机械设计制造及其自动化-水禽蛋窝自动升降系统设计与三维仿真.docx

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1、 仲恺农业工程学院毕 业 设 计 水禽蛋窝自动升降系统设计与三维仿真 姓 名 凌海运院（系） 机电工程学院专业班级 机械设计制造及其自动化151班学 号 201520824122指导教师 王旭东职 称 教授论文答辩日期 2019 年 5 月 22 日 仲恺农业工程学院教务处制 Study of the Market Circulation of Fruit and theThird Party LogisticsLing HaiyunCollege of Computational ScienceZhongkai University of Agriculture and Engineerin

2、gGuangzhou,ChinaSupervisor: Prof. Wang Xudong Prof. Liu Jun（Extramural Tutor）学生承诺书作者郑重承诺所呈交的毕业论文水禽蛋窝自动升降系统设计与三维仿真是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已毕业论文或其他用途使用过的成果。若有不实之处，本人愿意承担相关责任。 作者签名：日期: 摘 要水禽蛋窝自动升降系统是一种养殖业的自动化设备，对于水禽养殖业来说，提供了高效的生产效率，降低了农户劳动强度，加强了养殖的系统管理。是

3、一种值得研究与发展的设施养殖的方式。本设计是关于鸭蛋窝自动升降系统设计，对于这样一个机械系统，设计内容包括了升降系统方案设计、动力系统选择、传动系统与执行系统设计、自动控制系统以及整机结构设计。升降系统方案包括了液压式升降方式和机械式升降方式的选择。传动系统包括了很多不同的传动类型，如齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动和链传动等。此设计中涉及的自动控制是蛋窝自动升降系统的关键部分，主要通触碰开关PLC可编程控制器实现。动力系统将采用交流电动机实现动力供给。关键词：鸭蛋窝 自动升降系统 红外感应 PLCAbstractAutomatic lifting system for waterfowl ne

4、st is a kind of automatic equipment for aquaculture industry, which provides efficient production efficiency, reduces the labor intensity of farmers and strengthens the systematic management of aquaculture. It is a method of aquaculture worthy of research and development.This design is about the duc

5、k egg nest automatic lifting system design, for such a mechanical system, the design content includes lifting system scheme design, power system selection, transmission system and executive system design, automatic control system and machine structure design. The lifting system scheme includes the c

6、hoice of hydraulic lifting mode and mechanical lifting mode. The transmission system includes many different transmission types, such as gear drive, worm gear drive, belt drive and chain drive. This design involves the automatic control is the key part of the egg nest automatic lifting system, mainl

7、y through the infrared induction and PLC programmable controller. The power system will use ac motor to realize power supply. Key words: Duck egg nest; automatic lifting system; infrared induction; PLC目 录1前言11.1毕业设计目的12蛋鸭的生活习性与农场蛋窝情况22.1蛋鸭的产蛋习性22.2目前大部分农场鸭舍蛋窝类型22.3农场鸭蛋的集蛋方式23鸭蛋蛋窝自动升降系统总体设计33.1功能实现过程

8、33.2鸭蛋自动升降系统方案设计33.3翻倒机构设计63.4总体方案确定74升降系统的传动系统设计74.1升降系统的机构简图74.2电机选型74.3圆柱齿传动设计104.4带传动设计124.5剪叉机构设计144.6丝杠传动设计154.7翻倒机构的设计164.8带式输送机设计174.8.1 输送带的选择174.8.2 输送机受力分析194.9PLC电控系统设计215水禽蛋窝自动升降系统总体结构设计235.1水禽蛋窝自动升降系统总体布局245.2支承结构设计255.3功能实物模拟实现286结语29附 录32致 谢331 前言1.1 毕业设计目的随着科学技术的进步和人类生活水平的提高，养殖业现代化和

