生物降解为二氧化碳(CO2)和水(H2O),使土壤得到净化或改良。如粪污进(施)入量超过了土壤的承受力(土壤自净能力),便会出现不完全降解或厌氧腐解,产生恶臭物质和 亚硝酸盐等有害物质,引起土壤成分和性状发生改变,破坏了土壤的基本功能。另外,粪污中的一些高浓度物质(如:铜、锌、铁、微生物等)会随同粪污一同进入 土壤,引起土壤中相应的物质含量异常之高(营养富集),不仅对土壤本身结构造成破坏或改变,而且还会影响生活于其上的人和动物的健康。养殖场对环境的污染主要是因为养殖粪污大量的无序排放和处理利用不当造成的。运用开源节流之思想,一方面尽量减少养殖粪污的排出(产生)量,另一方面积极负责地对养殖粪污进行无害化处理利用,是有效控制养殖污染的主要途径。现今,有许多学者、专家、养殖厂家从动物营养、饲养管理、生产工艺等方面进行了深入的研究,已取得了阶段性成果。降低或减少养殖污物排出量主要是采用有效的营养措施,在不影响动物生长和养殖效益的前提下,一方面通过添加高效添加 剂或饲喂消化利用率高的原料,合理降低畜禽饲料中营养物质含量,通过减少营养物质的排泄量,来减少养殖污物的排出量;另一方面通过添加促进畜禽消化吸收营 养物质的添加剂,提高畜禽对饲料(粮)中营养物质的消化利用率(沉积率),来减少养殖污物的排出量。降低或减少养殖污物排出量是解决养殖污染的根本出路。通过平衡日粮中的氨基酸可减少畜禽排泄物中氮等的含量,氮是排泄物中造成环境污染的主要元素之一。排泄物中氮一般占干物质的2.0%6.0%(其中33%在粪便中,67%在尿中)。畜禽主要通过日粮摄入蛋白质(蛋白质平均含氮16%)态等氮元素,经过消化吸收,被动物机体沉积利用约35%,其余约65%排出体外。猪在不同生长阶段对营养物质的消化率、排泄率和沉积率不同。猪摄入的氮平均约65%排出了体外。蛋白质是由氨基酸组 成的,蛋白质的吸收利用率与其氨基酸组成有关,普遍认为蛋白质营养就是氨基酸营养,要提高饲料中蛋白质的吸收利用率,就必须改善饲料的氨基酸组成。研究表 明,通过在畜禽饲料中添加某些氨基酸,在不影响动物生长和养殖效益的前提下,可适当降低饲料中蛋白质含量,进而减少排泄物中氮的含量。chung等 (1991)研究表明,应用理想蛋白(氨基酸)概念配制的猪日粮,氮的排泄量可减少30%,同时也能减轻养殖场空气中氨的浓度和臭味。han等(1995)通过试验总结,仔猪饲料加0.1%0.2%赖氨酸,可降低饲料蛋白2个百分点,减少氮和磷的排泄量为20.90%和17.71%。他在总结了鸡、猪饲料中加赖氨酸的结果,一般情况下,添加赖氨酸能促进肉鸡生长,也能降低氮排泄量。肉鸡(36周)16%粗蛋白饲 料中添加0.2%赖氨酸与18%蛋白质饲料其日增重和饲料转化率相似,但降低氮和干物质排泄量分别为15.40%和7.92%。cho等(1995)报 道,蛋白质20%的肉鸡料中各添加赖氨酸和蛋氨酸0.1%,结果与23%蛋白质对照组生长效果相似,但减少干物质、氮、磷排泄量分别为9.69%、 22.09%和12.46%。lenis和jongbioed(1991)报道,猪日粮蛋白质水平若降低1%,排尿量减少11%。orock等 (1997)试验中,降低日粮4%的蛋白质,补足四种必需氨基酸,可降低猪舍69%的氨气。 类似研究较多这里不再一一叙述。总之,通过平衡氨基酸,降低日粮蛋白质含量,可不同程度地减少排泄物中氮及其它物质含量,降低后续处理畜禽排泄物(养殖污物)的费用和难度,减轻排泄物对环境的污染。酶制剂是一种高效生物催化剂,是动物机体消化吸收营养物质必不可少的专用的催化剂。在饲料中添加某些酶制剂不仅能促进动物消化吸收相应营养物质, 同时也能帮助其消化吸收饲料中平时不能(或不易)被动物消化吸收的营养物质,进而提高动物对营养物质的消化利用率,减少排泄物中某些元素或营养物质(有机 物)的含量,降低排泄物的环境污染性。komegay(1996)报道,添加200100ou的植酸酶,可使排泄的磷减少25%50%。他认为,在一 头生长育肥猪(体重18100千克,消耗317千克饲料)饲料中添加植酸酶后,磷排泄量由15千克降为0.11千克。