青贮苜蓿窖贮料取饲机试验研究和设计优化 开题报告.docx

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1、中国农业大学硕士研究生论文开题报告所在院系工学院车辆工程系专 业车辆工程学生姓名入学时间2012.9导师姓名课题名称青贮苜蓿窖贮料取饲机试验研究和设计优化中国农业大学研究生院制填表时间2013年5月2日、立论依据 （以下各项均可加页）研究意义（一）青贮苜蓿的意义苜蓿作为一种优质的牧草在畜禽生产中应用广泛。国外己有大量试验表明，奶牛饲喂苜蓿干草和苜蓿青贮均可以增加产奶量；在国内，刘建仁、李胜利、候生珍等人曾分别做过实验，用苜蓿干草替代奶牛日粮部分精料饲喂奶牛，均得到苜蓿能增加奶牛产奶量、提高经济效益的结论，且其对牛奶各项指标均无不良影响。1在苜蓿干草调制过程中，由于雨淋、叶片脱落、光化学作用、微

2、生物作用等会造成苜蓿营养损失。苜蓿的干燥速度越慢，其营养损失就越大。刈割的苜蓿遇到雨淋会使其蛋白质、可溶性碳水化合物被溶脱出来，留下难溶解的成分，从而降低其营养价值。2试验表明，半干青贮的苜蓿草与干草相比，其主要质量指标优于干草苜蓿，例如半干青贮苜蓿的粗蛋白含量为22%,干草苜蓿的粗蛋白含量为18%；半干青贮苜蓿的体外消化率为58%,干草苜蓿的体外消化率为49%；半干青贮苜蓿的奶牛日产奶量为13kg,干草苜蓿的奶牛日产奶量为11kg。3与此同时，青贮苜蓿为草地畜牧业枯草期蛋白饲料不足提供可靠的补充来源，缓解草地畜牧业可持续发展与蛋白饲料资源严重不足之间的矛盾，而且对促进草地畜牧业发展，保证牲畜

3、顺利进行舍饲、半舍饲，从而减轻放牧场压力具有重要意义，能够为草地牧场提供休养生息的机会，对建设现代化畜牧业具有重要意义。（二）研制苜蓿窖贮料取饲机的意义根据对我国苜蓿产业带的调研得知，由于青贮苜蓿的经济效益较高，以种草卖草为FI的的农牧民日益增加，而窖贮是目前应用最广泛的青贮方式。苜蓿青贮的原理是利用青贮原料所附着的乳酸菌，在厌氧环境下，将青贮原料中的碳水化合物主要是糖类变成以乳酸为主的有机酸，当有机酸在青贮料中积聚到0.65%1.30%时,就抑制了有害微生物（如腐败细菌等）的生长，从而使青贮料得以保存。4因而，由此导致青贮窖内的环境十分恶劣，现行的产品都需要人工进入青贮窖内进行操作，严重影响

4、了农牧民的身体健康，甚至发生伤及生命的危险。当前我国苜蓿生产机械化水平整体计较低，技术和设备落后，集成度不高，缺乏适用机械，无法达到农艺要求，同时，对取饲技术的研究欠缺，H前国内的取饲设备存在一定问题，苜蓿草产品品质低下，生产过程中损失大，利用率低。国内外研究现状分析针对目前取饲机存在的技术问题，进行关键技术研究，解决取饲机定位复杂、取饲效率低、液压泄露污染草料的问题，实现将青贮料直接传送到窖外的设想。在解决关键技术问题的前提下，完成其他部件的设计，得到完整的总体方案。实现设备轻简化，主要面向对象为中型青贮窖，即高度不大于5米的青贮窖，并保证整机配套动力不大于 15kw。根据上述要求，针对亟需

5、解决的关键技术问题，目前设计了三种总体方案：出水平摆动式、取饲传送一体式、立柱升降一体式三种取饲机总体方案。1 .水平摆动式取饲机目前的取饲机均采用取料馄自上而下取料的工作方式，取完一道后再后退重新定位取下一道，工作效率较低。针对这个问题，提出水平摆动式取饲机，如图1所示。图1水平摆动式取饲机设备采用轮毅电机驱动，由前轮进行驱动转向。工作时，如图2所示，以后轴为中心，前轮转过90 ,在取料馄转动的同时，前轮转动，实现取料馄在水平方向沿圆弧移动，自左至右完成一次挖掘之后，取料*昆下降一段距离，完成下一行的挖掘。如此，取饲机的重新定位频率降低，大幅提高了设备的工作效率。设备水平摆动取料的过程中，如

