小型立式tmr饲料车的实体设计与运动分析 47页

学士学位毕业论文（设计）小型立式TMR饲料车的实体设计与运动分析学生姓名：学号：指导教师：所在学院：工程学院专业：机械设计制造及其自动化中国·大庆2009年6月\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）摘要TMR饲料搅拌车是一种先进的机械化混合搅拌设备。本设计通过对国内外TMR饲料车搅拌机理的研究，并对国外饲料车关键部件的测绘，进行国产化研制。本设计运用Pro/E对小型立式搅拌车的关键部件进行了三维实体造型设计，在此基础上进行了虚拟装配和运动仿真以及建立了相应工程图。通过对关键部件的动态仿真及分析，对其运动和受力情况进行了更深的理论研究，进而实现小型立式TMR饲料车的工程设计和合理改进，为TMR饲料车的国产化进程提供一定的技术支持。关键词：TMR搅拌车；Pro/E；实体造型；动态分析III\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）AbstractTMRfeedmixerisonekindofadvancedmechanizedmixedagitationequipment.ThisdesignrealizedmanufacturedomesticallythroughthestudyofthemixerrationaletothedomesticandforeignTMRfeedvehicle，andmaptheoverseasfeedvehiclekeycomponent.ThisdesigncarryonthethreedimensionalentitymodellingdesignusingPro/Eforthekeycomponentofthisbiaxialverticalmixer.Thenitcarriesonthehypothesizedassemblyandthemovementsimulationinthisfoundationaswellasestablishestheengineeringplat.Throughthedynamicanalysisandsimulationtothekeycomponent，itcarriedoutadeepertheoreticalresearchoftheirmovementandforce，leadingtotheengineeringdesignandreasonableimprovementsofthebiaxialverticalTMRmixer.Anditprovidescertaintechnicalsupportfortheprocessofmanufacturedomestically.Keywords:TMRmixer;Pro/E;Entitymodeling;DynamicanalysisIII\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）目录摘要IAbstractII1绪论-1-1.1国产化TMR设计在我国农业机械化上的作用-1-1.2课题研究的意义-1-2国内外研究现状、水平和发展趋势-3-2.1国外TMR饲料混合喂料装置现状-3-2.2我国目前TMR搅拌喂料设备使用情况-3-2.3TMR饲料搅拌车的种类-5-2.4TMR饲料搅拌车的发展趋势-6-3总体结构设计-7-3.1主要结构-7-3.2饲料搅拌车的工作原理-7-4关键部件的设计与计算-9-4.1搅拌器的选择设计-9-4.2混料箱的设计-10-4.3车轴设计-10-4.4机架的设计-11-4.5传动装置的总体设计-14-4.6减速装置设计-16-5基于Proe的装配、三维动态仿真及动态分析-25-5.1特征参数化建模技术-25-5.2特征参数化建模设计思想-25-5.3虚拟装配-26-5.4仿真总述-30-5.5动态分析-30-结论-38-参考文献-39-附录1：-41-附录2：-42-III\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-1-黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）1绪论1.1国产化TMR设计在我国农业机械化上的作用近十几年来，我国的奶牛和肉牛饲养业得到了长足的发展，牛奶总产量从1980年的114万吨发展到2000年919万吨，牛肉生产量从1980年的26.9万吨发展到2000年的735万吨，平均年增长速度达17.46%。人均占有量从1.15千克发展到6.2千克。已经逐步地从单位个体饲养发展为部分规模化、集约化饲养，提高了奶、肉品质和产奶、产肉量，降低奶、肉成本。牛奶和牛肉以其特有的营养价值日益受到人们的重视，已成为我国城镇居民不可缺少的优质蛋白质来源，是提高人们身体健康的全营养佳品。根据不断增长的社会需求和近几年的生产发展趋势预测，我国的养牛业还将会有大的发展。特别是西部地区大开发中，保护生态环境、退耕还草，加强优质牧草的种植加工，奶牛、肉牛饲养由传统的散养放牧改为圈养和围栏养殖及集约化饲养方向发展，对机械化程度较高的饲养设备的需求量越来越大。与发达国家及与国内畜禽养殖的其他行业相比，我国养牛业的生产还有一定的差距。我国的肉牛平均胴体重量比世界平均水平低50千克，比发达国家低150千克；我国单位饲养奶牛头数仅为国外发达国家的1/10。与国内相关的养殖业相比，在饲料混合加工方面我国的规模化蛋鸡、肉鸡及猪的饲养场均已实现了机械化作业，机械化配合饲料已很普及，提高了肉蛋产量。但在奶牛的规模化饲养场中，绝大多数饲养场的饲料混合配制工作仍由手工操作完成，不仅劳动强度大，生产率低，而且人工混合难以达到机械混合的饲料质量，无论在混合均匀度、秸秆等粗饲料的精细加工程度上都难以相比，且造成饲喂时间过长，饲料浪费严重[1]。由人工混合的不均匀性造成牛挑食现象严重，涉入营养不全面，消耗内能高而吸收率低。据国外测定，在同样饲养环境和饲料供给条件下，采用饲料TMR混合装置与人工喂料相比，奶牛的产奶量可提高10～20%，我国的一些奶牛场在采用饲料TMR混合装置后产奶量也有相同情况。由此可见，应用奶牛饲喂系统的关键技术—TMR混合喂料装置，解决我国养牛业饲料机械化混合搅拌喂料问题，不仅仅是减轻劳动强度提高劳动生产率，而是提高整个养牛业的饲养水平，提高饲料利用率，提高奶和肉产量，降低饲料消耗，降低防疫难度的关键。国外相继有部分厂商已看准时机，在国内寻求粗精料搅拌喂料车合作代理，但车型、价格等不适合中国规模饲养场现状。1.2课题研究的意义所谓全混合日粮(TMR)是一种将粗料、精料、矿物质、维生素和其他添加剂充分混合，能够提供足够的营养以满足奶牛需要的饲养技术。TMR饲养技术在配套技术措施和性能优良的TMR机械的基础上能够保证奶牛每采食一口日粮都是精粗比例稳定、营养浓度一致的全价日粮。目前这种成熟的奶牛饲喂技术在意大利、加拿大、以色列、美国、法国等国已经普遍使用，-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）我国现正在逐渐推广使用中。全混合日粮(TMR)技术较传统人工喂料有以下优点[1]:(1)可提高奶牛产奶量奶牛能将营养均衡的饲料在24小时内每次少量地、逐步地多次进行摄取。可使瘤胃发酵十分平稳，有效地防止食欲不振和消化障碍地发生;能提高象尿素之类的非蛋白氨的利用;对于母牛产后可以很快达到最高干物质进食量，故可防止和减少产后副平衡的发生，并可较快地提高日产奶量。(2)提高牛奶质量粗饲料、精料和其他饲料被均匀地混合后，被奶牛统一采食，减少了瘤胃pH值波动，从而保持瘤胃pH值稳定，为瘤胃微生物创造了一个良好的生存环境，促进微生物的生长、繁殖，提高微生物的活性和蛋白质的合成率。最终，饲料营养物质的转化率(消化、吸收)提高，奶牛采食次数增加，奶牛消化紊乱减少和乳脂含量增加。(3)提高奶牛繁殖率泌乳高峰期的奶牛采食高能量浓度的TMR日粮，可以在保证不降低乳脂率的情况下，维持奶牛健康体况，有利于提高奶牛受胎率及繁殖率。(4)降低奶牛疾病发生率瘤胃健康是奶牛健康的保证，使用TMR后能预防营养代谢紊乱，减少真胃移位、酮血症、产褥热、酸中毒等营养代谢病的发生。(5)避免了挑食现象采用人工混合调制饲料，因为人工搅拌饲料不可能将粗饲料、青饲料和精饲料混合得很均匀，而是一股粗一股精的，牛很好辨别，因此牛采食时东挑西捡，把认为好吃的那部分饲料先抢到口。使用TMR牛饲料搅拌设备，能将各种粗精饲料搅拌混合得非常均匀，牛无法辨认出哪是粗那是精饲料，避免了挑食现象。(6)减少了饲料浪费采用TMR搅拌喂料设备，精粗饲料经过充分搅拌混合，饲料不但混合均匀度提高了，而且其破断和揉碎功能使得粗长的秸秆和节段变成又细又碎的柔绒状，提高了粗饲料的适口性，提高了饲料的利用率，减少了浪费现象。解放生产力、提高生产率、减轻防疫难度一个存栏1000头奶牛场，采用人工喂饲约需饲养员15～20人，而且劳动强度大。如果采用3吨混合喂料装置1台，饲养人员只需2～3人，就可完成饲料称重、搅拌、喂料、观察牛群等一系列工作，提高了饲养、管理、防疫水平，不但减少了饲养人员的劳动强度又提高了饲养场人员的文化素质，缩短了喂饲时间。