cho等(1995)向肉鸡饲料中 添加0.1%八宝威复合酶,结果干物质、氮、磷的排泄量分别降低17%18%、24%28%和12%27%。simons等(1990)报道,由于 添加植酸酶使玉米豆饼为主的肉鸡配合饲料中约33%不能利用的磷变为可利用磷,因此可降低磷排泄量17%42%。尽管普遍推广应用酶制剂还有一定难 度,但其在提高饲料转化率、减少排泄物方面有其独特的功效,不失为养殖场(尤其是大型养殖场)控制养殖场环境和降本增效的有效途径。为了降低畜禽对摄入营养物质的排泄量,许多学者进行了广泛的研究,市场上也相继出现了一些高效的添加剂。用有机螯合 态微量元素添加剂代替无机微量元素添加剂,能有效降低排泄物中矿物元素含量。研究表明,青年猪料中加100ppm水平的赖氨酸铜(一种有机铜)与加 250ppm硫酸铜形式的铜的饲喂效果相似,但前者排泄物中铜含量显著下降。kim等人(1995)在肉鸡饲料中添加400ug/kg甲基吡啶铬,能降低 干物质和氮排泄量分别为5.39%和1.57%。在产蛋鸡饲料中添加400ug/kg甲基吡啶铬,减少干物质和氮排泄量分别为15%和32%。当然,通过合理降低日粮营养物质浓度、选用高效易消化吸收的饲料或原料、减少或禁止使用有害添加物、采用合理的清粪 工艺、加强饲养管理、采用多阶段式饲养、减少饲料浪费等都能有效降低营养物质的排泄或粪污中有毒有害物的含量,减轻养殖污物对环境的压力,同时也能带来可 观的经济效益。本着“减量化、无害化、资源化”的原则,对畜禽污物进行合理处理利用,是将畜禽污物变废为宝和减轻养殖场对环境污染的重要措施。养殖粪污中含有大量的有机物、矿物元素、腐殖物质、水及其它营养物质,经无害化处理杀灭其中的病原微生物、寄生虫及其卵等后,施入农田可改善土壤的团粒结构,提高土壤的保水、保肥能力;用以饲喂畜禽可节约饲料,降低养殖开支,提高养殖效益。分离出的污水净化后可再用于冲洗畜舍,节约养殖用水。总之,对养殖污物进行合理处理利用,使其化害为利、变废为宝,对促进农牧结合、维持生态平衡、实现物质良性循环和可持续发展有着重要而深远的意义。堆肥法:是一种好氧发酵处理粪便的方法。微生物分解粪便中的有机物并产生高温,杀死其中的病原微生物、寄生虫及其卵等,腐熟的粪便中大分子有机物被降解为易被植物吸收的小分子物质,变成高效有机肥料,主要包括自然堆肥法和现代堆积法。杀菌处理后饲喂禽粪中含有丰富的营养物质。据测,干粪中含粗蛋白质15%30%粗纤维10%16%,总氨基酸8%10%,其 中赖氨酸达0.9%、蛋氨酸0.23%、胱氨酸0.2%,磷3.0%、钾1.7%,还有铁、铜、锌、镁等微量元素及维生素B2、维生素B12、胆碱等多种 维生素。因此对禽粪进行去杂、杀菌、干燥等处理后,可作质优价廉的饲料加工处理方法大致有干燥处理、化学处理、发酵处理、青贮、热喷处理、膨化处理等,当然畜禽粪便的处理还有其它一些经济方便的方法。如适量的用作农田底肥,一来可提高田地肥力,二来也能解除其对环境的污染和处理之劳。养殖污水处理和利用前面主要讲述了对固态养殖污物的处理和利用,本节主要讲述对养殖污水(液态)的处理和利用。虽然对养殖污物的处理都很必要,但相对于前者来讲对养殖污水的处理具有更为现实、更为迫切的意义。一来是因为养殖污水排放量大,二是因为人们对养殖污水的污染危害认识更为不足、重视不够。污水处理可分为物理、化学、生物处理方法三大类,其中化学处理法因需要化学药剂,费用较高,存在二次污染问题,需有专门的处理技术人员,小型养殖场一般不适合采用。物理处理法一般为养殖污物处理的第一道工序。包括过滤、沉淀、固液分离等,主要去除养殖污物中的不溶性或机械杂质。生物处理法是利用微生物将污水中的有机物分解,使不稳定的复杂有机物降解为简单的无机物或合成微生物体,达到处理污水、保护环境的目的。按照微生物类型生物处理法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。前者是使一部分有机物转变为微生物体,另一部分被分解为CO2、H2o、NO3、SO42-、PO43-等的盐;后者除生成细胞体外,还生成CO2、CH4、H2S等(即沼气)。