6、果取料根始终与举升架垂直，则不能很好的和取料面贴合，造成取料深度变动，机器受力不均匀，工作不稳定。针对上述问题，取料辐采用浮动支撑，如图3所示：向左取料时，取料辐轴线逆时针偏摆一个角度，保证取料辐与取料面完美贴合；同理，向右取料时，取料辐轴线顺时针偏图2摆动挖掘示意图图3取料辑可偏摆式取饲机取料辐的偏摆由如图4所示取料辐偏摆机构实现，滑槽固定销钉3和固定销钉4固定在机架上，转动架6可以围绕固定销钉4自由转动，其两端通过连接销钉5与滑动架1较接，从而转动架转动时可以带动两侧滑动架沿着滑槽2分别向前、后滑动。工作时，转动架在偏摆驱动电机的驱动下转动，从而完成取料短的左右偏摆。水平摆动式取饲机采用纯

7、电动的驱动形式，取消液压装置。取料辑举升机构仍采用绕固定轴摆动的形式,但将现行产品的液压缸部分改为丝杠传动，由电机直接驱动，如图5所示，最内部的丝杠下端与电机轴相连,电机壳体固定在底盘上，电机带动丝杠转动，从而推动推杆伸缩，以驱动举升机构，举升形式结构简单、安全可靠,2 .取饲传送一体式取饲机为了实现设备轻简化，将取料较举升机构和饲料传送机构进行合并，得到如图6所示的设计，取料辑直接固定在传送机构上，传送机构可围绕固定轴进行转动，实现取料辑的举升。取料时，传送机构围绕固定轴转动，从而带动取料辑起上下移动，取出的苜蓿直接抛送到传送带上,从而大大减轻了机器的整体重量，也使机器的结构更加的简单，如图

8、7所示。工作装置传送机构/举升机构图6取饲传送一体式取饲机图7取饲传送一体式取饲机取料图为了使转向更加灵活，采用左前轮和右后轮两轮驱动、四轮转向，车轮可以实现180。转向，机器转向灵活，移动方便，定位效率高，如图8所示。整机驱动系统完全采用电机驱动，取消液压系统。图8取饲传送一体式取饲机转向示意图3 .立柱升降一体式取饲机目前，窖式苜蓿贮料取饲机均采用举升、传送机构分开的形式，且举升机构全部是摆动结构，所耗材料多，且运行过程不稳定；另外，取饲机取出的苜蓿不能输送到窖外，不能解决农牧民劳动强度大、工作环境差的问题。故提出如图9所示的立柱升降一体式取饲机。取料辐和料箱均沿着立柱上下运动，取料辐最大

9、高度为5米，满足取料高度耍求；而料箱举升的最大高度为7米，即能够比青贮窖高出2米的距离，从而可以通过小型吊运机将苜蓿青贮料直接传送到窖外的运输车上，避免人进窖。因为立柱是固定在机器上的，所以取料辐运动起来比较稳定，振动小。考虑到举升的高度大，不方便机器的运输和存放，将举升立柱进行分段处理，分为六段，以减小设备非工作状态的高度。在应用中，可以选择增加或减少立柱的数量，以实现不同的取料高度，适应各种型号的青贮窖。图9立柱升降一体式取饲机立柱升降一体式取饲机的工作过程如图10所示，（1）机器定位到取料位置，（2）取料辑和料箱沿立柱上升到5米的位置，（3）取料辐转动，开始向下取料，料箱与取料辐同步运动

10、，（4）取完一道后，轮胎转过90度，横向移动到窖边，（5）料箱沿立柱上升到7米，将料直接传送到青贮窖外，（6）传送完后立柱收回，完图10立柱升降一体式取饲机的工作过程整机动力系统采用纯电机驱动动，解决了液压泄露污染草料的问题，四轮180转向，提高了运输和定位效率。存在的技术问题及发展趋势水平摆动式取饲机采用纯电机驱动系统，能够避免液压泄露造成的污染。一次定位的取料范围是整个圆弧面，降低了机器定位频率，能够提高取料效率。取出的饲料也能集中于一处，而避免了重新定位造成的运输车要频繁挪动的问题，但是该方案不能将饲料传送到青贮窖外，不能从根本上解决劳动力工作环境差的问题。另外，水平摆动挖掘不能利用机器

