高速袋裝飼料投料系統(tǒng)的開發(fā)及研究范文
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摘要：為提高飼料包破袋落料的生產(chǎn)效率，減少對從業(yè)人員身體的損害，設(shè)計開發(fā)一套智能破袋系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸送系統(tǒng)、桁架搬運系統(tǒng)、破袋落料系統(tǒng)、托盤碼垛系統(tǒng)4大部分組成。文章介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計思路和工作原理，分析了桁架結(jié)構(gòu)強度以及破袋投料效率。目前，該系統(tǒng)已完成樣機試制，準(zhǔn)備進入批量生產(chǎn)。
近年來，隨著我國畜牧業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，我國已有飼料生產(chǎn)企業(yè)12000多家，年產(chǎn)飼料8000余萬噸。投料工序作為飼料生產(chǎn)的重要一環(huán)，長期以來一直未能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。人工投料方式勞動強度大，生產(chǎn)效率低，而且落料時產(chǎn)生的粉塵對工人的健康影響很大，從業(yè)人員嚴(yán)重不足。機械科學(xué)研究總院海西（福建）分院有限公司開發(fā)了一種新型智能化破袋投料系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動完成料包輸送、破袋投料、托盤碼垛、半盤移出等待等功能。該破袋投料系統(tǒng)每小時投料22.5t原料，而傳統(tǒng)雙人投料每小時可投料5t左右，工作效率是人工的4倍以上，能很好地替代人工完成破袋投料工作。
1破袋投料系統(tǒng)總體設(shè)計思路
高速飼料破袋投料系統(tǒng)由輸送系統(tǒng)、桁架搬運系統(tǒng)、破袋投料系統(tǒng)、托盤碼垛系統(tǒng)等4大部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。根據(jù)用戶要求，破袋投料系統(tǒng)設(shè)計投料能力為20t/h，機器每天工作16h，可完成整板物料投料和定量投料兩種模式。
2.1鏈條輸送系統(tǒng)鏈條輸送系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)采用鏈條傳動方式，可將料堆從入料口輸送到各個指定區(qū)域。每節(jié)輸送帶都設(shè)有位置檢測裝置，能實現(xiàn)位置檢測和計數(shù)功能，在抓取區(qū)和緩存等待區(qū)設(shè)有移位裝置，能實現(xiàn)縱向輸送和橫向輸送的轉(zhuǎn)換。
2.2桁架機械手由桁架、檢測裝置、抓取裝置組成。桁架驅(qū)動機械手沿豎直和水平方向移動，抓取鉤的邊緣設(shè)有檢測框，當(dāng)檢測框接觸到料包時，檢測框上的行程開關(guān)隨即發(fā)出抓包指令，抓取鉤根據(jù)指令自動抓取料包并送至破包投料區(qū)。桁架機械手作為關(guān)鍵部件，考慮成本采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，桁架主體框架鋁型材尺寸為60×60mm，上方導(dǎo)軌滑臺為80×120mm管材。從工作流程上看，桁架機械手作為主要運動部件，對其穩(wěn)定性有一定要求，因此對桁架部件作有限元靜力學(xué)分析。桁架機械手抓取重量考慮一定裕度，按300kg考慮，比設(shè)計重量略高。采用鋁型材參數(shù)：密度2770kg/m3，楊氏模量7.1e10pa，泊松比0.33。將載荷均布在桁架導(dǎo)軌滑臺上，載荷大小為3000N，滑臺上接觸面積為48800mm3，因此施加應(yīng)力大小為P=F/S=3000/0.0488=0.06148Mpa。采用ANSYS軟件進行分析，得到桁架靜力學(xué)變形結(jié)果，如表2和圖5所示。圖5b所示為60×60mm鋁型材桁架主體結(jié)構(gòu)及80×120mm管材導(dǎo)軌滑臺結(jié)構(gòu)的綜合靜力學(xué)變形云圖，可以發(fā)現(xiàn)變形最大處是導(dǎo)軌滑臺部分，綜合變形達到0.265mm。因此從整體結(jié)構(gòu)強度和經(jīng)濟性角度出發(fā)，在桁架主體框架不變的情況下增大導(dǎo)軌滑臺管材口徑，選用120×150mm管材替換進行優(yōu)化分析，靜力學(xué)變形結(jié)果如圖5c所示，可以發(fā)現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)整體變形在0.12mm，結(jié)構(gòu)強度得到很大改善。
2.3破包投料裝置破包投料裝置如圖6所示，由破包裝置、振動投料裝置、吸塵裝置組成。機械手將料包抓取至轉(zhuǎn)動刀盤處破包，再移至振動篩上，振動篩在偏心機構(gòu)的驅(qū)動下，完成振動落料工作。在振動篩左右兩側(cè)各設(shè)有一個真空吸塵裝置，以吸除投料時產(chǎn)生的粉塵。
2.4托盤堆垛裝置當(dāng)料包堆投料完成后，空托盤輸送至托盤堆垛裝置，頂升機構(gòu)將空托盤頂升至與上一層托盤接觸，活動銷撤出，頂升機構(gòu)繼續(xù)上升，上升至合適高度時，活動銷再插入最底層托盤，頂升氣缸下降，完成一次堆垛工作。
3飼料破袋投料系統(tǒng)效率對比
飼料破袋投料系統(tǒng)實際工作效率如圖7所示。機器每分鐘可破袋3次，每次5包，每包25kg，每小時可投料22.5t；人工兩人一組，每分鐘3~4次，每次1包，每包25kg，每小時投料約5t。通過分析效率對比發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)投料效率比人工高4倍以上。
4結(jié)語
高速飼料投料系統(tǒng)綜合運用了自動輸送、自動搬運、自動碼垛等技術(shù)，解決了傳統(tǒng)飼料加工產(chǎn)業(yè)中破袋投料工序效率低、人工成本高等問題，將對我國飼料行業(yè)的智能化發(fā)展起到積極的推動作用。參考文獻：[1]陳奎生.液壓與氣壓傳動[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.[2]王玲，朱祥森，梁博宇，等.物流搬運機械手建模仿真與快遞成型[J].物流科技，2017，40（02）：71-73.[3]段立蹄，沈仙法，丁正益.基于六桿機構(gòu)的快遞搬運柔性機械手設(shè)計[J].機械工程師，2016（11）：96-97.[4]從明,石會立,宋鴻升,等.桁架機械手動態(tài)特性的有限元分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2008（06）.19-22.
作者：余輔華 單位：機械科學(xué)研究總院海西（福建）分院有限公司
