发酵卧床料翻耙机的设计

发酵卧床料翻耙机的设计

中国的水产养殖产业从传统的分散和单一的水产养殖模式转变为专业化、规模化、现代一体化的水产养殖模式。而发酵床养猪技术是一种零排放、无污染的有机农业养殖技术,该技术的发酵床是建在专门的猪舍里,需要在猪舍内建立一种特殊床———发酵床,而发酵床养殖是利用空气对流和太阳高度角原理对猪舍进行通风换气、防暑降温,然后在发酵床上填入木屑和谷壳,猪就生活在这有机垫料上面。这种养殖与一般家庭养殖不同,发酵床养殖的小猪,其排泄物直接被有机垫料中的微生物降解、消化,不需要人工对猪的排泄物进行处理,从而达到零的排放。由于小猪的生活习性,垫料需要定期翻松,调节垫料固、液、气态的比例,否则就会导致粪便不能分解、发酵床潮湿长虫,疾病频发甚至死猪等情况的发生。本文设计的翻耙机可以根据发酵床实际情况对垫料进行深松作业,工作过程中可以有效的疏松垫料,改善垫料透气性能,从而降低病原菌的数量、比例及危害程度,给小猪提供一个良好的环境和足够的运动空间,保证猪的健康。因此需要设计改进垫料翻耙机,节省人力并提高小猪健康指数及饲养效率。1垫料翻扫机设备设计垫料翻耙机是由电机提供的动力驱动刀辊旋转,对垫料进行耕、耙的机械设备。垫料翻耙机具有粉碎、疏松垫料,耕后垫床平整松软、节省人力等优点。本文设计的垫料翻耙机由扶手把、联接杠、电动机、支撑脚、旋耕刀等组成。结构原理图如图(1)示。2三组分机的设计理念2.1确定耕幅的关系式在设计翻耙机时,一般采取轻、小、简、廉、牢的原则。翻耙机的外廓尺寸长、宽、高的确定因素有功率及使用条件。而耕幅可以根据经验使用如下关系式确定:式中:B—垫料翻耙机的幅宽(m);P—电机的功率(kW)。通过上面公式及确定的电机功率代入P=2kW进行计算,并且对计算得到的数值取整,可得耕幅B=400mm。2.2翻微生物的重量及重心根据发酵垫料养殖场地的特点,设计翻耙机的结构应简单,重量尽可能的轻,因为这些因素直接影响操作者的劳动强度、效率及机组的稳定性。设计的翻耙机重量及重心是根据经验和科学的方法确定。翻耙机的重量主要集中在电机和刀辊上,我们是根据市场及其功能选定电机和刀辊材料及结构的;重心是借助悬吊法实验的,在实验时选择三个平面位置的旋转确定重心,实验的目的是使操纵者在操作时作用在扶手把上的操纵力可以自由控制且不费力。重心的确定我们还用了振动实验及运用模拟分析软件进行分析,得到重心的位置与悬吊实验进行对比,从而优化整体结构设计,使翻耙机在工作时节省人力,使操纵者获得轻松的操作。2.3不超过定额牵引由于翻耙机是在一个特殊的垫料床上工作,既要考虑作业效率,也要考虑操纵者劳动的强度,设计时尽量在驱动旋转工作时的功率不超过额定牵引力。本文通过现场考察及理论计算,根据翻耙机的工作原理,其原理是电机输出的功率转化为转速后通过一对锥齿轮减速带动刀辊旋转,从而带动旋耕刀旋转,这个转速就是设计的关键,在参考了相关数据及理论计算后,我们选择的是功率为2kW的电机,通过变速后刀辊转速可以达到150r/min,这刀辊转速与人工操作相配备,工作效率高并且疏松垫料性能好。2.4翻非松刀的设计旋耕刀辊由多把旋耕刀片在刀轴上按照一定的顺序对称排列而成,是垫料翻耙机的主要工作组成部件之一。而刀辊有多把刀组成,旋耕刀一般由正切面、侧切面、过渡面三部分组成,为了使翻耙机在工作时,受到的阻力小,垫料翻耙均匀,避免堵塞等现象。因此设计时要根据翻耙机的运动特征及垫料的特点,本文由于垫料的特性及要求可知,旋耕刀的受力作用不大,但要求在工作时使垫料翻耙疏松,故设计旋耕刀时采用L型钝刀。设计翻耙机的目的是翻耙和疏松垫料,满足这一要求的还可以提高刀辊转速及刀的密度,由翻耙机的外形、操作安全性及工艺要求等分析,可增加刀片的密度,但刀片的密度要适中,以防刀片太密产生负面影响,本文设计一列由四个刀片错开刀的方向按中心线成对称分布的刀片,并且旋转刀组按电机轴中心线成对称排列,这样对功率消耗、机组平衡性、刀辊受力均匀减少波动幅度及作业质量达到最佳状态。利用PRO/E设计的旋耕刀的图形如图2示。在刀片的设计中,为了考虑安装、固定及稳定性,因此在设计的刀片上加工两个安装孔,设计完刀片之后需要安装,因此还需要设计刀盘,其外形如图3示。在PRO/E中,通过放置操作中的面面对齐、中心重合可以把设计好的刀片和刀盘组装在一起,但在PRO/E中没有考虑安装及工艺情况,现实中需要考虑工艺及安装情况,设计好的刀盘和刀片的组合图如图4示。组合好的刀片组是通过一定的顺序排列联接在刀辊轴上。刀辊轴是轴的一种,根据轴的特点,我们可以把刀辊轴设计成空心和实心两种,因此设计刀辊轴也是装备和工艺的关键,本文根据翻耙机的特点及工作受力情况,设计的刀辊轴为空心,并且内、外径分布为32mm、40mm,长度由幅宽确定。2.5旋转运动轨迹翻耙机在作业时,旋耕刀上各点的运动轨迹均为余摆线。根据旋转运动的特点,其运动轨迹可用方程式表示为:式中:ν—耕耙机前进速度(m/s);r—各点到刀辊中心线距离(mm);z—下沉深度(mm)。2.6撑脚塑料板、接头杆垫料翻耙机辅助部分主要由扶手杆、支撑脚塑料板、联接杆等组成,其中塑料板是用来安装电机和防止垫料飞溅,起到安全保护作用及改善劳动条件等。3零排放养殖原理本文是通过翻耙机的原理和功用进行设计和改进的,设计时采用三维软件PRO/E绘制零部