飼喂傳送帶換向裝置設(shè)計的研究

文/王 波 李小杰

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院）

奶牛飼料作為提供營養(yǎng)、保證牛奶品質(zhì)的必需投入品，在保障奶業(yè)安全方面起到了至關(guān)重要的作用[1]。相應(yīng)地，奶牛飼喂設(shè)備也成為規(guī)模化牧場裝備的重要組成。近年來，隨著國外先進(jìn)養(yǎng)殖理念、技術(shù)和設(shè)備的不斷引入，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，加之農(nóng)業(yè)勞動力的大量轉(zhuǎn)移，對飼喂裝備提出了自動化、智能化的需求[2，3]。與傳統(tǒng)的牽引式全混合日糧（TMR）飼喂車不同，傳送帶式飼喂系統(tǒng)基于固定式TMR設(shè)備，通過集成高度自動化的填料設(shè)備、精料塔和多種功能的傳送帶單元，并由飼喂管理系統(tǒng)對各組成設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實時智能化控制，將固定式TMR設(shè)備攪拌好的飼料傳送至各牛舍，實現(xiàn)了不同牛舍、不同牛群的多次飼喂[4，5]。作為傳送飼料的重要部件，傳送帶除把飼料運(yùn)送至牛舍內(nèi)，還需通過換向推料裝置將飼料推撒到飼喂面，進(jìn)而實現(xiàn)雙側(cè)飼喂，而目前已具備成熟技術(shù)的傳送帶設(shè)備缺乏適用于飼料分流的有效換向裝置。為此，筆者開發(fā)了一種能夠完成飼料推料工作，同時實現(xiàn)換向動作，進(jìn)而滿足飼喂通道雙側(cè)飼喂需求的飼喂傳送帶換向裝置。

圖1 飼喂傳送帶換向裝置主要結(jié)構(gòu)組成

1 換向裝置結(jié)構(gòu)組成與工作原理

飼喂傳送帶換向裝置主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。其通過滑動底板搭載在傳送帶上，并由減速電機(jī)輸出軸帶動鋼絲繩輪，進(jìn)而由連接在滑動底板兩端的鋼絲繩牽引而實現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動；當(dāng)需要擋料板換向時，電推桿工作，帶動與電推桿鉸接的擋料板2擺動，擋料固定板使兩塊擋料板達(dá)到同步運(yùn)動，最終實現(xiàn)該裝置的換向操作，如圖2所示。

2 換向裝置關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

由其工作原理可知，飼喂傳送帶換向裝置的運(yùn)動過程主要包括兩方面：一方面是換向裝置的整體直線往復(fù)運(yùn)動，且其運(yùn)動完全獨(dú)立于傳送帶運(yùn)動；另一方面是換向動作，在需要換向飼喂的位置，電推桿工作，完成換向。本部分將對以上兩方面的運(yùn)動驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

圖2 飼喂換向裝置工作原理示意圖（以飼料流向為視角）

圖3 換向驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖

2.1 換向裝置直線運(yùn)動驅(qū)動設(shè)計

綜合考慮驅(qū)動形式、安裝條件、目標(biāo)載荷等多方面因素，本設(shè)計選取了鋼絲繩牽引傳動作為換向裝置直線運(yùn)動的驅(qū)動方式，動力來源為安裝在傳送帶一側(cè)的減速電機(jī)，輸出軸帶動鋼絲繩輪轉(zhuǎn)動，鋼絲繩與換向裝置連接，鋼絲繩從動輪位于換向裝置行程終端，并固定在傳送帶另一側(cè)，同時帶有鋼絲繩張緊部件。

2.2 換向驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計

換向動作一般可采用主動式和被動式，被動式需要換向裝置直線運(yùn)行到固定位置時才能被換向?qū)U推動擋料板實現(xiàn)換向。為了能夠使換向裝置隨時可根據(jù)需求進(jìn)行換向，本設(shè)計使用了主動式步進(jìn)電機(jī)推桿作為換向驅(qū)動，其一端與電推桿固定板鉸接（A點(diǎn)），另一端與擋料板2鉸接（C），通過推桿的伸出和回縮，帶動以擋料固定板上B為擺動中心的擋料板擺動而實現(xiàn)換向。其中，電推桿、換向裝置機(jī)架（電推桿固定板、擋料固定板）、擋料板形成了擺動導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)，如圖3所示。經(jīng)簡化，擋料板2的兩個擺動極限位置分別為C和C' ，根據(jù)AC和BC的距離差值確定了推桿換向行程為52 mm。同時，根據(jù)電推桿推力應(yīng)大于推料板擺動最大靜摩擦力的要求[6]，電推桿推力選取了不低于150 N。

3 結(jié)論

3.1 作為傳送帶式飼喂系統(tǒng)的重要工作部件，該換向裝置通過鋼絲繩傳動實現(xiàn)了直線往復(fù)運(yùn)動，以保證飼料撒落于飼喂面不同區(qū)域；通過主動式步進(jìn)電機(jī)推桿驅(qū)動，實現(xiàn)了隨時根據(jù)需求換向動作。

3.2 電推桿換向行程直接影響換向動作的完成度。通過對電推桿、換向裝置機(jī)架（電推桿固定板、擋料固定板）、擋料板形成的擺動導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)分析，確定了推桿換向行程為52 mm，以及電推桿推力不低于150 N，據(jù)此可選取滿足此參數(shù)要求的電推桿。C