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）2国内外研究现状、水平和发展趋势2.1国外TMR饲料混合喂料装置现状在世界上一些农业劳动力紧缺、社会福利好、农业机械化程度高而奶牛业单位规模不断扩大的国家，在二十年前在奶牛饲料方面，开始探索试用机械化分发饲料，以减轻劳动强度，吸引就业和提高劳动效率，提高业者的生活质量和争取更多盈利，所以在无论是肉牛业还是奶牛业都已实现了规模化饲养，在喂料、挤奶这些劳动强度较大、影响活体动物生长发育的主要生产环节早已实现了机械化作业，而且在饲料混合、喂料技术方面投入了很大的科研力量，不断开发研制出一代又一代新机型替代旧产品。TMR十分适于规模大的牛场，因为TMR的购置成本较高，只有在替代更多劳力和TMR车总成本小于劳动力成本的情况下才能体现出投入产出比的产出优势。TMR较适于在舍饲的“散放饲养、自由牛床”模式中应用。现在发展比较好的大公司如：瑞典的阿法拉法公司、意大利的STORTI公司、MARMIX公司和法国的KUHN公司等，目前已有生产量从2吨到20吨的各种产品，可以满足不同饲养规模牛场的需求。在对混合机理、混合部件的研究方面也不断深入，关键部件的结构参数都在不断变化，进行改进和提高。从结构上看，混合部件的功能不断加强，使其更加适应牛饲料的混合特点，而且不仅增强了对物料的混合性能，对秸秆、草类粗饲料的揉搓、切碎功能也在新一代产品上逐渐体现并不断强化。通过对该领域发达国家先进机型的追踪分析，可以看出在这一领域的技术发展是很快的，其特点是：①向着提高混合均匀度、提高对粗饲料的切碎揉搓度即提高精加工能力方向发展；②向着操作自动化、方便化发展。该设备不仅有混合、喂料的功能，还兼有自动取料、上料的功能，做到一机多用，一机多能。③产品系列化、标准化、模块化，可满足不同层次、不同规模用户的需求。2.2我国目前TMR搅拌喂料设备使用情况由于我国人民的饮食习惯及重农轻牧等种种原因，我国的养牛规模化发展一直是比较缓慢的。从20世纪80年代中期开始，发展速度逐渐加快，奶牛饲养向规模化、集约化方向发展，生产水平逐渐提高，对机械设备提出了要求。中国农业机械化科学研究院从90年代开始涉足粗精饲料混合、喂料设备的研究开发领域，从收集、分析研究国外先进技术入手，结合国内规模化牛场的具体情况，确定了研究开发的初步方案，经历了关键部件图纸设计、试制、试验研究、改进设计、再试验研究等几个开发阶段，目前已开发出2-3吨/批固定、牵引两个系列六个机型投入市场，特别新研制双搅龙侧置式TMR-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）饲料混合喂料装置，克服了三搅龙设备的一些缺陷，如：一些零部件的材料工艺问题，耐磨损、抗腐蚀性能不理想，需要经常更换；搅拌室内虽然大部分物料混合运动良好，但在极个别角落里仍有死角，且残留严重；产量较小，规模较大的饲养场不太适用。经过搅拌混合，再用手推车喂料，工序复杂，时间长，对牛饲喂造成一定影响。这些缺点在新型设备中都得到里了不同程度的克服，经用户使用反映良好，不仅提高了劳动生产率，而且明显地提高了饲料的利用率，提高了产奶量。经用户的生产数据对比，牛挑食的现象没有了，牛群在采食时变安静了，牛的产奶量和牛场的生产率明显提高。TMR饲料搅拌喂料车与TMR饲料搅拌站以及适合于已建牛场急需的自走式喂料车通切、揉搓、挤压、翻转、对流、扩散等机械作用，把粗料揉细，把干湿、茎叶、粉粒料完全搅拌均匀，使动物采食均衡，提高劳动生产率、产奶量和增肉量，提高饲料利用率，减轻防疫难度，受到用户欢迎。新设备可填补国内空白，为现有牛场集约化饲养提供优良的设备。同时提高产奶量，按最低5～10%计算，在全国现有奶牛规模基础上，年产奶量增加33～66万吨，相当于增加奶牛头数15万～33万头，对一个规模500头的奶牛场，按北京地区平均产奶量每头每年7000千克/年计算，一头产奶母牛年增产350千克～700千克，市场意义广阔。全国173个养牛示范县，72个商品牛基地，48家万头及万头以下规模奶牛场都是该设备的广大用户。按一台搅拌喂料系统满足500头奶牛饲喂，规模牛场饲养量占6%计算，需配套3600多台该种设备。目前全国有1万头规模奶牛场17个，1万头以下规模奶牛场31家，急需配套该种设备1000余台。随着人民生活水平的提高，牛的饲养量还要逐年增加，特别是奶牛饲养量增加，由此可以看出，该设备的需求量是相当大的。中国农业机械化科学研究院的竞争优势就是能及时研究出适应市场需要的新技术、新产品，不断推陈出新，靠技术、靠质量竞争，推动我国农机行业的发展1985年，北京农业大学周建民先生在北京三元绿荷奶牛养殖中心金星奶牛场和金银岛奶牛场进行了TMR的饲养试验，取得了较好的效果。目前，北京、上海、广州、福建等地部分奶牛场已经采用了该饲养技术。三元绿荷从意大利司达特公司引进了欧洲品牌TMR搅拌车，并加紧进行与之相配套的基础设施改造和技术培训，已有中以示范牛场、金银岛牧场、永乐店新牛场等15个牛场在全国率先实现了TMR饲养工艺，收到良好效果。但从总体来看，目前TMR技术在中国的发展仍处于初级阶段，许多技术还需要进一步本土化，要“以技术带动效益，在效益的追求中不断完善技术；同时，仍然还有相当多的奶牛场并没有接受或是透彻地理解TMR技术。因此，还需要业内人士的共同努力，使TMR产品技术真正在中国这个畜牧养殖大国开花结果，共同促进中国奶业的发展。随着国家宏观调控政策的实施，农业产业化政策的倾斜，以及各有关管理部门对奶业专项技术应用及推广和扶持力度的加大，加上养殖场（小区）、牧业集团对TMR技术认识的不断深入，接下来的几年，必将迎来TMR饲养工艺大跨步的发展时期。我们坚信，TMR技术在中国已经进入春天。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）2.3TMR饲料搅拌车的种类2.3.1卧式TMR搅拌机卧式TMR搅拌机的加工部件一般是由2根或3根水平且平行布置的搅龙构成，根据需要还可以配备自动取料装置(抓手)。其优点是搅拌时间短(一般6～1Omin／批)，尤其适合比重差异较大、较松散、含水率相对较低的物料混合；另外，卧式TMR混合搅拌设备外形通常较窄、较低，通过性好，也易于装料。其缺点是在处理、切割大草拥时不如立式搅拌机快速，且搅龙容易磨损；容积相同的情况下，卧式搅拌机的配套动力一般大于立式搅拌机。2.3.2立式TMR搅拌机立式TMR搅拌机的加工部件一般由1～2个垂直布置的立式螺旋钻构成，其优点是可以迅速打开并切碎大型圆、方形草捆，但混合时间较长(一般20min／批左右)，比较适合含水率相对较高、粘附性好的物料混合。立式搅拌机一般使用寿命较长，圆锥型料箱无死角，卸料时排料干净，不留余料。2.3.3自走式TMR搅拌机自走式TMR搅拌机能够完成除精料加工外的所有工作，即自动取料、自动称重计量、混合搅拌、运输、饲喂等。其具有自动化程度高、效率高、视野开阔、驾驶舒适等优点，是TMR搅拌机中的高端产品，适合现代化大型牛场使用；缺点是价格昂贵。2.3.4牵引式TMR搅拌机牵引式TMR搅拌机是由拖拉机牵引，物料的混合及输送的动力来自拖拉机动力输出轴和液压控制系统。同样，这种搅拌机由于能够移动，习惯上也被称为搅拌车。送料时，边行走边进行物料的混合，拉至牛舍时即可饲喂。其可使搅拌和饲喂连续完成，并根据需要可带取料系统。牵引式TMR混合喂料车适合通道较宽的牛舍(宽度大于2.5m)。2.3.5固定式TMR搅拌机固定式TMR搅拌机一般以三相电动机为动力，常见的机型为卧式结构。通常将其放置在各种饲料储存相对集中、取运方便的位置，将各种精、粗饲料加工搅拌后，再用手推车或小型机动车将TMR饲料运至牛舍进行饲喂。该类机型适合TMR饲料加丁配送中心和牛舍通道狭窄的养牛小区使用。该类机型价格较低，比较适合我国大多数养牛场。在我国，养殖大户的牛舍低且窄，移动式TMR搅拌车无法通过，因此，固定式TMP搅拌机在今后一段时间内将具有很好的市场前景[2]。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）TMR搅拌机最好选择立式混合机，它与卧式相比优势明显：1)草捆和长草无需另外加工；2)混合均匀度高，能保证足够的长纤维刺激瘤胃反刍和唾液分泌；3)搅拌罐内无剩料，卧式剩料难清除，影响下次饲喂效果；4)机器维修方便，只需每年更换刀片；5)使用寿命较卧式长(15000次和8000次)，是传统卧式的2-3倍。2.4TMR饲料搅拌车的发展趋势2.4.1饲料搅拌机械设备趋向大型化方向发展目前，由于饲料搅拌机械加工企业向集团化、大型化方向发展，大型饲料加工成套设备将有所发展，机械化、自运动化程度将进一步提高。饲料搅拌机械制造企业也在向集团化、规模化方向发展。除了建设新的生产车间外，对于旧有的饲料生产线进行改造提高单班产量也是可行方案之一。2.4.2提高单机自动化及成套设备自动控制水平我国饲料工业在经历了萌芽、起步、快速发展三个阶段后，饲料机械在自动化程度上有了一定的提高，一些较大的饲料机械厂家的产品在自动控制方面达到了较高的水平。今后发展的方向应向高度自动化或者说完全自动化、智能化发展。2.4.3TMR饲料搅拌车系统的组成及性能特点系统由传动装置、切碎装置、辅助装置组成。该产品在工序上属于批量混合设备中的立式混合机。