9、农业现代化的进程也在不断加快。那么我们可以确定，设施养殖业和设施农业会成为养殖和农业的主要方向，利用现代工程技术和材料技术和生物技术和生态技术等技术，通过系统的工程原理利用尽可能少的资源去营造动植物生长的特定环境，以自动化或半自动化的工厂化方式进行动物生产的高效集约型养殖业，这就是设施养殖。随着自动化设施与设备应用到农业和养殖业的生产与养殖当中，使养殖业的生产方式发生了变化，变得更加工厂化、标准化、生产产品保健化、设施技术科技化。那么对于养殖业中的自动化设备的研究和设计是非常地有意义的。对于蛋窝自动升降系统的设计是有益于养殖业的生产与发展的，蛋窝升降系统就是主要用于种蛋的编号或者测定其各项指标

10、，种禽产蛋后离开蛋窝，蛋窝升起，使种蛋进入预定区域，然后蛋窝回位，不影响下一只种禽产蛋。以下我以蛋鸭作为最主要研究方向和设计方向。经过研究表明，鸭子产蛋都是夜间，这时环境比较安静，没有其他声音和噪音的影响，是最适合蛋鸭产蛋的时候 。如在此时有其他的影响，则会惊扰到蛋鸭，蛋鸭受到惊吓，影响产蛋率。但恰好在夜间是人们的休息时间，此时蛋窝需要及时清空，清出空的蛋窝给鸭子产蛋。这时蛋窝自动升降系统的研究意义便很明显了，可以减少养鸭人频繁地进出鸭舍而影响蛋鸭产蛋，也可减少养殖户的劳动强度，提高鸭子产蛋效率。2.1国内研究概况查询国内网络以及书刊资料，对于水禽蛋窝升降系统的研究不多，且尚未有成熟的技术被引

11、用于实际的生产与养殖当中。但另一种禽类的自动化设施已有比较多的应用，鸡蛋的机械式集蛋设备，采用机械自动化集蛋设备是非常有必要的措施，因为可以节省大量的人力物力，也及时提供了鲜蛋。目前，有的鸡场已经采用机械全自动化集蛋设施, 有的采用机械半自动化集蛋设施。这些技术是很值得去研究和发展的，大大提高了现有鸡场的生产效率。随着中国畜牧业的发展，禽类养殖设备的自动化会成为趋势，会有越来越多的大型农场取代农村的小规模养殖户，则自动化养殖设备将成为未来发展必要的关注点。2.2国外研究概况从现有查询的资料及了解中，也暂未发现类似的成熟技术应用于国外的生产养殖当中。但是国外对于设施养殖设备的起步比较早，已经有很

12、多比较成熟的养殖设备应用于生产养殖当中，已经领先了我国很多，而且发展迅速，我们都知道，人力资源在西方国家是比较昂贵，西方国家已经逐步使用了机械自动化替代大量的人力，现在可以看到很多西方国家的农业和养殖业都使用了很多大型的农业设备和养殖设备，效率非常的高，只保留了少部分的人力。因此，西方国家的养鸡场自动化程度很高，一些鸡场甚至是无人运作的。可以看出国外高科技的机械自动化养殖设备在实际生产中运用很多，我们国内很多大型养殖场还做不到这样的全自动化管理和全程电脑操控，另外现在西方的家禽养殖场已经开始尝试着建立鸡场的无线化控制管理8。所以在未来中我国的机械智能自动化设施养殖仍是一个值得大力发展的方向。2

13、 蛋鸭的生活习性与农场蛋窝情况2.1 蛋鸭的产蛋习性蛋鸭是在深夜的时候产蛋的，蛋鸭的产蛋环境要安静无声，没有其他声音和噪音影响，是最适合鸭类繁殖后代的环境。如果在此时停止了灯光的照亮和有其他声音影响，则会引起鸭群的不安，鸭子会受到惊吓，这样会影响蛋鸭的产蛋率。在产蛋时间以外的其它时间，养殖鸭场的环境条件也要尽量地保持稳定，不能有其他噪声和无关的事物影响，避免各种动植物在鸭舍里进出。另外在饲养的鸭子的过程中，我们要按照严格的顺序和规章制度来制定鸭子的喂食时间和放养时间，不能随便地改动，因为随便改变喂料的餐数，大幅度调整饲料的种类，都会影起鸭子生理机能紊乱，造成蛋鸭产蛋的减产或停产。2.2 目前大

