肉鸡转运笼洗消码垛装置优化设计及控制系统研究

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随着经济的高速发展,肉鸡产业已成为我国畜牧业的重要组成部分,近两年来我国的肉鸡产量均居于世界前列。在我国肉鸡产业中,“公司+农户”模式已成为主要的组织形式,在该模式中,公司需要承担肉鸡的集中转运工作,因此需要快速完成肉鸡转运笼的清洗、消毒以及码垛,防止疫病传播的同时提高肉鸡转运的工作效率。目前转运笼的清洗消毒码垛工作大都面临设备简陋、劳动强度大、劳动力成本高等问题,因此提高相关装置的自动化和一体化水平,使其符合现代肉鸡养殖产业要求是非常有意义的。本文参考国内外相关理论及装置,结合四川省某肉鸡转运场的现场情况,针对转运笼在送入洗消设备、在洗消设备内的输送、洗消后的码垛这3个环节中自动化水平较低的问题,设计了一种肉鸡转运笼洗消码垛装置,对其关键机构进行优化设计,并设计了相配套的控制系统。具体研究内容如下:(1)设计了一种肉鸡转运笼洗消码垛装置,该装置包括分离部分、洗消部分和码垛部分三个工作部分及相配套的控制系统;介绍了各个工作部分的设计方案,阐述了整个装置的工作原理;分析并确定了抬升机构、倾倒机构、分离机构为本装置的关键机构。(2)根据抬升机构的数学模型开发了抬升机构辅助优化软件,基于该软件分析了各结构参数对抬升机构运动特性和动力特性的影响,再采用人机交互的优化方法,以抬升机构运动特性和动力特性要求为目标确定抬升机构各结构参数的寻优范围。基于该寻优范围,确定了试验因素与水平,设计了抬升机构运动特性和动力特性的评价指标,采用中心组合试验得到了各评价指标和各结构参数的回归方程作为抬升机构结构优化的目标函数。采用遗传算法对该目标函数进行多目标优化,并结合辅助优化软件得到了一组较优解,考虑加工难度后最终得到抬升机构较优结构参数。确定了倾倒机构的结构参数与抬升机构相同。(3)基于ANSYS Workbench仿真平台对分离机构及其支撑架整体进行了预应力模态仿真和瞬态动力学仿真,基于仿真结果对分离部分进行了改进。利用ANSYS软件和ADAMS View软件建立了抬升机构刚柔耦合模型,基于该模型进行了仿真分析,得到了抬升机构的位移、速度和驱动力响应的仿真结果,并根据仿真结果对驱动函数进行了优化。(4)针对该装置开发了配套的控制系统,完成了硬件设计和软件设计。选用PLC作为核心控制器,完成了各硬件模块的选型并搭建了系统的硬件电路;通过GX Works2软件和SKTOOL软件完成了主体控制程序、人机交互界面和辅助程序的设计。(5)完成了样机试制与装配,并进行抬升机构速度响应验证试验和装置性能试验,验证了抬升机构相关理论设计和仿真计算的合理性;装置性能试验结果显示,该装置在高速模式下的平均运行效率设计运行效率92.2%,在中速模式下的平均运行效率为设计运行效率的97.6%,在低速模式下的平均运行效率为设计运行效率的108.4%,在试验条件下的平均故障率为1.28%,表明该装置能较好完成转运笼的清洗消毒和码垛工作。
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