可将各种饲料，根据配方的比例配成一定数量的一个批量，将这些饲料混合机内进行混合，产生一个批量的混合料。而且可以通过辅助旋转刀具，在搅拌混合中能对较大的物料进行粉碎。在这样的设计思想和机械机构上，决定了本机械必然具有更多更先进的使用性能。对其性能我大体总结如下：（1）该机是在消化国外先进技术基础上开发出来的新一代牛场饲养设备，能将各种干草、农作物秸秆、青贮饲料等纤维饲料和精料直接进行混合饲喂。（2）可直接用拖拉机牵引、边移动边混合，直接抛撒在牛场内饲喂，节省时间和劳动力。（3）带有自动称重装，添加量随时设定。（4）充分利用各种饲草及农作秸秆，不破坏纤维质成分使饲料的能量效率最大化。（5）饲料混合均匀度高，能量摄取均衡，提高产奶量。（6）提高饲养场生产管理水平和生产效率，降低工人劳动强度。（7）改善饲养环境，提高饲养场空间利用率。（8）即适合于大中型饲养场，也适合于农家规模饲养场-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）3总体结构设计3.1主要结构根据奶牛场的实际情况设计饲料车，基本结构设计如下：设计小型立式螺旋搅拌系统。刀盘上拥有5个高强度刀片，能使饲料以更快的速度和最佳的均匀度得以搅拌，以便达到最佳的饲喂效果。独特的结构设计只需较低的动力输出。独立的底盘设计。底盘能够支持3个称重元件，独特的结构设计使搅拌和运输时能承受很大压力同时更加经久耐用。同时也为准确称重提供了可靠保证。停车支架。停车支架由拖拉机上的双向阀控制，方便与各种类型的拖拉机挂接和停放使饲料搅拌车的停靠更加方便、稳固可靠。卸料口的设计位置为快捷、方便的卸料提供了保障。主要部件结构示意图如图3-1图3-1二维总装图1—车架2—轮子3—搅龙4—大链轮5—卸料门6—小链轮7—锥形齿轮箱8—支架9—箱体Figure3-1Two-dimensionalassemblydiagram1–Frame2-wheels3-stir-long4-largesprocket5-DischargeGate6-smallsprocket7-cone-shapedgearbox8-stand9-Box3.2饲料搅拌车的工作原理-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）配合饲料是发展现代畜牧业的物质基础。混合是配合饲料生产工艺中的一道关键工序，是确保配合饲料质量的重要环节。畜禽饲养实践表明，配合饲料中的各种组分如果混合不均匀，将显著影响畜禽生长发育，轻者降低饲养效果，重者造成畜禽死亡。所以，人们对饲料混合过程原理及其设备研究极为重视。饲料车的工作原理：由动力设备输出动力经过减速器进而把动力传递至锥形齿轮箱，再通过链传动传递至搅龙，锥形齿轮箱和链传动驱动小型立式螺旋搅龙旋转，旋转的螺旋搅龙将物料在饲料箱内沿壁面自下而上的圆周移动而进行提升或抛起，使物料在锥形混合室内相互扩散、对流、剪切、错位和掺混，迫使物料做全方位的空间不规则复合运动，使其在短时间内达到混合均匀的效果。从料箱上部投入物料拖拉机后轴动力输出锥齿轮传动链传动通过联轴器和花键连接搅龙旋转通过花键连接在搅龙刀片下切碎物料出料门在液压杆的作用下升起送出物料图3-2工艺流程图Figure3-2ProcessFlowDiagram图3-3工作效果图Figure3-3Figureeffectiveness-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）4关键部件的设计与计算4.1搅拌器的选择设计4.1.1结构参数的确定在饲料生产中所采用机械混合。用于实现物料混合过程的机成为混合机。主要部件是搅拌器。螺旋式混合设备结构简单、混合性好、能耗低、装料系数较大。立式搅龙在混合设备中是新型、高效的混合设备，其结构紧凑合理、混合速度快、混合精度高、设备能耗低、混合作用柔和、摩擦热少以及安装、操作和维护方便。饲料搅拌机的工艺计算首先确定搅拌机的生产率、所需功率、以及主要结构参数，容积的大小、工作部件的转数和尺寸。箱体宽度B参考司达特公司产品取为2m，则搅龙螺旋的直径为[3]：搅龙螺旋的螺距为[3]：搅龙螺旋的高度为[3]：4.1.2运动参数的确定搅龙的理论生产率可有下式求得：式中：物料在轴向的移动速度（）搅龙的横截面积（）饲料比重（）物料充满系数（水平搅龙，垂直搅龙）对螺旋升角小的()搅龙和输送块状物料时，其生产率趋近最大值（理论值），取螺旋升角为。物料轴向移动速度：=600=1.1式中：螺旋升角搅龙半径式中：摩擦系数取=0.3=304.5搅龙叶片厚取，搅龙转速，搅龙叶片上的刮片保证卸料均匀平稳，在螺旋刀盘上有5个高强度刀片，能使饲料以更快地速度和最佳的均匀度得以搅拌，以达到最佳的饲喂效果。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）图4-1高强度刀片图4-2带有刀片的螺旋搅龙Figure4-1Bladehigh-intensityFigure4-2Upwithalongspiralblade4.1.3安装机构的确定为防止搅龙的轴向及径向的移动，采用花键连接，此处采用矩形花键连接，取花键尺寸为：（GB/T1144—2001）键长取为：4.2混料箱的设计在确定了搅拌容器的容枳后，必须选择适宜的容器装料高度，参照司达特公司产品，选择高为，混料箱侧壁厚、料箱底板厚。图4-3混料箱Figure4-3Mixingbox4.3车轴设计4.3.1车轴应力的确定-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）农用挂车的车主轴是非驱动轴．可看作刚性横梁。支点位于轮胎中心，载荷作用于钢板弹簧座上，如图所示。最大应力通常发生在悬架的弹簧座附近．挂车轮轴的质量属于非悬挂质量，对车辆行驶的平顺性不利；所以在设计车轴时，应尽量减少结构质量并与台适的悬架匹配。车轴的许用弯曲应力一般为300～500，许用扭转应力为150～400。锻铁轴取小值，钢板冲压焊接轴取大值。4.3.2结构设计图4-4车轴Figure4-4Axle车轴有管轴和轴头两部分组成，轴管与悬梁链接，轴头上安装车轴总成。轴管有无缝钢管、及钢板冲压成槽型后焊接成矩形管等形式。轴管和轴头的链接形式：对于小吨位级的车轴可以采用整体式结构，其余的为分段式车轴，其轴管和轴头的连接采用镶焊或对焊方式。挂车车轴的基本结构应相同，以系列化来满足不同轴载荷质量的要求。4.4机架的设计4.4.1结构设计1车架的载荷及许用应力的确定在结构上饲料车属于是农用半挂车，由下面的参数设计：饲料比重为（千克/立方米），饲料车所能承载的重量为。车架是半挂车的主要部件，连接着各个主要总成，承受着复杂空间力系的作用。作为一种简化问题的方法，可以只考虑车架受静载荷的弯曲强度和刚度。车架两纵梁简化为简支梁，且左右对称受载，自身按均匀载荷，外载荷按集中载荷或均部载荷，用解析法进行弯曲和刚度计算，从而初步确定纵梁的截面尺寸。对车架的许用应力可按下述公式计算[3]：=-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）式中——强度基准，于材料的机械性能有关，由于挂车车架为轧制材料，故应以材料的屈服极限为强度为强度基准。——疲劳系数，一般取——动载荷系数，半挂车车架纵梁的弯曲变形，取决于纵梁刚度，在静载荷情况下，允许纵梁的最大变形量为：式中L——半挂车轴距2纵梁车架的纵梁结构根据货台形式要求有：平板式、阶梯式、凹梁式或桥式等，根据实际情况选用平板式便于安放搅拌箱体。纵梁截面有工字型和槽型，为防止上下翼缘受拉伸和压缩作用而破裂，按薄板理论进行校核，其弯曲应力不应超过临界弯曲应力。翼缘最大宽度一般不超过16(为钢板的厚度)，对于大吨位半挂车多采用工字型截面。对于纵梁主截面的最大高度，可选取主截面高200。根据半挂车车架纵梁沿其长度方向截面尺寸的变化，主要根据弯曲强度计算和总体部置确定。在纵梁受力较大的区段内可局部增设加强板或者采用箱型截面。目前各生产厂家为了便于产品变型和多产品生产，规定了纵梁腹板、翼板尺寸规范，从而可采用几种规定尺寸的腹板和翼板的组合。来满足各种吨位的半挂车车架和纵梁的要求。车架纵梁也可选用型钢。3横梁横梁是链接左右纵梁组成车架的主要构件。横梁本身的抗扭性能及横梁在车架上的分布，直接影响着车架的内应力及车架的刚度，合理的设计可以保证车架具有足够的抗扭刚度。常采用的横梁结构有：1)圆管形具有较高的扭转刚度，但因纵梁截面高度较大，为使载荷从整个截面传递到横梁上，必须补焊许多连接板，因此圆管型横梁一般布置在车架纵梁的两端，靠近下翼板，增强车架整体扭转刚度。2)工字形最载荷传递较为理想，但纵梁翼缘和横梁连接，对扭转约束较大，因而翼缘产生的内应力较大。3)槽形多用钢板冲压形成，制造工艺简单成本低，但扭转刚度较差。4)箱形和圆管形横梁有类似的特点，有较好的抗扭性。本设计采用箱形横梁4纵梁和横梁的连接车架结构的整体刚度．除和纵梁-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）横粱自身的刚度有关外，还直接受节点连接刚度的影响，节点的刚度越大。车架的整体刚度也越大，因此，正确选择和合理设计横梁和纵梁的节点结构是车架设计的重要问题。