由于BOD5反映了污水中可被微生物分解的有机质量。故可以用BOD5与CODcr的比值(%)来判定污水生物处理的可行性。该值45%时可行性好;30%时尚可;30%时较差;60m/min,1.6,工作类型为中级时,车轮直径为=400mm,轨道为P38,其许用轮压为16t,故可用.2.6.2车轮疲劳计算疲劳计算时的等效载荷: (1.2)式中 等效系数 由表1-20查得车轮的计算轮压: (1.3)式中 冲击系数,由表2-7查的。当载荷为第一种时,运行速度V 1时,=1 载荷变化系数,查表2-8,当1.6时,=0.8根据点接触情况计算接触疲劳应力: (1.4)式中 轨顶弧形半径,由表3-8-15查得。对于车轮材料,由表5-4查得=17000-19000。比较得,故疲劳条件满足。2.6.3车轮强度计算按点接触进行接触力的强度校核: (1.5)式中 冲击系数,由表2-7查得对于车轮材料,由表5-4查得=20000-23000。比较得,故强度条件满足。2.7 运行阻力计算2.7.1摩擦阻力矩计算摩擦总阻力矩: (2.1)由表8-1-102知车轮轴承型号为7520,内径值为;由表7-1至7-3有为滚动摩擦系数;轴承摩擦系数;附加阻力系数。代入上式得:2.7.2摩擦阻力计算 运行摩擦阻力: (2.2)2.8 选择电动机 2.8.1类型的选择 根据电源的种类,工作要求,工作环境,载荷大小,本设计中选择我国新设计的国际市场上通用的统一系列Y型系列三相异步电动机。2.8.2功率的确定 计算工作机所需的功率Pw 工作机所需的功率Pw(kw)由工作机的工作负载(阻力)和运动参数计算求得:式中 Fw工作机的阻力(N) Vw工作机的线速度(m/s) Tw工作机的转矩 (N.M) 工作机的效率 2.8.3工作机的阻力已知V=200m/min3.33(m/s)又F=G1G2=150005000=20000(N)Fw=20000(N)由手册表1-14查得车轮与钢轨的滚动摩擦系数f0.050.07, 本设计中取 f0.15,Fw=f.F200000.15 3000(N)工作机的效率 由手册表1-15查得链传动的0.97 工作机的功率Pw 电机的输出功率 P0由工作机所需功率和传动装置的总效率可求得电动机所需的输出功率 式中为电动机至主传动装置的总效率(包括链轮传动,两对滚动球轴承一弹性联轴器弹性体联轴器)值的计算 12由手册表1-15查得 链轮传动10.97 滚动球轴承2 0.99因此 0.970.99 0.96所以 确定电动机的额定功率 Pm:按下式确定电动机的额定功率Pm(11.3)P0 功率的大小可据负载状况来决定,由手册第一篇中有关Y系列电动机技术参数的表中,取电动机的额定功率为Pm11KW,符合设计要求。2.8.4电动机的转速的确定从动轴的转速: r/min按手册表14-1推荐的各种传动机构传动比的范围,取链轮传动的传动比为i1,所以,电机可选择的转速范围为n电动机型号的确定:选择JK系列减速电机Y2160M-4 减速机:DCY200-2N i=402.9计算传动装置的运动参数和动力参数2.9.1 计算总传动比i 传动装置的总传动比 1 式中 nm电动机满载转速 Nw轴转速2.9.2各轴的转速 I 电动机转速 n129r/min 轴 29r/m2.9.3 各轴的功率 I 轴 P1Pm2110.99510.945(kw)II轴 P2P11310.9450.970.99=10.51KW2.9.4各轴的转距 电机轴 T03640(NM)I 轴 T1T03640(NM)II 轴 =3461N2.9.5链轮、链条的选取校核设轴径d50mm,链传动比i1选择链轮齿数:初步确定Z33定链的节距取KA1.0,齿数系数KZ0.73,单排链,则计算功率为1. 选择链条型号和节距根据Pcm8.03KW及n129r/min查表9-11,可选32A 查表的链条节距为P=50.82. 计算链节数和中心距初选中心距a0=(3050)P=(3050)x50.8mm=15242540mm取a0=1550 相应的链长节数为 取链长节数Lp=94节链长L=LpP/1000=94*50.8/1000=4.8m查表得中心距计算系数f1=0.24467,则链传动的最大中心距为2337.6mm3. 