饲喂传送带换向装置设计的研究

文/王 波 李小杰

（北京农业职业学院机电工程学院）

奶牛饲料作为提供营养、保证牛奶品质的必需投入品，在保障奶业安全方面起到了至关重要的作用[1]。相应地，奶牛饲喂设备也成为规模化牧场装备的重要组成。近年来，随着国外先进养殖理念、技术和设备的不断引入，农业物联网技术的兴起，加之农业劳动力的大量转移，对饲喂装备提出了自动化、智能化的需求[2，3]。与传统的牵引式全混合日粮（TMR）饲喂车不同，传送带式饲喂系统基于固定式TMR设备，通过集成高度自动化的填料设备、精料塔和多种功能的传送带单元，并由饲喂管理系统对各组成设备的工作状态进行实时智能化控制，将固定式TMR设备搅拌好的饲料传送至各牛舍，实现了不同牛舍、不同牛群的多次饲喂[4，5]。作为传送饲料的重要部件，传送带除把饲料运送至牛舍内，还需通过换向推料装置将饲料推撒到饲喂面，进而实现双侧饲喂，而目前已具备成熟技术的传送带设备缺乏适用于饲料分流的有效换向装置。为此，笔者开发了一种能够完成饲料推料工作，同时实现换向动作，进而满足饲喂通道双侧饲喂需求的饲喂传送带换向装置。

图1 饲喂传送带换向装置主要结构组成

1 换向装置结构组成与工作原理

饲喂传送带换向装置主要结构组成如图1所示。其通过滑动底板搭载在传送带上，并由减速电机输出轴带动钢丝绳轮，进而由连接在滑动底板两端的钢丝绳牵引而实现往复运动；当需要挡料板换向时，电推杆工作，带动与电推杆铰接的挡料板2摆动，挡料固定板使两块挡料板达到同步运动，最终实现该装置的换向操作，如图2所示。

2 换向装置关键结构设计

由其工作原理可知，饲喂传送带换向装置的运动过程主要包括两方面：一方面是换向装置的整体直线往复运动，且其运动完全独立于传送带运动；另一方面是换向动作，在需要换向饲喂的位置，电推杆工作，完成换向。本部分将对以上两方面的运动驱动机构进行设计。

图2 饲喂换向装置工作原理示意图（以饲料流向为视角）

图3 换向驱动机构示意图

2.1 换向装置直线运动驱动设计

综合考虑驱动形式、安装条件、目标载荷等多方面因素，本设计选取了钢丝绳牵引传动作为换向装置直线运动的驱动方式，动力来源为安装在传送带一侧的减速电机，输出轴带动钢丝绳轮转动，钢丝绳与换向装置连接，钢丝绳从动轮位于换向装置行程终端，并固定在传送带另一侧，同时带有钢丝绳张紧部件。

2.2 换向驱动机构设计

换向动作一般可采用主动式和被动式，被动式需要换向装置直线运行到固定位置时才能被换向导杆推动挡料板实现换向。为了能够使换向装置随时可根据需求进行换向，本设计使用了主动式步进电机推杆作为换向驱动，其一端与电推杆固定板铰接（A点），另一端与挡料板2铰接（C），通过推杆的伸出和回缩，带动以挡料固定板上B为摆动中心的挡料板摆动而实现换向。其中，电推杆、换向装置机架（电推杆固定板、挡料固定板）、挡料板形成了摆动导杆结构，如图3所示。经简化，挡料板2的两个摆动极限位置分别为C和C' ，根据AC和BC的距离差值确定了推杆换向行程为52 mm。同时，根据电推杆推力应大于推料板摆动最大静摩擦力的要求[6]，电推杆推力选取了不低于150 N。

3 结论

3.1 作为传送带式饲喂系统的重要工作部件，该换向装置通过钢丝绳传动实现了直线往复运动，以保证饲料撒落于饲喂面不同区域；通过主动式步进电机推杆驱动，实现了随时根据需求换向动作。

3.2 电推杆换向行程直接影响换向动作的完成度。通过对电推杆、换向装置机架（电推杆固定板、挡料固定板）、挡料板形成的摆动导杆结构分析，确定了推杆换向行程为52 mm，以及电推杆推力不低于150 N，据此可选取满足此参数要求的电推杆。C