根据本设计的特点，承载较小，扭转力小采用横梁贯穿纵梁腹板连接。这种结构称为贯穿连接结构，是目前国内外广泛采用的车架结构。贯穿横梁式结构，由于采用整体横梁，减少焊缝，使焊接变形减少，并且在偏移较大时，能使车架各处所产生的应力分布较均匀的特点。5车架宽度为了提高车架的横向刚度以及减少车架纵梁外侧横梁的悬伸长度，希望车架两纵梁之间的宽度尽可能大一些。从简化制造工艺考虑，车架两纵梁间宜采用前后等宽结构，但是考虑到本设计特点设计前面比后面的横梁窄。车架的宽度结构可以根据轮胎的型号的不同而不同。选用农用轮胎550-20。另外避免运输过程中对混料箱的额外压力，确保称重准确，设置三点称重：始终保持称重功能有效。4.4.2车架的支承装置半挂车均有支承装置，安装在半挂车的前部，起支承半挂车的作用。还可以通过支承装置的手摇驱动机构升降半挂车前部高度，以利于牵引车的接挂和脱挂。在运行状态时支承部装置需收起。1）支承装置的要求脱挂时能可靠地保持半挂车处在水平位置；脱挂和接挂时能迅速升降，轻便地调整其高度；结构简单，有足够的强度和支承刚度。2）支承装置的位置支承装置的位置，应保证半挂车在满载时，支承装置上的载质量不超过半挂车总质量的一半。3）支承装置的高度和行程支承装置的高度和行程是按总布置确定的半挂车承载面的高度，并根据支承装置收起时要求的最小离地间隙确定。图4-5车架结构图Figure4-5Framestructure-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）4.4.3称量装置电子称重设备，为保证个体饲料成分的精确计量，多用搅拌车选用了电子称重设备，底盘能够支持3个称重元件，独特的结构设计使搅拌和运输时能承受很大压力同时更加经久耐用。同时也为准确称重提供了可靠保证。为计量精确，有3种不同的系统可供选择：MCIO0(简单重量累加装置1：MC21(程序控制称重装置，可选择20种不同的配方)；MC2000(除了MC21具有的功能之外。还可以与打印机连接，或者借助信息存储卡把数据传输到个人电脑)。本设计采用MC21。4.5传动装置的总体设计4.5.1动力的选择根据TMR饲料搅拌车需要的动力机功率选择相应的拖拉机，实现动力车与饲料搅拌车的合理匹配。过大则大马拉小车浪费能量；过小则容易带不动或超负荷损坏动力机，还会缩短有关零部件的使用寿命。参考KUHN公司的EUROMIXⅡ型饲料搅拌车的参数表估算所设计的饲料搅拌车所需要的拖拉机的输出功率为表4-1KUHN公司的EUROMIXⅡ型饲料搅拌车的参数表Table4-1KUHN'sfeedmixerEUROMIXⅡtypeofparametertable型号EUROMIX870EUROMIX1070EUROMIX1270EUROMIX1670混料箱容量(米3)卸料高度(米)搅龙数量（个）搅龙叶片厚度（毫米）刀片数量（个）搅龙转速(转/分)需求动力（马力）80.4511552960100.4511552970120.4511552980160.45215529904.5.2传动比的分配动力输出轴转速为搅龙的转速选为总的传动比分配传动装置传动比锥齿轮传动比应小于3以保证大锥齿轮尺寸不致于过大，便于加工取则链传动的传动比为-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）4.5.3运动和动力参数的计算1各轴的转速：I轴II轴III轴搅龙轴2各轴的输出功率：I轴II轴III轴搅龙轴式中：—轴承的传动效率，取为0.99—圆锥齿轮的传动效率，取为0.96—链传动的传动效率，取为0.93—联轴器的传动效率，取为0.993各轴的输出转矩：拖拉机动力输出轴的输出转矩为则I轴II轴III轴搅龙轴表4-2运动和动力参数计算结果Table4-2Parametersofmovementandpowercalculations轴名功率输入输出转矩输入输出转速传动比拖拉机轴232401I轴22.7722.542402.5II轴22.3121.42963.31III轴21.2219.72291搅龙轴19.7219.5229-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）4.6减速装置设计4.6.1圆锥齿轮设计初始条件：输入功率，工作寿命10000小时转速1选定齿轮精度等级、材料及热处理方式1）考虑到为拖拉机的减速机构，查表16.2-71选为7级精度2）材料选择：考虑到此减速装置所传递功率较大，选择大小齿轮材料为40Cr，表面淬火，硬度为：，2初步计算齿轮传动主要尺寸因为大小齿轮均采用硬齿面，齿面抗点蚀能力较强，因此初步决定按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动主要尺寸和参数[4]。式中各参数为：1）试选载荷系数。2）小齿轮传递的转矩。3）选取齿宽系数。4）初选，则，圆整，。5）齿形系数和应力修正系数由《机械设计》表10-5查得：。6）许用弯曲应力可由式算得。由《机械设计》图10-20查得。取安全系数小齿轮和大齿轮的应力循环次数分别为-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）由《机械设计》图10-18查得故许用弯曲应力初算模数3计算传动尺寸1)计算载荷系数由《机械设计》表10-2查得使用系数。由《机械设计》图10-8查得动载系数。由《机械设计》表10-3查得齿间载荷分配系数。由《机械设计》图10-13查得齿向载荷分布系数。则2）对进行修正，并圆整为标准模数取标准模数3）大端分度圆直径4）锥顶距5）齿宽取4校核齿面接触疲劳强度由式[4]-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）式中个参数：1)值同前。2）齿数比。3）对的直齿锥齿轮，。4）由《机械设计》表10-6查得弹性系数5）许用接触应力可由算得。由《机械设计》图10-21查得解除疲劳极限应为由《机械设计》图10-19查得寿命系数。取安全系数。故满足齿面接触疲劳强度。表4-3齿轮的传动参数表Table4-3ParameterTableDriveGear名称代号小齿轮大齿轮传动比模数压力角齿数大端分度圆直径齿宽材料及齿面硬度分度锥顶角40Cr(表面淬火)40Cr(表面淬火)-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）5结构设计并绘制齿轮零件工作图图4-6大齿轮Figure4-6Gear4.6.2链传动的设计初始条件：输入功率，，工作寿命10000小时，小带轮转速，大带轮转速。1选择链轮齿数小链轮齿数对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响。齿数少可以减少外廓尺寸，但齿数过少，将会导致：1）传动不均匀性和动载荷增大；2）链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，使铰链磨损加剧；3）链传递的圆周力增大，从而加速链条和链轮的损坏。由此可见，增加小齿轮的齿数对传动是有利的。但如选的太大时，大链轮齿数将更大，除增加了传动的尺寸和质量外，也易于因链条节距伸长而发生跳齿和脱链现象，同样会缩短链条的使用寿命。为此，通常限定最大齿数。由于链节数常是偶数（奇数链节产生过度链节），为考虑磨损均匀，链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数，并优先选用以下数列：。初选，则，圆整为。2确定计算功率计算功率是根据传递的功率，并考虑到载荷性质和原动机的种类而确定的，即式中：——计算功率；——传递的功率，即；——工作情况系数，根据《机械设计》表9-9查得故-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）3链的节距允许采用的链条节距可根据和小链轮转速由《机械设计》图9-13并结合表9-1选取，其中[4]：式中：1）计算功率同上；2）小链轮齿数系数由《机械设计》表9-10算得3）链长系数由《机械设计》表9-10算得4）多排链系数由《机械设计》表9-11选用单排链。故由《机械设计》图9-13并结合表9-1选取链号为，单排链，节距。4链传动的中心距和链节数链条长度以链节数来表示[4]式中：1）中心距一般可取；2）、、同上故计算理论中心距，即[4]为了保证链条松边有一个合适的安装垂度，实际中心距应较理论中心距小一些，即式中：故实际中心距5验算链速-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）与原假设相符。6作用在轴上的压轴力有效圆周力按垂直布置取压轴力系数，故7链轮结构设计并绘制链轮零件工作图当确定了链与链轮的节距和齿数后，则链轮的结构和各部分尺寸可根据《机械设计》表9-3和表9-4基本定出。图4-7小链轮Figure4-7smallsprocket图4-8大链轮Figure4-8bigsprocket-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）4.6.3各个轴设计1轴的设计1）轴的输出功率、转速和转矩由表4-2查得、、2）初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，取，于是得[4]轴的最小直径显然是传动连接处的花键直径。