立式电驱动自动饲料混合搅拌机设计

毕业设计中文摘要

随着时代的发展和进步，人们对生活水平的要求越来越高，牛奶自然成为人们的日常饮品。随之，奶牛养殖业逐步兴起。与此同时，适应规模养殖的TMR饲料混合搅拌机被广泛应用。机器工作时，不仅能够将饲料进行搅拌，更加可以对饲料进行切割，集搅拌与切割于一身。机器主要是通过搅龙的动刀与料箱相互配合，将饲料切碎；TMR饲料混合搅拌机安装了通过计量每种饲料的重量从而控制各种饲料比例的片式称重传感器，这使得TMR饲料混合搅拌机变得更为科学合理。电驱动TMR 饲料混合搅拌机是适应大农场式的奶牛养殖饲养农场的机器，经过一系列改进后，它的自动化程度大大提升，适应了市场不断发展的需要。

关键词TMR饲料搅拌机搅龙搅拌切割

毕业设计外文摘要

Title The design of Electrically -driven automatic mixed feed mixer

Abstract

With the development and progress, it is sure that the attitude people to living standard is getting higher and higher. And milk naturally becomes the people's day-to-day drinks. As a result, the gradual rise of milk cow aquacultures. At the same time to adapt to the size of field, TMR feed mixer has been widely used. The machine can not only mix but also cut the ration.The machine mainly cut the ration into piece by the knife on the and the trad. TMR feed mixer install the sensor of the weight of ration in order to control the weight of the ration, which makes TMR feed mixer become more scientific and reasonable. Electric machine pulling TMR feed mixer is adapted to large farm-style farms.It will be able to adapt to the market needs after a series of improvements, which greatly enhanced the degree of automation.

Key Words TMR feed mixer Twisted Dragon Mix Cut

目录

1 引言 (1)

1.1 课题综述 (1)

1.2 设计任务分析及方案选择 (3)

2 结构设计 (4)

2.1 搅拌机总体结构设计 (4)

2.2 搅拌机主要结构详细设计 (4)

3 传动系统总体设计 (7)

3.1 传动方案的拟定 (7)

3.2 搅龙转速的确定 (8)

3.3 电机的选择 (9)

3.4传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配 (11)

3.5传动装置运动和动力参数的计算 (11)

4 传动零件的设计计算 (13)

4.1 带轮传动设计 (13)

4.2 减速器传动设计 (15)

4.3 齿轮传动设计 (16)

4.4 主轴的设计与校核 (21)

4.5 轴承的校核 (26)

5 其他结构设计、密封及润滑 (28)

5.1 料仓门设计 (28)

5.2 液压系统的选择 (28)

5.2 刀片的选择 (29)

5.3 润滑和密封 (30)

结论 (31)

致谢 (32)

参考文献 (33)

1 引言

目前，随着奶牛养殖业生产集约化、现代化水平的不断提高，饲养规模不断扩大，奶牛业对饲料加工设备的需求越来越高。然而，现阶段在我国大部分地区中小企业仍然使用传统的搅拌机，这种搅拌机设备陈旧，工艺落后，生产水平很低，显然是不能够满足现代社会市场的竞争要求。

1.1 课题综述

1.1.1 奶牛全混合日粮(TMR)饲养技术

TMR饲喂的优点：奶牛全混合日粮(TMR)饲喂技术已经越来越多的被奶牛场所熟悉，采用该技术可降低饲喂成本，减少饲料浪费；提高奶产量和奶产品质量；降低疾病，减少防疫费用；精粗饲料混合均匀，避免奶牛挑食和营养失衡；有利于糖类和碳水化合物的合成，提高蛋白利用率；增强胃瘤机能，维持胃瘤PH值的稳定，防止胃瘤酸中毒；提高奶牛干物质的采食量，提高饲料转化率；减少工人数量和劳动强度；可实现分群管理，提高劳动生产率，降低管理成本。

表1-1 传统饲喂和TMR饲养方式的比较

传统饲喂TMR饲养

1饲喂方式精粗饲料分次饲喂精粗饲料混合均匀

2采食时间定时分次喂全天候采食（24小时）

3饲养方式栓系安产定料分群散栏饲养

4机械化程度劳动密集型机械化操作

5饲料利用率粗饲料及农副产品利用率较低提高粗饲料利用率，有利于利用农

副产品，降低饲料成本

1.1.2 TMR饲料搅拌机的类型及特点

TMR饲料搅拌机根据搅龙的特点分为卧式和立式，根据动力源的不同又分牵引式，自走式和固定式。

（1）卧式TMR搅拌机。卧式TMR搅拌机由2～3根水平且平行布置的搅龙构成，优点是搅拌时间短（一般6～10min/批），适合体积质量比差异大，松散和含水率相对较低的物料混合。另外，卧式TMR混合搅拌设备外形通常较窄、较低，通过性好，也易于装料。缺点是在处理，切割大草捆时不如立式搅拌机效率高，且搅龙容易磨损。容积相同的情况下，卧式搅拌机的配套动力一般大于立式搅拌机。

