摘要
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对乳制品和牛肉的需求量快速增加，促进了奶牛和肉牛养殖业的飞速发展，集约化、规模化和标准化养殖已成为提高牛奶和牛肉产量、保障乳制品质量及安全的必然选择。青贮饲料是饲喂奶牛和肉牛的首选饲料，主要采用窖藏，取料是养殖的一项重要工作，取料机的技术性能直接影响作业效率和作业成本。目前，我国青贮取料机缺乏取料机理的相关研究，存在结构不合理、取料效率低和功耗大等诸多缺点。同时，我国很多青贮存储窖建于地下，取料机上下坡度大，作业空间狭小，对取料机防倾覆和横向移动作业要求较高。为此本研究设计了一种能够实现纵向和横向行走的9QQ-1600-5型青贮取料机，对取料、输送、行走和液压系统等关键部件进行了设计，对防倾覆进行了校核，并对取料作业进行了仿真分析和优化设计，为牧场提供了一种性能优良的青贮取料机。本文的主要内容和结论如下： (1)针对目前我国青贮取料机缺乏取料机理的相关研究，结合我国青贮窖的特点和生产工艺要求，确定了9QQ-1600-5型青贮取料机的整机设计方案。整机主要是由取料装置、输送装置、纵向行走装置、横向行走装置和液压传动系统组成，可实现1600mm幅宽的青贮取料和输送工作，最大取料高度为5m，能够满足15°斜坡上下移动和横向快速移动作业的要求。 (2)对青贮取料机的关键部件进行了结构设计和参数计算。研究首先确定了取料装置、输送装置、行走装置和液压传动系统的工作原理以及驱动方式。取料装置由电机驱动，经摆线针轮减速器减速后，通过链传动带动取料刀架和刀旋转。在液压缸的推动下将取料装置调整到相应高度，然后将取料装置下压，高速旋转的取料刀将青贮料从料堆上取下。青贮料输送装置由液压马达驱动，通过链条刮板将取下的青贮料运送到一定高度，落在其它输送机构上。纵向行走装置由液压系统驱动行走桥和转向桥，实现纵向行走和转向。横向行走装置的4个液压缸将4个横向行走轮推出，顶起整个样机，液压马达带动横向行走轮实现横向行走。液压系统由电机驱动一个双联泵，通过阀组控制，驱动马达和液压缸实现作业。研究对取料力、取料转速、刮板运动速度和行走驱动力等关键参数进行了计算，并确定了关键零部件。为适应斜坡移动，研究还对样机的防倾覆进行了校核。 (3)取料仿真分析及优化。经预试验确定影响取料效率的因素，采用EDEM建立了青贮取料的仿真模型，首先对刀具疏密度、取料转速、刀具进给量和刀具偏转角度等关键因素进行了仿真分析，得出各因素对取料效率、物料飞溅率、驱动扭矩的影响规律，确定每个因素对应的水平范围，然后通过正交试验得出取料的最佳优化参数。分析表明，刀具疏密度是影响取料效率的关键因素，刀具进给量次之，取料转速和刀具偏转角度影响较小。当取料回转半径为365mm时，最终得出的优化参数为9排刀具、刀具疏密度为14个/排，取料转速为160r/min，刀具偏转角度为30°，刀具进给量为25mm。 (4)根据设计和分析，对青贮饲料取料机进行了试制与实地试验。试验数据与仿真数据基本吻合，证实了离散元分析对取料装置进行优化的可靠性。试验测得的取料幅宽为1600mm，取料高度为5m，取料效率为21.6m3/h，物料飞溅率平均值为6%，主要指标满足养殖场青贮饲料取料的要求。
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