花键轴直径为标准尺寸，由《互换性与测量技术基础》中表6.12选取矩形花键中系列，其相关尺寸为：、3）轴的结构设计、，由机体结构得初步选择圆锥滚子轴承[5]，其尺寸为取、。轴承采用轴肩定位则查得，考虑到齿轮与箱体内壁之间的距离，及齿轮间相互啮合，取图4-9轴Figure4-9axis2轴Ⅱ的设计1）轴Ⅱ的输出功率、转速和转矩由表4-2查得、、2）初步确定轴的最小直径-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，取，于是得该轴上有两键槽，将计算加大，取为。3）轴的结构设计、，由机体结构得初步选择单列圆锥滚子轴承[5]，其尺寸为取、。齿轮右端采用轴肩定位则取。。图4-10轴Figure4-10axis3轴的设计1）轴的输出功率、转速和转矩由表4-2查得、、2）初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为，根据《机械设计》表15-3，取，于是得该轴上有两键槽，将计算加大，取为。3）轴的结构设计、，由机体结构得初步选择单列圆锥滚子轴承[5]，其尺寸为-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）取、。轴承采用轴肩定位则查得，考虑到齿轮与箱体内壁之间的距离，及齿轮间相互啮合，取轴与搅龙连接采用花键连接。花键轴直径为标准尺寸，由《互换性与测量技术基础》中表6.12选取矩形花键中系列，其相关尺寸为：、。图4-11轴Figure4-11axis4.6.4齿轮箱的设计宽大的齿轮箱座固定在箱体底面。图4-12齿轮箱箱体Figure4-12BoxGearbox-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）5基于Proe的装配、三维动态仿真及动态分析5.1特征参数化建模技术随着面向对象技术及特征建模技术的发展，CAD已从单纯的模仿二维工程图样飞跃到三维实体造型。同时，当今虚拟现实技术的发展，使得CAD技术在工程设计中呈现越来越重要的地位。据统计，齿轮变速箱类产品的设计90%以上的工作是以修改原有的设计为主，而对原有设计的某些局部改动可能会形成迭代关系，牵涉到大量的变化。因此迫切需要建立产品各数据间的函数关系，使得局部的修改能自动实现全局修改，以保持产品的整体优化状态。近年来，随着三维几何模型技术的发展，设计人员可以直接在计算机显示器前构建和观察产品的三维型体和结构，设计结果可以用三维模型存储，也可由模型生成二维工程图。这种以三维几何模型为基础的CAD系统称为三维CAD系统。参数化设计是目前CAD应用技术中最重要的技术之一。参数化设计将零部件图形的描述分为三部分：图形的拓扑关系、图形的几何参数以及这些几何参数与图形结构参数之间的关系。它主要特点是：全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。这种设计技术特别适合于标准件和通用件的设计以及结构定型的系列产品设计。本文对主轴箱的参数化特征建模设计就是基于Pro/ENGINEER这样的三维CAD系统。Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。其采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上，以确保所有的零件和各个环节保持一致性和协调性。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。目前市场上品种规格较多，采用特征参数化建模技术设计可大大提高产品的设计效率、降低产品的设计成本、缩短产品的设计周期。5.2特征参数化建模设计思想-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）参数化设计一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约束尺寸关系。参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有着显式的对应，设计结果的修改受到尺寸的驱动。综合应用特征技术和参数化设计技术，充分发挥各自优势是解决三维设计简单、快捷、高效的有效途径。在Pro/E中提供了可程序化的工具Pro/PROGRAM，利用此工具可以先将某些要更改的步骤和尺寸编写成语句，使得整个零件文件或装配部件能够易于操作。下面以直齿圆柱齿轮实体模型的生成过程为例说明特征参数化建模的过程。齿轮结构形状较为复杂，传统的CAD绘图技术都是使用固定的尺寸来定义几何元素。所画的每一条线都有自己确定的位置，想要修改所画的内容，只有删除原图后重画。其参数化特征造型方法如下：根据设计方案，利用三维造型功能进行基本造型，生成齿轮的基本造型。再调用基本特征建立特征库，形成所需的零件信息模型。在这个基础再加上一颗记录造型过程的模型树，记录创建历史和原始数据。从特征库中选取设计所需要的特征，输入设计参数，将多个特征结合起来共同构成齿轮的形状特征模型。对于不同的齿轮造型，选取要修改的特征及修改类型，改变相应参数，系统根据参数约束关系自动将参数变动传递到特征几何表示中并反馈到图形显示中。5.3虚拟装配虚拟装配(VA)是产品数字化定义中的一个重要环节，在对部件或整体进行有限元分析或动态分析之前要先将它们装配起来。其内涵就是在计算机上完成产品零部件的实体造型、装配、干涉分析等设计过程，并通过统一的产品数据管理实现三维设计过程与产品零部件制造、装配过程的高度统一。基于Pro/ENGINEER平台的动态虚拟装配模块很好地解决了这一问题，只须定义出各零件之间的关系，系统就会根据给出的约束函数，实现零件自动装配。如果改变原设计，与其相关的零件位置就会自动改变。本例先对轴、齿轮、部件分别装配，总体装配时，首先装配车架部件，将车架与Pro/E调出的模板固结作为整个装配体的参照，再将搅拌箱等子装配体装在一起。为了使整个装配过程更为直观，作者对主传动系统以及各个部件的装配过程都制作了动画，动态模拟整个装配体从组件到形成装配体的安装过程和安装方式，使装配更具有空间感和方位感。为了研究问题方便，特将这些部件分为2类：一类为组焊件，由于这类部件完全由钢板或圆管焊接而成，各部分之间无相对位置变动，所以可在Pro/E软件的零件模块中以零件的形式创建部件。另一类为组装件，这类部件需要先制作出组成它的各个零件，然后再按照装配关系定义其约束或联接关系进行组装。装配是在Pro/E的组件模块中完成的。由于各部件之间的装配关系不同，Pro/E提供了不同的装配形式。如果装配件与被装配件之间没有相对运动，装配时应使用“放置”选项板定义彼此之间的约束关系；否则，在装配时应使用“连接”选项板来定义它们之间的连接关系和约束关系。在装配过程中，如果按照设定的约束关系并没有使被装配件处于“正常的工作位置”，可使用“拖动”选项板上的“平移”、“旋转”等工具对被装配件进行调整，直至符合要求为止。在Pro/E中，组件模块提供了“匹配”、“对齐”、“插入”和“坐标系”、“相切”等多种约束类型和“刚性”、“销钉”、“滑动杆”、“平面”、“球”、“圆柱”-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）等多种连接形式。在具体操作中，正确地选择并使用这些约束类型和连接形式，对能否成功地实现机床主轴箱的虚拟装配与运动仿真至关重要。一般情况下，采用的联接形式不同，接下来所需定义的约束类型也不同。只有当被装配件处于完全约束时，被装配件才可能具有确定的运动，“联接”才会有效。下面分别是锥齿轮箱的装配图和搅拌车的总装图：图5-1齿轮箱装配图Figure5-1gearboxassemblydrawinga方向1-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）b方向2c方向3-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）d方向4e方向5图5-2饲料搅拌车总装配图各个方向视图Figure5-2Thetotalfeedmixerassemblyviewinalldirections-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）5.4仿真总述机构运动仿真主要包括机构连接、添加驱动器、运动仿真和结果分析4个过程。要保证组件能够运动，组件装配时不能被锁死，而是要根据各组件的运动型态及彼此间的相对运动情况，通过各种连接关系的设定，以限制组件的运动自由度。在元件放置对话框展开“连接”，可以看到Pro/E提供的如刚体、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球等8种连接方式，将各零件按照它们的相互位置关系、运动关系进行组件装配，即根据构件间的相对运动情况，通过设定各种连接来限制构件的自由度。8种连接类型具体情况分别为：①刚性：自由度为0。