（2）立式TMR搅拌机。立式TMR搅拌机的加工部件由1～2根垂直布置的搅龙构成，

其优点是可迅速打开并切碎大型圆、方形草捆，但混合时间较长（一般20/min批左右），

适合含水率相对高，粘附性较好的物料混合。立式搅拌机一般使用寿命较长，圆锥型料

箱无死角，卸料干净，不留余料。

（3）自走式TMR搅拌机。自走式TMR搅拌机能完成除精料加工外的所有工作，即自

动取料、自动称质计量、混合搅拌、运输和饲喂等，具有自动化程度高，效率高，视野

开阔和驾驶舒适等优点，是TMR搅拌机中的理想产品，适合现代化大型牛场使用，但缺

点是制造成本高。这种搅拌机由于可移动，因此又被称为搅拌车。

（4）牵引式TMR搅拌机。牵引式TMR搅拌机由拖拉机牵引作业，物料混合及运送的

动力来自拖拉机动力输出轴和液压控制系统。送料时，边行走边进行物料混合，行至牛

舍时，即可饲喂。该机可使搅拌和饲喂连续完成，并根据需要可加装取料系统。牵引式

TMR混合喂料机适合通道较宽的牛舍（宽度大于2.5m）饲喂作业。

（5）固定式TMR搅拌机。固定式TMR搅拌机一般以三相电动机为动力，常见机型

为卧式结构，通常放置在各种饲料储存相对集Array中，取运方便的地点，将各种精粗饲料加工搅

拌后，用手推车或小型机动车运至牛舍进行饲

喂。该机型适合TMR饲料加工配送中心和牛舍

通道狭窄的养牛小区使用。

1.1.3 立式搅拌机结构原理及特点

图1-3 TMR饲料搅拌机外部结构立式TMR饲料搅拌机核心部件主要由料

箱、底板、螺旋套筒、锥形螺旋叶片和刀片组

成。螺旋套筒中安装有传动轴，用来传递动力，带动螺旋套筒旋转。其结构如图1-3示。

混合时饲料以先粗后精的加料顺序，按照干草、青贮、糟渣类、精料顺序加入，边

加料边混合，其混合过程包含多种混合形式。立式TMR搅拌机的螺旋搅龙呈锥形，通常

由2～3片螺旋叶片焊接在螺旋套筒上组成，其底部叶片直径与料箱直径几乎相等。搅龙

推动饲料转动2～3圈，可将饲料从底部推至顶部，由于搅龙的锥形结构，物料在上升过

程中，叶片承载面积逐渐减小，而料箱顶部的空间很宽大，使得一部分物料被推至顶部

下落到料箱底部，而另一部分在上升过程中就向周围抛洒，落至料箱底部。随着搅龙的

旋转，物料不断被翻运，形成强烈的对流混合。由于搅龙周围也填满了物料，所以物料

在随搅龙旋转和上升的过程中，与周围物料摩擦形成剪切面，物料在升运过程中与周围

物料发生剪切混合。物料在随搅龙旋转的过程中，当到达某一转速时，由于离心力的作用使物料沿螺旋套筒径向方向具有一分速度，受周围物料的阻碍，而与周围物料发生扩散混合。以上三种混合方式是立式TMR搅拌机物料混合的主要形式。通常，锥形螺旋搅龙顶部有一个0.25圈的扫料叶片，该叶片具有较大的螺旋升角，不起升运作用。当物料上升,至项部时在扫料叶片的作用下，将物料向周围抛洒，某些团状物料在抛洒过程中分离，而某些则与料箱壁面碰撞使其分离成颗粒，形成冲击混合，提高了混合均匀度。为了在混合时能够处理长草，通常在螺旋搅龙上安装有动刀片，为了提高切割作用，还可在料箱上装有长度可调的定刀。饲料在搅龙、切刀的综合作用下不断的被剪切、揉搓、搅拌作用下快速混合均匀。

其优点是可以迅速打开并切碎大型圆、方形草捆，但混合时间较长(一般20min/批左右)，比较适合含水率相对较高、粘附性好的物料混合。立式搅拌机一般使用寿命较长，圆锥型料箱无死角，卸料时排料干净，不留余料。