14、部分农场鸭舍蛋窝类型目前大部分农场使用的鸭蛋窝都为黑色聚丙烯(PP)塑料材质蛋窝，这种蛋窝耐用和耐腐蚀,方便管理和清洗,非常适合提供给农场使用。2.3 农场鸭蛋的集蛋方式目前农场鸭蛋的收集和蛋窝的清空, 通常采用人工捡拾的方式完成。按照时间规律去清空蛋窝和收集鸭蛋,这种集蛋方式效率低下,而且花费极大的人力与物力,容易弄破鸭蛋,成本高。3 鸭蛋蛋窝自动升降系统总体设计3.1 功能实现过程功能实现流程：鸭子进入蛋窝，蛋窝受到第一次感应传输到控制系统，鸭子产蛋后离开，蛋窝受到第二次感应传输到控制系统，控制系统传输信号驱动升降机构，蛋窝升起，辅助机构清空蛋窝，鸭蛋被传送带收集，清空结束，剩下的空蛋窝受

15、到感应传输到控制系统，控制系统传输信号驱动升降机构，蛋窝下降原始位置等待下一只蛋鸭产蛋。具体流程图如下：（1）功能分析主要功能：蛋窝升起辅助功能：翻倒机构翻倒清空蛋窝或辅助铲子清空蛋窝 传送带运送鸭蛋 感应器感应控制功能：升降驱动控制 升降停止控制 警报（2）功能求解功能元 1 2 3丝杠动力 电动机 汽油机 剪叉传动 螺旋滑块 液压传动 链传动翻倒传动 连杆传动 液压输送动力 电动机 汽油机3.2 鸭蛋自动升降系统方案设计（1） 液压剪式升降机构工作原理：液压缸活塞杆可以前后活动，向前移动时推动滑块，滑块继而推动剪式连杆活动，继而实现平台升起。优点：升降稳定，噪音小，设计简单，方便制造，承重

16、大缺点：液压缸成本高，占用空间大图3-1（2）丝杆剪式升降机构工作原理：通过丝杆的顺逆旋转来实现滑块的左右移动，滑块右移时，联动剪式连杆活动，继而实现平台升起。优点：升降稳定，设计简单，制造方便，噪音小，成本低 缺点：丝杆磨损快，承重能力小图3-2 （3）链传动升降机构工作原理：链筒旋转，拉动链条，进而链条拉动平台滚筒，使平台上升，达到升起的目的。优点：设计简单，承载重力大，成本低缺点：空间占用率大，起降不稳定，噪音大图3-33.3 翻倒机构设计根据分析与资料查询，设计了如下翻倒机构如图3-4和3-5所示图3-4图3-53.4 总体方案确定根据对比各方面的优点与缺点，结合农场的生产成本和特点，

17、经济性和空间利用最优，选择了螺杆剪式机构和滑块翻转机构。4 升降系统的传动系统设计4.1 升降系统的机构简图如图4-1为升降系统机构简图图4-1 水禽蛋窝自动升降系统传动系统1-电动机 2-减速箱 3-丝杆 4-V带 5-墙体 6-传送带机构 7-翻倒机构 8-剪叉连杆 4.2 电机选型电机类型和结构可根据电源类型（直流、交流）、运行条件（温度、环境、空间大小）和负载特性（性质、尺寸、启动性能和过载）进行选择。电机是标准件，由于工作环境清洁，运动负载稳定，选用Y系列电机，该系列电机可防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物进入电机。1）特性：由电动机类型决定的电动机的机械特性应与工作机械特性相匹配，机组