（即旋转自由度与平移自由度均为0）。该连接可以使构件成为机架（即与大地连接），从而完全固定不动。即将构件定义为基础。约束关系显示为“自动”，表示定义任何一种约束类型，构件都将完全约束。②销钉：只有一个旋转自由度，可围绕指定轴旋转。约束关系显示为“轴对齐”和“平移”，表示要指定构件的轴线对齐和平面或点的匹配／对齐（偏距）约束关系。③滑动杆：只有一个平移自由度，可沿指定轴或边移动。约束关系显示为“轴对齐”和“旋转”，表示要指定构件的轴线对齐和平面对齐（偏距）约束关系。④圆柱：有1个旋转自由度和1个平移自由度。该连接允许构件沿指定的轴平移并允许相对于该轴旋转。约束关系显示为“轴对齐”，表示要指定构件的轴线对齐约束关系。⑤平面：有1个旋转自由度和2个平移自由度。该连接允许构件在一个平面内平移和绕该平面的法向旋转。约束关系显示为“平面”，表示要指定构件平面（偏距）约束关系。⑥球：有3个旋转自由度，但是没有平移自由度，即球绞链，该连接允许2构件在连接点任意旋转。约束关系显示为“点对齐”，表示要指定构件点与点对齐关系。⑦焊接：自由度为0（即旋转自由度与平移自由度为0）。该连接可以2构件完全固定不动。约束关系显示为“坐标系”，表示要指定一个坐标系，作为装配约束关系。⑧轴承：有3个旋转自由度和1个平移自由度，该连接允许2构件沿指定轴平移并可以在连接点作任意旋转。约束关系显示为“点对齐”，表示要构件上点与点或轴线对齐约束关系。详细仿真过程见附件视频文件5.5动态分析假定给搅龙顶端加1000N的径向力，并考虑重力的作用，现做以下分析。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）5.5.1系统的动态分析对整个系统而言，工作时运行是否平稳对搅拌质量有着至关重要的影响，故在此对系统整体进行分析。经运动仿真及干涉检验可知，系统运行流畅，无卡死现象，也没有零部件的干涉现象，据此分析，系统运行合理。运用机构动态分析，结果如图5-3至5-12所示，经分析可知系统在运行过程中质心存在一定的波动，但在合理范围之内。线形动量及角动量运行平稳、转动惯量合理，受力恒定。据此分析，系统整体运行合理。图5-3系统质心动态分析图图5-4系统质心x分量动态分析Figure5-3SystemDynamicAnalysisofcenterofmasssystemFigureFigure5-4Centroidx-componentdynamicanalysis图5-5系统质心y分量动态分析图5-6系统质心z分量动态分析Figure5-5Centroidy-componentsystemdynamicanalysisFigure5-6SystemzcomponentCentroidDynamicAnalysis-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）图5-7系统质心惯量ixx、ixy动态分析图5-8系统质心惯量iyy、iyz动态分析Figure5-7Centerofmassinertiasystemixx，ixyDynamicAnalysisFigure5-8Centerofmassinertiasystemiyy，iyzDynamicAnalysis图5-9系统质心惯量ixz、izz分析图5-10系统动能分析Figure5-9Centerofmassinertiasystemixz，izzAnalysisFigure5-10Analysisofthesystemkineticenergy图5-11系统线形动量z、y、x分析图5-12系统角动量x、y、z分析Figure5-11LinearMomentumSystemz，y，xAnalysisFigure5-12Thesystemangularmomentumx，y，zanalysis5.5.2液压杆的动态分析-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）饲料车卸料时，出料口的开启与关闭由液压系统控制，运动是否平稳，是否有冲击载荷对液压系统得稳定性有着至关重要的影响。现取两液压杆之间的滑动杆连接为研究对象，如图所示，对其运动及受力情况进行分析。通过在动态仿真中的反复演示及仔细观察对其进行干涉分析，经验证运行流畅，并未发现红色的干涉现象提示。据此分析，运动合理，无干涉现象。运用机构动态分析，结果如图5-13及5-14所示，经分析可知液压杆运行平稳，受力恒定，故液压杆设计合理，对液压系统没有冲击载荷。图5-13液压杆位置、加速度、速度分析图5-14液压杆的净载荷及轴向力分析Figure5-13Hydraulicrodposition，acceleration，velocityanalysisFigure5-14Underhydraulicloadandthenetaxialforceanalysis5.5.3动力输入轴的动态分析动力输入轴作为本机器的动力源，为机器的整个工作过程提供动力。其运行是否稳定直接影响着整个工作系统的运转情况，进而影响工作效果。故在此对其进行分析，取与二级减速器输入轴连接的运动轴为研究对象。经过在动态仿真中的反复演示及仔细观察对其进行干涉分析，经验证动力输入轴运行流畅，经万向联轴器的传递到二级减速器后，二级减速器同样运行流畅，并未发现红色的干涉现象提示。据此分析，运动合理，无干涉现象。运用机构动态分析，结果如图5-15至5-18所示，经分析可知，动力轴运行平稳，径向力及力矩、轴向力及力矩均恒定，净载荷合理小范围波动，故设计合理，可以为整个系统提供稳定合理的动力。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）图5-15动力输入轴位置、速度、加速度分析图5-16动力轴径向力矩、轴向力矩、净载荷分析Figure5-15Powerinputshaftposition，velocityandaccelerationanalysisFigure5-16Shaftpowertothetorque，axialtorque，thenetloadanalysis图5-17动力输入轴径向力的分析图5-18动力输入轴径向力x、y分量的分析Figure5-17ShaftpowerinputtotheanalysisofpowerFigure5-18Powerinputshafttothepowerx，y-componentanalysis5.5.4搅龙的动态分析搅龙是本机器的关键部件，其运行是否稳定直接影响着饲料的搅拌情况。另外，其运行是否平稳将直接影响刀片的使用寿命。为了保证在最恶劣情况下搅龙具有足够的强度，需要对搅龙进行有限元分析。通过IGES接口把Proe中建好的主轴模型导入ANSYS中进行分析[14]。ANSYS中网格划分的方法主要有自由、映射以及扫掠等方法[15]。网格划分的好坏直接影响到后续计算的速度与计算的精度。此处为了使得划分的网格均匀，采用扫掠与映射划分相结合的方法进行网格划分。图5-19为网格划分示意图（有限元模型）。由于结构比较规则，适宜采用ANSYS1.0中的映射网格划分，划分结果：节点总数为19168，单元总数为12024。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）图5-19网格划分示意图Figure5-19Schematicdiagramofmesh在求解之前定义有限元分析的边界条件，分别为花键的自由度约束与轴上螺旋最大扭矩和轴向力的施加。求解得到搅龙轴的最大剪切应力为42.9Mpa，小于许用应力60Mpa。轴的设计满足设计要求。经过ANSYS的分析计算得到搅龙轴的横截面应力分布如图5-20。X，Y坐标分别为主轴径向的两个坐标，Y轴延搅龙上升竖直方向，主轴圆心为坐标原点。图5-21为搅龙轴剪切应力的等值线图。根据设计经验，搅龙轴应力分布完全符合实际应力分布情况。证明了ANSYS分析结果的正确性。根据材料力学的最大应力计算公式[15]：理论计算得到搅龙轴所受最大应力值为，这与有限元分析的结果最大剪切应力为很相近。进一步证明了ANSYS有限元分析软件分析结果的正确性。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）图5-20搅龙轴的横截面应力分布Figure5-20Long-axisupthecross-sectionalstressdistribution图5-21搅龙轴剪切应力的等值线Figure5-21Long-axisupthecontourofshearstress模态是结构系统的一种属性，表征模态的特征参数是振动系统各阶固有频率、振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼等[15]。不论何种阻尼情况，机械结构对外力的响应都可以表示成固有频率、阻尼比与振型等模态参数组成的各阶振型模态的叠加。模态分析就是用模态参数来表示结构系统的运动方程并确定模态参数的过程。有限元模态分析的核心问题就是找到结构的各阶固有频率以及机构的弯曲刚度与扭转刚度的分布情况。知道了固有频率，就可以指导机构设计和使用。使得设计固有频率和使用时的外部激振频率相避开。