计算链速V,确定润滑方式由v=0.810m/s和链号32A,查图9-14可知应采用滴油润滑4. 计算压轴力Fp有效圆周力为:链轮水平布置时的压轴Kfp=1.15, 则压轴力为Fp=KfpFe=1.1513580.2=15617.2N计算结果总汇:链条规格:32A单排链,94节,长4.8m大小齿轮数都为33,中心距a=1550压轴力为15617.2N, 轴径d=76,轮径D=209mm2.9.6 轴承的选取校核设计选取运输车工作速度为20m/min则每个轴承所承受的压力为F=525000/4=131250N转速为则查表6-4,选择调心滚子轴承,代号为22214C其基本参数为:d=70mm D=125mm B=31mm =158KN =205KN 径向载荷 =131250N轴向载荷=0N / =0h 故轴承寿命满足条件。则轴承选取合适。2.10轴的设计与校核2.10.1轴的设计2.10.2 轴的强度校核进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的计算方法,并恰当地选取其许用应力。对于仅仅承受扭矩的轴,应按扭矩强度条件计算;对于只承受弯矩的轴,应按弯矩强度条件计算;对于即承受弯矩又承受扭矩的轴,应按弯矩合成强度条件进行计算,需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。传动轴受力结构简图如下:1.校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后,可针对某危险截面做弯矩合成强度校核计算。按第三方强度理论,计算应力:通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力,而由扭矩所产生的扭转切应力则常常不是对称循环变应力。轴的扭转强度条件为:由上式可得轴直径:2.校核轴的强度:已知轴的弯矩和扭矩后,可针对某危险截面做弯矩合成强度校核计算。按第三方强度理论,计算应力:对于直径为d的圆轴,弯曲应力为,扭转切应力为,将,代入公式得轴的弯扭合成强度条件为:式中:轴的计算应力,MPa M轴所受的弯矩,N.mm T轴所受的扭矩,N.mm W轴的抗弯截面系数, 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力3.按疲劳强度条件进行精确校核求出计算安全系数并应使其稍大于或至少等于设计安全系数S,即:3.轴的刚度校核计算轴的弯曲刚度校核计算:式中:阶梯轴第i段的长度,mm 阶梯轴第i段的直径,mm 阶梯轴的计算长度,mm 阶梯轴计算长度内的轴段数。当载荷作用与两支承之间时,Ll(l为支承跨距);当载荷作用于悬臂端时,L=l+K(K为轴的悬臂长度,mm)。轴的弯曲刚度条件为:挠度 偏转角 式中:轴的允许挠度,mm轴的允许偏转角,rad轴的扭转刚度校核计算轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示。圆轴扭转角的计算公式为:光轴 阶梯轴 式中:T轴所受的扭矩,N.mm G轴的材料的剪切弹性模量,MPa,对于钢材, 轴的截面的极惯性矩,对于圆轴, L阶梯轴受扭矩作用的长度,mm ,分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩,长度和极惯性矩,单位同前 Z阶梯轴受扭矩作用的轴段数。轴的扭转刚度条件为:式中,为轴每米长的允许扭转角,与轴的使用场合有关。第3章 液压部分设计3.1 液压系统原理设计该液压系统中,顶升油缸的上升,下降的速度要求不一样,有各自的速度要求,在一般情况吓,要求运动平稳性好速度负载特性好,所以在缸的路中采用单项调速的回油节流调速回路。本液压系统设计中,顶升油缸换向阀处于中位机能时及缸定位时,泵油卸载回路即容载运行,本设计采用M型换向阀中位机能的卸载回路。