18、应工作平稳；电动机的起动转矩、最大转矩和牵引转矩均能满足工作机械的要求。2）转速：电动机的转速满足工作机械的要求，其最大转速、变速率、稳态转速、调速、变速等性能均能满足工作机械的要求。3) 为了降低整个电机驱动系统的能耗和电机的综合成本，电机选型需要有经济性的。对于一些使用寿命短、每年工作小时数少的机器，电机的低效率不会引起总能耗的大变化，因此不强调电机的效率；但另一类年利用率较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗4。(1)电机功率的选择电机的功率主要由电机运行时发热的情况决定的，但发热情况又由工作所需要的功率PW所决定。所以根据设计要求，升降速度设

19、计为VW=0.2m/s，平台承重20Kg，平台与剪叉自重约80kg，采用一级减速器减速，本设计采用小型皮带输送机进行鸭蛋输送，皮带输送机传送速度为0.2m/s，滚筒直径120mm，牵引拉力设计为F=500N。因此平台上升时需要的功率PW为：式PW=Fmvw1000w(kw)(4-1)其中：工作时效率w=0.90，Fm=0.98KN，vw=0.2m/s，因此，PW=0.981030.210000.90kw=0.22kw皮带输送机所需的功率PP为：式Pp=Fpvp1000p(kw)(4-2)其中：工作时效率p=0.90，Fp=0.5kN，vp=0.3m/s，因此，Pp=0.51030.210000

20、.90kw=0.17kw则电动机的输出功率：式P0=Pw+Pp(kw)(4-3)查表1-51，滑动螺旋传动效率1=0.5，滚动轴承效率2=0.99，9级精度齿轮传动效率3=0.96，滚动轴承效率4=0.99，V带传动效率5=0.98,连轴器传动效率6=0.98从电动机到升降平台的总效率为：式=123456=0.50.9920.960.980.98=0.452（4-4）电动机所需功率为：P0=0.22+0.170.452=0.863kw(2)确定执行机构的传动比我们选择电机的额定功率1.1kw，原因是载荷比较平稳，为了更有经济性，降低相关成本，所以电动机的额定功率PW只需略大于P0就可以了。根据

21、鸭舍围墙高度1m，0.2m的架空槽，平台高0.1m，平台所需升高0.7m即700mm，取丝杆螺纹螺距为5mm，则根据上升速度得螺杆旋转转速为约12r/s即nl=724r/min。且根据皮带输送机工作速度与滚筒直径可得滚筒转速为ng=601000vD=6010000.33.14120=95.54r/min选择电动机转速及传动比的分配（查表14-21），根据V带建议传动比，选取V带的传动比为：i1=27根据圆柱齿轮建议传动比，圆柱齿轮传动比为：i2=24 则选取的传动比范围为：ia=2724=428所以电动机实际转速的建议值为：nw=nwi2=724(24)=14482896r/minnp=npi

22、a=95.54(428)=3822675r/min符合这一范围的同步转速为：1000r/min、1500r/min、3000r/min。根据容量和转速，由表12-11 查出适用的电动机型号为Y90S-4额定功率1.1kw，四极，额定转速为1400r/min。根据电机转速得总的传动比。式ia1=mnw=1400724=1.944-5式ia2=mnp=140095.54=14.654-6下表4-1为电机传动比分配表表4-1电机传动比分配表机型额定功率kw同步r/min满载r/min总传动比iaV带传动比iv圆柱齿传动比irY90S-41.11500140014.6572(3)各轴的传递功率及转速由

23、已知，可计算各轴的传递功率及转速，如下：电机轴：P0=1.1kwn0=nm=1400rminT0=9550P0n0=95501.11400Nm=7.50Nm轴：P1=P06=1.1kw0.98=1.078kwn1=n0=1400rminT1=9550P1n1=95501.0781400Nm=7.3535Nm轴：P2=P13=1.0780.96=1.03488kwn2=n1il=1400rmin2=700rminT2=9550P2n2=95501.03488700Nm=14.119Nm轴：P3=P25=1.03488KW0.98=1.0142kwn3=100rminT3=9550P3n3=955