同时根据刚度的分布情况可以指导机构刚度的改进，提高整体刚度分布，以保证机构使用的可靠性。搅龙轴的弹性模量E=2.08x105MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8x10-6Kg/mm3。根据主轴的材料与几何参数，采用BlockLanczos（兰索斯法）方法[15]，计算得到搅龙轴前25阶振型，其中主要振型如下表：表5-1主轴自由振动固有频率分布Table5-1Distributionoffreevibrationnaturalfrequencies模态阶数频率（Hz）振型模态阶数频率(Hz)振型122.95搅龙轴Y向弯曲10106.2整体一阶扭转227.85搅龙轴X向弯曲13148整体二阶扭转451.82螺旋绕X弯曲17205搅龙挠X向扭曲665.49整体弯曲18208搅龙挠Y向扭曲778.87螺旋绕Y向弯曲25268.9搅龙二阶扭曲-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）由振型的分布情况可以看出，当外部激振频率低于22Hz时，搅龙轴整体机构的刚性足够。当激振频率大于150Hz，并且不断增高后，搅龙轴将不受到扰动，工作稳定。但此时，螺旋的变形明显增大，刚性严重不足。当工作频率高于51Hz时，需要改变螺旋的尺寸或结构来提高其刚性。用ANSYS有限元分析软件动态仿真分析出搅龙轴可能出现的变形情况见视频文件。包括振动、扭转、弯曲。经过在动态仿真中的反复演示及仔细观察对其进行干涉分析，经验证搅龙运行流畅，并且两个搅龙之间也未发生干涉现象，未发现红色的干涉现象提示。据此分析，运动合理，无干涉现象。运用机构动态分析，结果如图5-22和5-23所示，经分析可知搅龙的速度、加速度及位置均运行平稳，其受力情况除里受锥形齿轮箱的影响之外还与搅拌物料成分有关。故搅龙设计合理，对搅拌工作非常有利。图5-22搅龙上端点加速度、速度、位置分析图5-23搅龙下端点加速度、速度、位置分析Figure5-22Onthelongendupacceleration，speed，positionanalysisFigure5-23Endupunderthelongacceleration，velocity，locationanalysis通过以上的一系列分析计算与比较，充分证明了ANSYS有限元分析软件的可靠性，采用此种设计方法可大大提高压块机的设计效率。由本文的计算结果可知，主轴的设计远远满足设计要求，有很大的改进空间。由以往的设计经验可知，空心轴比实心轴具有更良好的抗扭矩能力，而且又节省材料。所以有必要对主轴进行进一步的结构优化。优化后可以很方便的通过ANSYS软件进行分析验证或直接采用ANSYS软件对主轴进行自动结构优化设计，以得到满意的设计结果。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）结论本设计的饲料搅拌车的特点总结如下，设计独特的小型历史螺旋钻搅拌系统。每个刀盘上拥有5个高强度刀片，能使饲料以更快的速度和最佳的均匀度得以搅拌，达到最佳的饲喂效果。卸料均匀平稳。保养简单，可靠性高，降低拖拉机动力要求。三点称重：始终保持称重功能有效，与动力车分开也可称量量。卸料装置可以不用另外的动力来完成。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）参考文献[1]范占炼，王光文.奶牛全混合日粮的应用[J]。当代畜牧，2000（6）：11～12[2]孟庆翔译.奶牛营养需要（NRC，第七次修订版）[J].北京：中国农业大学出版社，2003[3]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1988[4]濮良贵，纪名刚.机械设计[M]（第七版）.北京：高等教育出版社，2001[5]机械设计手册编委会.机械设计手册[M]（第三版）.北京：机械工业出版社，2004[6]王加中.汽车轮胎选用手册.汽车工业出版社.1992年[7]朱世浩.立式混合机[J].饲料机械，1984年，第四期[8]方建军.刘仕良.机械动态仿真与工程分析—Pro/ENGINEERWildfire.化学工业出版社[9]Nutter，D;Kirk，JM;Stamatellos，D;Ward-Thompson，D.SCUBAandSpitzerobservationsoftheTaurusmolecularcloud-pullingthebull'stail[J].MonthlynoticesoftheRoyalAstronomicalSociety，2008，No.2:755～763[10]WangFuJin;Nishino.Resistancetoaerobicdeteriorationoftotalmixedrationsilage:effectofrationformulation，airinfiltrationandstorageperiodonfermentationcharacteristicsandaerobicstability[J].JournaloftheScienceofFoodandAgriculture，2008，No.1:133～140[9]祝凌云.李斌.Pro/Engineer运动仿真和有限元分析.北京：人民邮电出版社，2003[10]林清安.Pro/e零件装配与产品设计[M].北京：电子工业出版社，2005[11]周四新.和青芳.Pro/EWildfire3.0综合培训教程.北京：电子工业出版社，2007[12]须明华，陈国梁，陈小弟，等.全混合日粮（TMR）饲养技术应用效果[J]，乳业科学技术，2001（1）：13～15[13]CheeKhiangPang;EngHongOng;GuoxiaoGuo;HuaQian.ExperimentaldynamiccharacterizationsandmodellingofdiskvibrationsforHDDs[J].ISATransactions，2008，No.1：85～193[14]张潮晖.ANSYS8.0结构分析与实例解析[M].北京：机械工业出版社，2005.3：196-211.[15]周宁.ANSYS机械工程应用实例[M].北京：中国水利水电出版社，2006.5：163-175.-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）结束语为期两个多月的毕业设计在紧张忙碌中即将结束了。这是我大学生活中最后一次综合的学习机会，也是对大学四年学习的一次综合性检验，此次毕业设计为我今后的工作和学习打下了坚实的基础，使我重新复习了许多专业知识，对专业知识有了更好的掌握。通过本次毕业设计，不仅锻炼了我独立工作的能力，培养了严谨务实的工作作风，更培养了我良好的设计思想。因此，我倍加珍惜此次设计。通过此次设计，使我对Pro/E有了更好、更全面的掌握。 在这次毕业设计中，万霖和车刚老师多次从百忙之中抽出时间为我耐心指导，并提出了许多宝贵的建议，指出了设计中的错误与不妥之处，这些都非常有助于我完成设计工作。同时，老师定期对我的设计进行检查、询问。老师的悉心指导，使我的毕业设计能够顺利完成。谨在此对两位老师致以衷心的感谢！同时，感谢黑龙江农机研究所提供我实地考察TMR饲料搅拌车的机会，对我的设计有极大的帮助。最后，感谢母校四年的培养，感谢学院的领导、老师和同学们在四年大学生活中对我的教导和帮助。由于本人所学知识和能力有限，设计中缺点和错误在所难免，敬请各位老师和同学批评指正，多提宝贵意见，以便在今后的学习工作中有更大的进步。-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）附录1：Frommaizesilagetodrypowderedfeedcompounds，fromgrasssilageandroundbalestohayandstraw，theDunkerpowerfulloadingrotorwilltacklethemallDrivenbythelatesthighpowergearmotor，thereversiblecuttingrotorandindependentloadingconveyoroptimisetheloadingphaseandgreatlyreducecycletimes.Themaindesignobjectiveoftheexclusivetransmissionsystemistomaximiseefficiency.Thisreducesfuelcosts，maintenancetimeandpowerwastage.Allthisachievedwithoutsacrificingreliability.TheselfpropelledDunkeriscompactandmaneuverableandwillbecomethebenchmarkforthissectorofthemarket.AdvantagesIndependent:OnesingleoperatorisabletoproducearationofUNIFEEDwithoutusinganyotherequipmentCompactdimensions:Allowthemachinetomoveinnarrowspacesotherwiseinaccessibletootherself-propelledmachines.Ergonomicallydesigneddriver'scab:Thecontrolsareessentialandsimpleindesignandguaranteeanoptimaloperationbytheoperator.Goodvisibilityandahighpositionofftheroadallowtheoperatoralwaystohaveagoodoverviewofthemachine.Mechanicaltransmission:Highlyreliable，withreducedfuelconsumptionthankstohighefficiency.Self-loadingsilagecutter/Rotor:Theindependentlyfunctioningsilagecutter/rotorwhichcanloadinbothdirectionsofrotation，theincreasedpoweravailableandthehard-facedblades/knivesensurehighproductivityonanyproduct.Self-loadingsilagecutter/belt:Thelargersizeofthemillingcutter/rotoralongwithitsindependentfunctionensureshighproductionandavoidsunnecessaryflooding/blockage.Verticalmixingsystem:Theonlymachineintowhichyouanytypeofroundbalescanbeloaded.Theresultingmixtureissoftandhomogenous.从玉米青贮到以干粉状饲料的化合物，从青贮饲料和捆草到以干草和稻草，DUKER强大的装载转子将解决他们所有。驱动最新高功率齿轮马达，可逆切割转子和独立的装载输送，优化加载阶段，大大降低了周期时间。主要设计目标的专属传输系统是尽量提高效率。这将减少燃油成本，维修的时间和电力的浪费。这一切都实现了在不牺牲可靠性。自我推进DUKER结构紧凑，机动性强，将成为市场的新宠。优势：1.独立：承载车架能够承受所有载荷，而不使用任何其他设备；2.紧凑尺寸：让机器占用尽量小的空间，使运动尽量灵活；3.符合人体工程学设计的驾驶室：简洁的设计使驾驶者有轻松舒适的感觉；4.机械传动高度可靠，减少燃料消耗，提高传动效率；-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）5.自我加载青贮切割转子：独立运作的青贮切割，其中可以加载在两个方向旋转，增加了可用的范围，确保高质量的搅拌；6.垂直的拌拌系统：可以直接装整捆草，直接进行切碎搅拌。附录2：TMR技术的优点1.日粮混合均匀，适口性好TMR日粮中的各种物料经过搅拌机的充分混合，呈匀质状态，改善了饲料的适口性。一致的口感使奶牛对饲料无选择性，避免了挑食现象。切短的粗料与精料的均匀混合，使物料在物理空间上产生了互补作用，从而提高了干物质的采食量，减少了饲料的浪费。2.日粮营养均衡，能保持瘤胃内环境的稳定采用整体营养调控理论和电脑技术优化饲料配方，使奶牛任意采食的饲料都是精粗比例稳定、营养浓度一致的全价日粮。它有利于维持瘤胃内环境的稳定，提高微生物的活性，使瘤胃内蛋白质和碳水化合物的利用趋于同步，发酵、消化、吸收和代谢都处于正常状态。3.能提高牛奶产量和饲料利用率TMR技术依照奶牛的不同生长阶段和生产性能的群体，调控饲料中的营养成分，使奶牛得到适合的营养，能充分发挥奶牛的生产潜能。4.有利于充分利用饲料资源某些利用传统方法饲喂适口性差、消化率低的饲料，如鱼粉、棉籽饼、糟渣等经过TMR技术处理后适口性则得到改善，许多原来难以利用的工业副产物得到有效利用。5.有利于进行大规模工业化生产TMR技术可以简化劳动程序，让日粮加工和饲喂全过程全部实现机械化，能大幅度提高劳动效率，降低饲料成本，有利于推动奶牛养殖业向规模化、产业化方向发展。TheTMRtechnologymerit：1.Itdategrainmixiseven，inpalatabilitygoodTMRdategraineachmaterialafterthemixerintensivemixing，assumestheuniformnaturecondition，improvedthefeedpalatability.Theconsistentfeelinginthemouthcausesthecownottohavetheselectivitytothefeed，avoidedselectingfoodthephenomenon.Cutstheshortcoarsefodderandtheconcentratedfeedevenmix，causedthematerialtohavethesupplementaryfunctioninthephysicalspace，thusenhancedthedrymatterarcherytargettopicktheappetite，reducedthefeedwaste.2.Itdategrainnutritionisbalanced，canmaintainintherumentheenvironmenttousetheoverallnutritionregulationtheoryandthecomputertechnologyoptimizationfeedformulastably，causesthecowtopickthefoodthefeedalliswillfullydegreeoffinenessproportionstable，thenutritiondensityconsistentfullratedategrain.Itisadvantageousinthemaintenancerumentheenvironmentstability，enhancesthemicroorganismactiveness，causesintherumentheproteinandthecarbohydrateusetendstothesynchronization，thefermentation，thedigestion，theabsorptionandmetabolismallisatthenormalstate.-43-\n黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）3.ItcanenhancethemilkoutputandthefeedusefactorTMRtechnologyaccordingtocow'sdifferentgrowthstageandtheproductionperformancecommunity，intheregulativefeednutritioningredient，enablethecowtoobtainthesuitablenutrition，candisplaycow'sproductionpotentialfully.4.Itisadvantageoustofullycertainfeedsthepalatabilitydifference，thetruenutritivevaluelowfeedusingthefeedresourcesusingthetraditionalmethod，afterlikethefishmeal，thecottonseedcake，thebaddregsandsoonpassthroughTMRtechnologyprocessingthepalatabilitytobeimproved，manywithdifficultyuseindustryby-productsobtaintheeffectiveuseoriginally.5.Itisadvantageousincarryingonthelarge-scaleindustrializationtoproducetheTMRtechnologytobepossibletosimplifytheworkprocedure，letsJapanthegrainprocessandfeedstheentireprocessrealizethemechanizationcompletely，canenhancethelaborefficiencylargescale，reducesthefeedcost，isadvantageousintheimpetuscowfishbreedingandpoultryraisingtotheformalization，theindustrialproductiondirectiondevelops.-43-黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-43-