11、本身的重力作用，而是单纯的由驱动系统提供动力，能量消耗较大。取饲传送一体式取饲机也采用纯电机驱动系统，避免了液压泄露的问题。能够实现四轮转向，移动和定位灵活。结构比目前的取饲机明显简化，降低了整机质量。但是，该方案仍然没有解决饲料传送的问题。立柱升降一体式取饲机采用纯电机驱动、四轮转向，并且能够将饲料传送到窖外，解决取饲机应用中的三个关键问题。举升机构和传送机构合为一体，采用可伸缩立柱的形式实现，降低了整机质量，减小了外形尺寸，并可以根据青贮窖的型号自由选择举升高度，符合轻简化、应用范围广的要求。经过各项比较，立柱升降一体式取饲机能够解决目前取饲关键技术问题，为最优方案。但是立柱升降一体式取饲

12、机的立柱设计加工将成为下一步的工作中比较困难的一部分，如何确定立柱的升降使用的可靠性以及升降过程中的稳定性将是研究中重点的方向。参考文献1 Llovera J, Ferran J. Harvest Management Effectson Alfalfa Production and Quality in Mediterranean Areas.Grass and Forage Sci, 1998, 53:88922宋伟红，苗树君，史广德.苜蓿营养价值的影响因素及高效利用.中国牛业科学，2006, 32(1)： 80833李雪枫，王宁，吴韶寰.苜蓿的应用价值及展望.宁夏农学院学报，2003,

13、24 (1)： 76804王常慧，董宽虎，赵祥.生产优质苜蓿草粉的加工技术与市场开发.中国饲料，2002, (18)： 2930二、研究方案 (以下各项均可加页)研究目标以东北、华北苜蓿生产地区为研究区域，在项目组成员单位前期研究的工作基础上，研发出高效、智能、高性价比的青贮苜蓿窖贮料取饲机，完成样机关键参数性能试验，并进行结构优化，确定第二轮样机的设计方案。解决青贮苜蓿窖贮料机械化取饲关键工艺技术。研究内容1 .重点零部件加工试验及结构优化。对重点部件：取料*昆、举升立柱、底盘和料箱立柱等进行结构优化以及加工试验。2 .控制系统设计。控制立柱举升的电机、两个驱动轮的轮毂电机、控制取料馄旋转取

14、料电机、控制两个车轮转向的电机的软硬件控制设计。3 .整机加工试验，结构优化。进行整机的加工，并进行基本功能的试验。4 .整机性能试验。到实地进行整机可靠性等性能的试验。拟采取的研究方法在现有的技术研究基础上进行方案的结构优化以及加工制造，进行性能测试，从而解决青贮苜蓿窖贮料取饲关键工艺技术。技术路线1 .对各关键零件进行加工，并根据实际情况进行结构优化；2 .实现各部件机构的安装，并实现其功能；3 .对已经加工好的各机构分别进行控制系统的设计；4 .整机的安装及控制系统设计，并进行试验、调整；5 .完成整机性能实地测试，可靠性、实用性检验。实验方案及可行性分析对重点零部件进行了有限分析。1.

15、对立柱进行有限元分析：经过计算，立柱诈用挠度为175mm,立柱主体卜.各方向的最大挠度均小于诈用挠度，能够满足刚度要求。Contour PlotDi$placement(X)Analysis systemE 3.951 EKO1.012ER01927EXH4 866EC0w-7 8D5E0t -1 074FW11 358E401I-1 662E4011- 1.956E4012.25CE401Max = 3.951 E-HXIGrids 66663Mm = -2 2S0E-H)4凝s I睁Model info G ljietul zhul zhuzuihou h3dResult: G 1jietul zhul zhu:uihou.h3dSubcase 7 (linear). Static AnalysisFrame 4a. X方向位移国Contour PlotDi$placemen:(Yz)Analysis syst