24、01.0142100Nm=96.85Nm4.3 圆柱齿传动设计直齿轮使用有以下几个优点，其传动比范围大，效率高，而且容易加工，成本低，经济性好。所以本设计采用直齿轮一级减速器。小齿轮使用40MnB调质，则齿面硬度为241-286HBS，那么相应的疲劳强度取均值，根据表11-12得Hlim1=720MPa，FE1=595MPa，另外大齿轮使用ZG35SiMn调质，则齿面硬度为241-269HBS，根据表11-12得Hlim2=615MPa，FE2=510MPa，由表11-52取得SH=1.1,SF=1.25,则得许用应力：H1=Hlim1SH=7201.1MPa=655MPaH2=6151.1M

25、Pa=559MPaF1=FE1SF=5951.25MPa=476MPaF2=5101.25MPa=408MPa齿轮按照8级精度制造，则根据表11-32选取载荷系数K=1.5，根据表11-62选取齿宽系数为d=0.8，则小齿轮上的转矩为T1=9.55106P1n1=7353.5N/mm 根据表11-42取得ZE=188.9MPa，u=ir=2，则d12.323KT1du+1u(ZEH)2把数据代入上式得d130.9mm取齿数Z1=18,则Z2=218=36所以模数为m=d1Z1=30.918mm=1.72mm齿宽为b=dd1=0.830.9mm=24.72mm取b2=30mm, b1=35mm根

26、据4-12取m=2mm，则实际得d1=Z1m=36mm, d2=Z2m=72mm,所以中心距为=d1+d22=54mm验算齿轮的弯曲强度首先根据图11-82得齿形系数YFa1=3.03，YFa2=2.50，根据图11-92得YSa1=1.54，YSa2=1.66，则由式11-52得F1=2KT1YFa1YSa1bm2Z1=21.57353.53.031.54302218MPa=47.66MPaF1F2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=47.662.51.663.031.54MPa=42.39MPaF24.4 带传动设计皮带传动是利用皮带轮上的柔性皮带进行运动或动力传递的一种机械传动。有减

27、震、结构简单、传动稳定、能在大轴距和多轴之间传递动力的特点，且成本低、无需润滑、维修方便等，在现代机械传动中得到应用很广泛。摩擦式皮带传动可以超载打滑，运行噪音低，但存在以下缺点，传动比不准确；同步皮带传动可以保证同步，但对吸收负载变化的能力差，高速运行时噪音大。在此次设计中，皮带轮的传动比大，而且中心距大。所以选用窄V型带。带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等；当V20m/s时，一般用HT150；当20V30m/s，用HT200；当转速大于35m/s，功率较大时用35钢和40钢；高速且小功率用工程塑料；批量大时，可用压铸铝合金或其它合金。(1)求计算功率计算功率Pc是根据传递的功率的

28、工作条件确定的，计算公式如下：Pc=KAP(4-7)其中P为减速器输出的额定功率P2，P2=1.035kw。KA为工作情况系数：因为该传动的载荷变动很小，每天工作时间大于16小时，则根据表13-92可定KA=1.2，故Pc=1.242kw。(2)选择V带的型号得计算功率Pc为1.242kw和计算小带轮转速n小为700r/min。根据查图13-152普通V带选型图。选择用SPZ型带。d1=63100mm,因传动比比较大，所以小带轮取小值而不使大带轮尺寸过大，所以现取d1=80mm,则大带轮直径为d2=i2d1=780mm=560mm验算带的速度v。v=d1n1601000=80700601000

