一种螺旋饲喂装置的设计与优化研究

摘要

近年来随着我国养殖行业飞速发展，其中畜牧养殖业发展尤为迅速，其不仅发展规模越来越大，而且所需的养殖设备也朝智能化、精确化、自动化方向快速发展。我国作为畜牧养殖大国，正处于传统养殖技术向现代化养殖技术转变的阶段，智能化养殖设备的发展程度决定着一国养殖行业未来的整体发展水平。因此，对智能化养殖设备展开深入研究对我国现代畜牧养殖行业的发展具有极其重要的现实意义。
　　本文是以一种智能饲喂装置为研究对象，对该智能饲喂装置的相关结构参数进行详细严谨的设计，并在此基础上对其下料机构的关键零件螺旋轴进行优化设计，使其不仅满足设计强度、刚度及可靠性要求，又能达到显著提高饲喂装置物料输送能力的目的。
　　首先，对比分析国内外智能饲喂装置的研究现状及结构设计特点，提出饲喂装置总体设计要求。结合下料机构选型设计、螺旋轴结构分析及螺旋面上物料颗粒的动力学分析，确定下料机构的输送形式和螺旋轴布置方式，并建立其运动规律方程，推算出物料轴向移动条件，详细设计螺旋轴的螺距、叶片直径和厚度、转速以及转轴直径等主要参数，同时完成驱动电机、储料仓结构和尺寸参数设计。
　　然后，详细论述螺旋轴的受力情况，建立其几何力学模型，并借助有限元分析软件对螺旋轴在不同工况下进行有限元静力学和有限元模态分析，验证其强度、刚度和可靠性满足设计要求且工作时不会产生共振，证明螺旋轴结构和尺寸参数设计的合理性。再应用Box—Behnken试验设计方法和约束优化方法对螺旋轴相关参数展开优化设计，得出最优结构设计参数，螺旋轴体积最小，增大了输送空间，使下料机构物料输送能力得到显著提高。
　　最后，将所设计智能饲喂装置进行生产制造，利用产品样机对所设计饲喂装置的工作性能进行检验。下料精确度试验表明，下料机构的实际下料量与后台控制器记录的理论下料量非常接近，在误差允许范围内，证明满足设计要求。优化前后饲喂装置输送性能对比试验表明，优化后的下料机构其物料输送能力提升了6.2％以上。该研究表明，科学合理的结构设计和试验设计方法及优化方法相结合，不仅可以满足饲喂装置的设计要求，而且能进一步提高其工作性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 饲喂装置国内外研究状况

1．1．1 国内研究状况

1．1．2 国外研究状况

1．2 课题来源和研究意义

1．2．1 课题来源

1．2．2 研究意义

1．3 课题的研究内容

第二章 螺旋饲喂装置设计

2．1 饲喂装置总体设计

2．1．1 设计要求

2．1．2 主要技术参数确定

2．1．3 组成和工作原理

2．2 下料机构设计

2．2．1 下料机构选型设计

2．2．2 螺旋轴主体结构分析

2．2．3 螺旋面上物料颗粒的动力学分析

2．2．4 螺旋轴主要参数设计

2．3 驱动电机选型设计

2．3．1 驱动电机功率计算分析

2．3．2 电机选型设计

2．4 储料仓设计

2．4．1 储料仓结构特性分析

2．4．2 料仓倾斜角度设计分析

2．4．3 储料仓总成设计

2．5 本章小结

第三章 螺旋轴有限元分析及优化设计

3．1 有限元应用概述

3．2 螺旋轴静力学分析

3．2．1 物料堆积角研究分析

3．2．2 螺旋叶片力学分析

3．3 螺旋轴有限元静力学分析

3．3．1 材料属性设置

3．3．2 几何模型建立

3．3．3 网格划分

3．3．4 载荷和约束条件

3．3．5 求解及结果分析

3．4 螺旋轴结构模态分析

3．4．1 模态分析前处理

3．4．2 求解及结果分析

3．5 螺旋轴结构优化

3．5．1 试验设计方法

3．5．2 优化设计数学模型

3．5．3 设计变量

3．5．4 优化目标

3．5．5 约束条件

3．5．6 优化结果分析

3．6 本章小结

第四章 设计产品试验与分析

4．1 实验方案与设计

4．1．1 试验准备工作

4．1．2 试验方案

4．2 下料精度试验分析

4．2．1 下料精度试验

4．2．2 试验结果分析

4．3 输送能力对比试验分析

4．3．1 优化前饲喂装置输送能力试验

4．3．2 优化后饲喂装置输送能力试验

4．3．3 试验结果分析

4．4 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文