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摘要：為提高飼料包破袋落料的生產效率，減少對從業人員身體的損害，設計開發一套智能破袋系統，該系統由輸送系統、桁架搬運系統、破袋落料系統、托盤碼垛系統4大部分組成。文章介紹了該系統的設計思路和工作原理，分析了桁架結構強度以及破袋投料效率。目前，該系統已完成樣機試制，準備進入批量生產。

關鍵詞：飼料；破袋；投料；開發；研究

近年來，隨著我國畜牧業的規模化發展，我國已有飼料生產企業12000多家，年產飼料8000余萬噸。投料工序作為飼料生產的重要一環，長期以來一直未能實現自動化生產。人工投料方式勞動強度大，生產效率低，而且落料時產生的粉塵對工人的健康影響很大，從業人員嚴重不足。機械科學研究總院海西（福建）分院有限公司開發了一種新型智能化破袋投料系統，該系統能自動完成料包輸送、破袋投料、托盤碼垛、半盤移出等待等功能。該破袋投料系統每小時投料22.5t原料，而傳統雙人投料每小時可投料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破袋投料系統總體設計思路

高速飼料破袋投料系統由輸送系統、桁架搬運系統、破袋投料系統、托盤碼垛系統等4大部分組成，系統結構圖如圖1所示。根據用戶要求，破袋投料系統設計投料能力為20t/h，機器每天工作16h，可完成整板物料投料和定量投料兩種模式。

2.1鏈條輸送系統鏈條輸送系統，輸送系統采用鏈條傳動方式，可將料堆從入料口輸送到各個指定區域。每節輸送帶都設有位置檢測裝置，能實現位置檢測和計數功能，在抓取區和緩存等待區設有移位裝置，能實現縱向輸送和橫向輸送的轉換。

2.2桁架機械手由桁架、檢測裝置、抓取裝置組成。桁架驅動機械手沿豎直和水平方向移動，抓取鉤的邊緣設有檢測框，當檢測框接觸到料包時，檢測框上的行程開關隨即發出抓包指令，抓取鉤根據指令自動抓取料包并送至破包投料區。桁架機械手作為關鍵部件，考慮成本采用鋁型材框架結構，桁架主體框架鋁型材尺寸為60×60mm，上方導軌滑臺為80×120mm管材。從工作流程上看，桁架機械手作為主要運動部件，對其穩定性有一定要求，因此對桁架部件作有限元靜力學分析。桁架機械手抓取重量考慮一定裕度，按300kg考慮，比設計重量略高。采用鋁型材參數：密度2770kg/m3，楊氏模量7.1e10pa，泊松比0.33。將載荷均布在桁架導軌滑臺上，載荷大小為3000N，滑臺上接觸面積為48800mm3，因此施加應力大小為P=F/S=3000/0.0488=0.06148Mpa。采用ANSYS軟件進行分析，得到桁架靜力學變形結果，如表2和圖5所示。圖5b所示為60×60mm鋁型材桁架主體結構及80×120mm管材導軌滑臺結構的綜合靜力學變形云圖，可以發現變形最大處是導軌滑臺部分，綜合變形達到0.265mm。因此從整體結構強度和經濟性角度出發，在桁架主體框架不變的情況下增大導軌滑臺管材口徑，選用120×150mm管材替換進行優化分析，靜力學變形結果如圖5c所示，可以發現桁架結構整體變形在0.12mm，結構強度得到很大改善。

2.3破包投料裝置破包投料裝置如圖6所示，由破包裝置、振動投料裝置、吸塵裝置組成。機械手將料包抓取至轉動刀盤處破包，再移至振動篩上，振動篩在偏心機構的驅動下，完成振動落料工作。在振動篩左右兩側各設有一個真空吸塵裝置，以吸除投料時產生的粉塵。

2.4托盤堆垛裝置當料包堆投料完成后，空托盤輸送至托盤堆垛裝置，頂升機構將空托盤頂升至與上一層托盤接觸，活動銷撤出，頂升機構繼續上升，上升至合適高度時，活動銷再插入最底層托盤，頂升氣缸下降，完成一次堆垛工作。

3飼料破袋投料系統效率對比

飼料破袋投料系統實際工作效率如圖7所示。機器每分鐘可破袋3次，每次5包，每包25kg，每小時可投料22.5t；人工兩人一組，每分鐘3~4次，每次1包，每包25kg，每小時投料約5t。通過分析效率對比發現，系統投料效率比人工高4倍以上。

4結語

高速飼料投料系統綜合運用了自動輸送、自動搬運、自動碼垛等技術，解決了傳統飼料加工產業中破袋投料工序效率低、人工成本高等問題，將對我國飼料行業的智能化發展起到積極的推動作用。參考文獻：[1]陳奎生.液壓與氣壓傳動[M].武漢：武漢理工大學出版社，2001.[2]王玲，朱祥森，梁博宇，等.物流搬運機械手建模仿真與快遞成型[J].物流科技，2017，40（02）：71-73.[3]段立蹄，沈仙法，丁正益.基于六桿機構的快遞搬運柔性機械手設計[J].機械工程師，2016（11）：96-97.[4]從明,石會立,宋鴻升,等.桁架機械手動態特性的有限元分析[J].組合機床與自動化加工技術,2008（06）.19-22.

作者：余輔華 單位：機械科學研究總院海西（福建）分院有限公司