29、m/s=2.94m/s4-8因为v(F0)min计算作用在轴上的压轴力Fq：Fq=2z(F0)minsin12=22188sin1482N=723N(4-15)其中a1为小带轮的包角。4.5 剪叉机构设计剪叉机构是由可在平面相互转动的两根剪杆，通过枢轴连接中点而组成的。现在以单片剪叉为研究对象，分析其机构。基于本设计，工作环境良好，受载荷较小，结构简单紧凑，设计简单，所以采用丝杠提供横向驱动。如下,4-2和4-3所示，当丝杠转动，丝杠螺母会进行横向驱动进而带动AA杆横向滑动，那么就会推动剪叉杆运动，使平台上升。图4-2图4-3根据本设计的平台长度AB设计为600mm，上升高度为700mm，可以

30、通过作图法设计得出AA杆需横向滑动190mm，剪叉杆长度为608.28mm。因使用环境良好，承载重量小，所以剪叉杆与平台材料使用普通45钢。平台结构特殊使用板材焊接而成。4.6 丝杠传动设计滑动丝杠螺母一般有以下的失效情况，螺旋部位磨损，丝杠拉断或剪断，还有螺纹牙根部剪断。所以常以耐磨性计算来决定丝杆中径。丝杠螺母螺纹我们采用梯形螺纹，因为其传动效率较高。在材料上，丝杠采用的材料是合金工具钢-9Mn2V,这种材料的耐磨性和尺寸稳定性比较好，可以很好地满足使用要求。另外螺母则可以用钢或者铸铁做一个外套，其内部浇注青铜，这样可以增加其耐磨性，延长寿命。初选基本尺寸：根据公式d20.8Fa式中Fa-

31、丝杠所受最大轴向力，N-螺母长径比，=Ld2,L为螺母长度，一般取=1.21.4，由于此设计中丝杆所受最大轴向力非常小，所以暂以平台自重，剪叉杆自重和承载重量作为最大轴向力，即Fa=980N，取=1.2，=19600N/mm2,得丝杠中径：d20.36选择螺距为P=5mm，外径为22mm，内径为16mm，中径为19.5mm的丝杆。丝杆螺纹有效长度计算丝杆有效长度：L0=L-2Le根据表3-7-103得滑动丝杆螺母结构丝杠螺母的结构主要有组合式和整体式，如下表3-7-133滑动丝杠螺母结构本设计中受载荷小，设计简单，所以使用整体式单向受载。4.7 翻倒机构的设计翻倒机构采用的是滑块摇杆机构，通过

32、滑块的移动推动摇杆转动产生角度实现倾斜进而翻倒出鸭蛋。其简图4-如下图4-4图4-5本设计中与翻倒板相连接的顶块是可以自由活动固定的，可按照实际的生产情况进行调整，以达到最好的翻倒效果。为了翻倒机构在上升过程中不翻倒或翻倒减慢，需使摇杆在上升期间或上升的规定时间内只进行滑动，不产生旋转，所以在摇杆上端滑块滑动到顶块时，才会产生翻倒动作，以此来防止过早翻倒损坏鸭蛋。另外，下滑块滑动所需的动力是由剪叉杆提供，滑块与剪叉杆相连，当剪叉杆横向移动时带动滑块横向移动，从而带动摇杆运动。机构三维建模如下图4-所示4.8 带式输送机设计在本设计当中，输送的为质量较小的鸭蛋，所以受到的载荷比较小，带速小，且输

33、送距离短，所以对带式输送机的要求比较低，因此本设计采用简单的水平运动单滚筒传动带式输送机，因鸭蛋为圆滑形状物体，所以皮带间安置了对应的隔板辅助运输鸭蛋，防止其在皮带上滑动降低输送效率。如下图4-6所示图4-6因皮带上装上了隔板，而且输送重量小，所以本设计采用滚筒拉力拉近皮带的方式进行传动，无需压紧轮进行压紧，所以设计简单，根据实际输送情况估算设计。4.8.1 输送带的选择带宽确定鸭蛋的最大长度约为100mm，按照公式B2+200式中为物件最大宽度则得B=2100+200mm=400mm根据规定，标准输送带的品种规格需符合GB/T 4490-1994运输带尺寸、GB/T 7984-2001输送带