考虑到该系统中液压缸在工作时速度负载变化流量变化较大,从节省能量减小发热泵源系统重选用变量泵供油。由于顶升油缸要有定位功能,所以顶升油缸油路中装有液压锁即:液控单向阀,在所选基本回路的基础上在综合考虑其他因素的影响和要求便于组成图313的液压回路图:3.2计算液压缸尺寸及工况1.顶升油缸a ,缸内径D,活塞杆直径d的确定由公式 可求得杆径D式中 F液压缸的受负载(N) P1液压缸设定工作压力(mpa) P2液压缸工作背压(mpa) Gcm液压缸机械效率一般=0.90.97 本设计中去g=0.9所以 = =209mm说明d/D电液压缸内径D与活塞直径d的关系可当工作压力P7mpa时可选d/D0.7电液压缸内径尺寸系列(GB2348-80)液压缸内径标准值为D1=200mm所以活塞杆直径d1=D1*0.7=200*0.7=140mm由活塞杆直径系列(GB2348-80)可求得活塞杆直径标准值为d1=140mm2.油缸各面积计算无杆面积 : A1=有杆面积 活塞杆面积3.计算油缸在工作循环中各阶段所需压力流量和功率:计算油缸在工作循环中各阶段所需压力流量和功率列于表中34中表34各工况所需压力流量和功率工况计算公式F0(N)液压缸P1(MPa)qv(l/mm)P(KW)上升49001.59109.9017.474顶起2695008.6109.90 94.544下降49003.011434.2 3.3液压缸主要尺寸确定3.3.1顶升油缸壁厚及外径计算由前面计算可知顶升油缸内径D1=200mm活塞杆直径d1=140mm 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算:液压缸的壁厚一般是指缸内筒中最薄处的厚度。从材料力学可知,承受内压力的圆筒其内应力分布规律因壁厚的不同而各异,一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒起重运输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料太多属于薄壁圆筒结构,其壁厚按薄壁圆筒公式计算: 式中g液压缸壁厚(m) D液压缸内径(m) PY实验压力,一般取最大工作压力(1.251.5)倍mpa 6缸筒材料的许用应力取6=100-110mpa无缝钢管所以D外D128200225250mm3.3.2工作行程确定液压缸工作行程长度根据执行机构实际工作的最大行程来确定所以顶升缸实际最大行程并参照液压缸活塞杆行程参数系列(GB2349-80)表可查得标准值为L1200mm某自动生产线上,使用有轨小车来运转工序之间的物件,小车的驱动采用电动机拖动,其行驶示意图如图1-1所示。电机正转,小车前进;电机反转,小车后退。34武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸 图3-1行驶小车示意图控制过程为:(1) 小车从原位A出发驶向1号位,抵达后立即返回原位;(2) 接着直向2号位驶去,抵达后立即返回原位;(3) 第二次出发一直驶向3号位,到达后返回原位;(4) 必要时,像上述一样小车出发二次运行一个周期能停下来;(5) 根据需要小车也能重复上述过程,不停的运行下去,直到按下停止按钮为止。第4章 系统总体设计4.1 总体思路在自动行驶小车控制系统中以PLC为核心,通过各种输入端接收各种输入信号,处理后经输出端输出控制信号,通过控制器里的继电器等电器开关的开通与闭合来控制小车的左行、右行与停止。根据控制任务和设计要求所设计的方案流程如图2-1所示 图4-1 自动行驶小车控制系统方案流程图在图4-1中,可以看到,本次设计的核心思想:通过PLC控制电机的正转和反转达到小车的前进和后退,并在一定条件下停止运行,实现了对小车的自动控制,满足了工业生产的要求。4.2 主电路设计本设计重点内容之一是设计电动机的正反转控制逻辑,电动机的正反转决定了小车的前进后退,因此合理的设计
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