高速袋装饲料投料系统的开发及研究范文

摘要：为提高饲料包破袋落料的生产效率，减少对从业人员身体的损害，设计开发一套智能破袋系统，该系统由输送系统、桁架搬运系统、破袋落料系统、托盘码垛系统4大部分组成。文章介绍了该系统的设计思路和工作原理，分析了桁架结构强度以及破袋投料效率。目前，该系统已完成样机试制，准备进入批量生产。

关键词：饲料；破袋；投料；开发；研究

近年来，随着我国畜牧业的规模化发展，我国已有饲料生产企业12000多家，年产饲料8000余万吨。投料工序作为饲料生产的重要一环，长期以来一直未能实现自动化生产。人工投料方式劳动强度大，生产效率低，而且落料时产生的粉尘对工人的健康影响很大，从业人员严重不足。机械科学研究总院海西（福建）分院有限公司开发了一种新型智能化破袋投料系统，该系统能自动完成料包输送、破袋投料、托盘码垛、半盘移出等待等功能。该破袋投料系统每小时投料22.5t原料，而传统双人投料每小时可投料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破袋投料系统总体设计思路

高速饲料破袋投料系统由输送系统、桁架搬运系统、破袋投料系统、托盘码垛系统等4大部分组成，系统结构图如图1所示。根据用户要求，破袋投料系统设计投料能力为20t/h，机器每天工作16h，可完成整板物料投料和定量投料两种模式。

2.1链条输送系统链条输送系统，输送系统采用链条传动方式，可将料堆从入料口输送到各个指定区域。每节输送带都设有位置检测装置，能实现位置检测和计数功能，在抓取区和缓存等待区设有移位装置，能实现纵向输送和横向输送的转换。

2.2桁架机械手由桁架、检测装置、抓取装置组成。桁架驱动机械手沿竖直和水平方向移动，抓取钩的边缘设有检测框，当检测框接触到料包时，检测框上的行程开关随即发出抓包指令，抓取钩根据指令自动抓取料包并送至破包投料区。桁架机械手作为关键部件，考虑成本采用铝型材框架结构，桁架主体框架铝型材尺寸为60×60mm，上方导轨滑台为80×120mm管材。从工作流程上看，桁架机械手作为主要运动部件，对其稳定性有一定要求，因此对桁架部件作有限元静力学分析。桁架机械手抓取重量考虑一定裕度，按300kg考虑，比设计重量略高。采用铝型材参数：密度2770kg/m3，杨氏模量7.1e10pa，泊松比0.33。将载荷均布在桁架导轨滑台上，载荷大小为3000N，滑台上接触面积为48800mm3，因此施加应力大小为P=F/S=3000/0.0488=0.06148Mpa。采用ANSYS软件进行分析，得到桁架静力学变形结果，如表2和图5所示。图5b所示为60×60mm铝型材桁架主体结构及80×120mm管材导轨滑台结构的综合静力学变形云图，可以发现变形最大处是导轨滑台部分，综合变形达到0.265mm。因此从整体结构强度和经济性角度出发，在桁架主体框架不变的情况下增大导轨滑台管材口径，选用120×150mm管材替换进行优化分析，静力学变形结果如图5c所示，可以发现桁架结构整体变形在0.12mm，结构强度得到很大改善。

2.3破包投料装置破包投料装置如图6所示，由破包装置、振动投料装置、吸尘装置组成。机械手将料包抓取至转动刀盘处破包，再移至振动筛上，振动筛在偏心机构的驱动下，完成振动落料工作。在振动筛左右两侧各设有一个真空吸尘装置，以吸除投料时产生的粉尘。

2.4托盘堆垛装置当料包堆投料完成后，空托盘输送至托盘堆垛装置，顶升机构将空托盘顶升至与上一层托盘接触，活动销撤出，顶升机构继续上升，上升至合适高度时，活动销再插入最底层托盘，顶升气缸下降，完成一次堆垛工作。

3饲料破袋投料系统效率对比

饲料破袋投料系统实际工作效率如图7所示。机器每分钟可破袋3次，每次5包，每包25kg，每小时可投料22.5t；人工两人一组，每分钟3~4次，每次1包，每包25kg，每小时投料约5t。通过分析效率对比发现，系统投料效率比人工高4倍以上。

4结语

高速饲料投料系统综合运用了自动输送、自动搬运、自动码垛等技术，解决了传统饲料加工产业中破袋投料工序效率低、人工成本高等问题，将对我国饲料行业的智能化发展起到积极的推动作用。参考文献：[1]陈奎生.液压与气压传动[M].武汉：武汉理工大学出版社，2001.[2]王玲，朱祥森，梁博宇，等.物流搬运机械手建模仿真与快递成型[J].物流科技，2017，40（02）：71-73.[3]段立蹄，沈仙法，丁正益.基于六杆机构的快递搬运柔性机械手设计[J].机械工程师，2016（11）：96-97.[4]从明,石会立,宋鸿升,等.桁架机械手动态特性的有限元分析[J].组合机床与自动化加工技术,2008（06）.19-22.

作者：余辅华 单位：机械科学研究总院海西（福建）分院有限公司