34、具有橡胶或塑料覆盖层的普通用途织物芯输送带和GB/T 9770-2001普通用途钢丝绳芯输送带的有关规定，所以根据图4-7所示图4-7因此设计初选帆布带，带宽400mm，层数为4层，重量4.655kg/m。整机设计长度2000mm，输送距离比较短，所以输送机的承载托辊平均布置即可，托辊类型有两种，一种是槽型托辊，一种是平行托辊，如图4-8和4-9所示。初选承载托辊为DTIIGP2204，在本设计中选择的是平行托辊，另外输送机输送带的运动方向是水平的，所以无需制动。图4-8 槽型托辊图4-9 平行托辊4.8.2 输送机受力分析圆周驱动力FV分析式FV=FH+FN+FS1+FS2+FST4-16式

35、中FH-主要阻力，NFN-附加阻力，NFS1-特种主要阻力，托辊前倾摩擦阻力，NFS2-特种附加阻力，卸料器、清扫器阻力，NFST-倾斜阻力，N现在进行主要的阻力分析输送机的主要阻力是由物料和输送带移动和承载托辊还有回程托辊旋转所产生的阻力之和，公式计算如下所示式FH=fLgqRO+qRU+2qB+qGcos4-17式中f-模拟摩擦系数L-输送机长度g-重力加速度qRO-承载托辊组每米长度旋转部分重量，Kg/mqB-承载或回程托辊每米输送带质量，Kg/mf-运行阻力系数模拟摩擦系数如下表4-4所示表4-4设备工作环境为室内，灰尘少，带速为0.3m/s，则f选用0.022承载分支托辊组每米旋转质

36、量确定式qRO=G1a04-18式中G1-承载分支每组托辊旋转部分重量，Kga0-承载分支托辊间距，m托辊已选好，托辊间距选为0.5m，可知L=380时，G1=4.07则得qRO=8.14kg/s回程分支托辊组每米长度旋转部分质量的确定式qRU=G2aU4-19式中G2-回程分支每组托辊旋转部分质量aU-回程分支托辊间距，1m可知G2=4.07，则得qRU=4.07kg/m确定每米皮带长度输送物料质量初设每米输送上限10个鸭蛋，1个鸭蛋约80g,则qG=0.8kg/m则联立上式可得主要阻力FH=fLgqRO+qRU+2qB+qGcos=9.8208N本设计中无附加特种阻力，附加阻力和特种阻力，

37、则可得总阻力为Fv=FH=9.8208N皮带输送机设计三维图如下图4-10所示，图4-104.9 PLC电控系统设计在本设计中，使用了挡板触控启动，鸭子一进一出为一次触发，启动升降系统升起，清空蛋窝。通过PLC控制电机的正、反和停止。I/O分配以及外部接线。三相异步电动机的正反停控制电路如图4-11所示。此图为按钮和电器双重互锁的正转、反转、停止电路。FR为过载保护装置。a）主电路B）控制电路图4-11 三相异步电动机正、反、停控制电路图PLC控制的输入与输出配制及外部接线图如下图4-12 所示图4-12其程序设计，根据鸭子生蛋一进一出，出来后并平台并不马上升起，否则会伤害到蛋鸭。因此在程序设

38、计上增加了延时器，延迟电机通电启动。程序梯形图如图4-13所示图4-13当鸭子走出蛋窝，触碰到感应挡板使按钮SB2启动，那么常开触点I0.2闭合，驱动计时器T37工作，5秒后T37的常开触点接通，驱动线圈Q0.0并且自锁，通过输出电路使接触器KM1得电吸合，电机开始正向启动并使丝杆转动，平台升起。当平台到达高点且触碰到高点的感应挡板，按钮SB3启动，常闭触点I0.3会断开，Q0.0线圈失电释放KM1，正转停止即平台升起停止，同时，常开触点I0.3接通，使Q0.1线圈得电并且自锁，通过输出电路使接触器KM2得电吸合通电，电机开始反转，使平台下降。当平台下降到原位，触碰到下端感应挡板，使SB1启动

