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饲草压捆机动态特性仿真研究

赵洪刚  
【摘要】: 随着我国奶业、畜牧业的发展,对饲料的需求也大大增加。由于奶制品不易长久保存,为减少运输流通时间,使居民喝上较新鲜的奶,增强产品的市场竞争力,奶厂应尽量建在城市附近,而我国的草场主要集中在西部和北部地区,这样,做为饲料的主要生产原料——饲草就要向全国各地运输。饲草松散、蓬松,散放堆密度小,一般仅为20~40kg/m~3,致使运输设备的运载能力没有充分利用上,运输能力闲置,运输亏吨现象严重,运输成本过高而造成很大的成本压力。将饲草压实打捆后再运输,可以有效地降低运输成本,还方便搬运。饲草可压缩程度很大,低密度压捆一般为5倍左右,高密度压捆可达10倍左右,甚至更高。将饲草压捆还符合青贮技术。 本文在这一背景下研制了饲草压捆机,采用动态规划和多目标规划方法进行优化选型,确定总体设计方案。根据饲草压实之后的装车摆放问题对传统指派问题提出一种新的解法——目标值子矩阵法,该方法可减少0-1整数规划问题中此类问题的计算量。 在研制过程中主要采用MATLAB/Simulink等方法对饲草压捆机主要工作部件及其相互运动关联进行分析及建模仿真。对饲草喂入机构进行运动学分析,建立了其运动方程及其运动精度矩阵方程并仿真,在转入、转出压缩室时其运转误差达到极大值,影响饲草喂入机构与压缩机构的运动关系的准确性。对饲草压捆机的主要动力部件——压缩机构进行了动力学分析,将饲草喂入机构和压缩机构联立采用Pro/Engineer仿真,检验二者运动不干涉情况,优化了饲草压捆机的设计。 研制的新型分捆机构,为杠杆组式拨杆联动触发弹射系统。采用在空间上互相垂直的一对杠杆,在与压缩机构同步运动的触发控制销的触动下触动弹射器,将分隔板射入压缩室内,缩短了实际落板时间。对其弹射式运动规律求解,及其与压缩机构运动关联采用SimMechanics仿真。为保证弹射器是在压缩活塞回程让出落板口时即被触发,而不是向前压缩时触发,延长允许的落板时间,使落板时间充裕和不至于卡板,机构中设有板簧及滚珠定位机构,通过杠杆组实现插板分捆动作,结构简单,操作方便,成本低,安全性、可靠性高。 对稻草压缩过程中的变化规律进行了研究探索,根据研制的饲草压捆机的现场工作试验,借鉴流变学理论基础提出了一种新的稻草压缩理论模型。提出了单方向压缩,多方向变化的理念。把稻草在压缩过程中的机理划分为5个阶段,对于稻草在各阶段所体现的变化规律进行了分析,解释了有关稻草在压缩过程中产生的一些生产实际现象,提出改进措施,丰富了有关农牧业纤维物料——饲草的压缩理论。


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