39、，进而使KM1和KM2失电释放，电机停止工作。5 水禽蛋窝自动升降系统总体结构设计在本水禽蛋窝自动升降系统设计当中，是将蛋窝自动升降系统分解成各个功能单元，以各个功能单元的模式进行设计，水禽蛋窝自动升降系统中分别包括了以下几个功能结构，剪叉升降机构、滑块摇杆翻倒机构、丝杆螺母机构、减速系统、皮带输送机构等，考虑了设备的使用环境和空间要求，最终选择了丝杆剪叉式升降作为主要的功能实现。另外为了满足自动化这一要求，引入了PLC电控系统，通过挡板感应使系统在无人时仍然可以正常工作并在出现异常时自动停止。自动升降系统总体结构设计最主要针对各个机构如何放置以减少空间使用，且使部件安装紧固，还要考虑安全生产

40、防护等设计。5.1 水禽蛋窝自动升降系统总体布局对水禽蛋窝自动升降系统机械的有关零部件进行相对空间位置的合理配置，是为总体布局。因为鸭蛋蛋窝自动升降系统的机构很多，而且需要根据养殖场环境布局进行安装，尽量减少占用空间，所以总体的安装布局需要紧凑、有效、方便，为简化传动系统、便于调试与维修和减少机构的构件数和运动副数，并尽量缩小其几何尺寸和所占空间位置，原件尽可能集中布置和接近执行构件。运输机装设在墙体上，减少了相关金属支承结构，举升起来的翻倒机构与运输机相贴近，这样可以有效地收集鸭蛋，剪叉机构采用了双层剪叉，可以根据蛋鸭养殖场墙体高度进行调节升降高度，通用性比较大。可以在墙体装备多个升降机构，

41、可以更高效地满足蛋鸭的生产，升降机的自生高度为鸭蛋槽的高度，刚好可以装备在网床内，不会占用非常多的空间，减少空间上对蛋鸭养殖的影响。总体布置如图5-1。a）b）图5-1 总体布局图5.2 支承结构设计水禽蛋窝自动升降系统会使用棉垫对皮带和挡板进行铺垫和覆盖，防止鸭蛋受到冲击而破裂。在翻倒时，鸭蛋窝固定在推板上，只有鸭蛋顺着孔滑落到输送机的棉垫皮带上，然后运输到指定的位置。水禽蛋窝自动升降系统的支承结构件有底盘、剪叉杆、固定杆、焊接底架等。支承件的主要作用是使各有关零部件和结构件正确定位并固定其相对工作位置。对支承件的要求是：1)具有足够的强度和刚度，支承件在承受最大载荷时的变形不超过允许值；2

42、)具有足够的抗振性，工作时可以稳定有效，不易出故障；3)质量适当，力求节省材料，降低成本和搬运简易；4)方便零部件的装配调试、保养维护和机器的吊运安装；5)外形简洁美观，具有匀称、稳定、安全的效果。(1)支承件的工艺性和经济性在机器满足使用条件的前提下，我们应该尽可能使用互换性高的零部件和固定件，方便后续的维保和提升更换零部件的经济性。对本水禽蛋窝自动升降系统的设计，提高其的零部件的通用化和标准化程度，降低非标设计，提高“三化”程度是我国的一项重要的技术政策，也是农业机械的一个重要发展方向，本机的设计零部件的设计是以此方面为设计思路来提高机器的通用性和经济性。在设计与制造时，要考虑机器成本问题。因此要求机器的制造成本低，能源消耗少，使用寿命长，运输方便、安装简易、维护方便和生产率高。另外，机器的占用空间要少，外形美观。且操作方便、安全性高、机械结构质量高、使用效果好，才能有更好的销售市场。美丽的外观和协调的色调可以提高市场竞争力。(2)底部支承设计底部主要零部件是电机，电机工作时会产生震动，基于这方面的要求，为了减少震动对机器的影响，直接通过紧固件把电机固