目前在欧美市场销售的搅拌机中，有70～80％是立式机型。立式绞龙呈锥形，其底部叶片直径与料箱直径几乎相等，绞龙推动饲料转动2至3圈，就可将饲料从底部推至顶部，而料箱顶部的空间很宽大，被推至顶部的饲料落回底部，从而不断循环切割、搅拌。它不仅能处理大草捆，而且可以胜任所有饲料配方，容积可以达到很大，最大可达45m3。

1.2 设计任务分析及方案选择

1.2.1 机械设计的基本原则

强度准则要求机械零件的工作应力σ不超过许用应力[σ]，即σ≤[σ]。

刚度准则要求机械零件在载荷作用下的弹性变形y在允许的极限值[y]以内，即

y≤[y]。

振动稳定性准则对于高速运动的机械零件，就避免发生振动。要求其激振源的频率与零件的固有频率错开。

可靠性准则对于重要的机械零件要求计算其可靠度，作为可靠性的性能指标。

此外，还有寿命准则、耐热性准则等。

1.2.2 搅拌机结构设计的基本原则

对于牛场来说，TMR搅拌机应该满足如下要求：

1．坚固耐用，操作简单。因为TMR对于牛场来说，每天都必须使用，因此可靠性

最为重要，如果机器经常出现故障停机，对于奶牛场来说，就不只是奶产量不稳定的问题了，奶牛容易出现疾病，对于牛场的管理也不方便。

2．饲料搅拌均匀：饲料搅拌机必须将粗精饲料搅拌的十分均匀。因此，要求搅拌车不能有“死角”．饲料的运动至少有2个方向(例如：垂直和水平，垂直和圆周运动等)。

3．有效的切断而又不过度切碎饲草。饲料搅拌车必须能将饲草切断成所需的长度，而不是将饲草磨断，同时又不能过度切碎饲草，以利于奶牛的反刍。

4．极佳的适口型。为保证适口型，饲料必须蓬松，不被挤压。因此，饲料搅拌机必须能快速切断纤维性饲草而避免搅拌过度，使得饲料被过分挤压。

5．能够处理各类配方的饲料。中国地域广大，各个地区采用的配方不尽相同，饲料的来源各异，即使同一个牛场，每年采购的饲料也可能不同。所以，要求TMR搅拌机的适应能力要强。

1.2.3 任务要求

本课题设计的是电机驱动饲料自动混合搅拌机，饲料自动混合搅拌机制备动物饲料的机器，它的功能包括切割、混合各类饲料原料，该机拟采用电机带动减速系统驱动机械传动实现切割、混合各类饲料原料，通过液压系统与机械传动的结合，实现各种饲料混料的出料。

对所要设计的搅拌机的要求：

混合容量：5m3；计量精度：≥95%

最大负荷（25km/h）：5000kg

额定电压：380V；额定功率：42KW

2 结构设计

2.1 搅拌机总体结构设计

立式TMR饲料搅拌机主要由料箱和一个垂直的锥形螺旋搅龙组成，其结构如图2-1所示。其搅龙的螺旋叶片焊接在螺旋套筒上，螺旋套筒中安装有传动轴，用来传递动力，带动螺旋套筒旋转。螺旋叶片上安装有动刀，料箱壁面上安装有可拆卸定刀，动刀和定刀的相对运动形成剪切面，从而实现对干草的剪切加工，因此，这种混合机几乎能够直接加工所有粗饲料皆为长草的全混合日粮。

图2-1 立式TMR饲料搅拌机

2.2 搅拌机主要结构详细设计

2.2.1 料箱材料尺寸的设计计算

物料的特性主要包括容重、摩擦系数、休止角都将影响到混合的过程，因此，参数的确定首先要确定研究的物料。饲料主要由粗料和精料组成。粗料：包括青干草、青绿饲料，农作物秸杆等。精料：包括能量饲料、蛋白质饲料、以及糟渣类饲料。根据物料特性，确定物料的休止角为55°，物料与螺旋叶片间摩擦角为35°（系数为0．4）。

根据任务书要求确定容积为5 m3，为使合物料沿壁面顺利下滑的要求，搅拌机的料仓壁与料仓底夹角取100°（根据物料的结拱因素，料仓壁与料仓底夹角应在105°～120°之间[6]），螺旋叶片锥角α取60°。

料箱结构尺寸如图2-2所示，根据料箱容积

计算公式：

V=1/3πh（r12+r22+r1×r2）

其中：h为装料高度；

r1为料箱底部半径；

图2-2 料箱结构尺寸图r2为装料高度h处半径。

根据料仓壁与料仓底夹角100°，可推出

h=(r1-r2)×tan10°公式一

根据螺旋锥角α=60°，可推出

h=r2×tan60°公式二

根据公式一和公式二可推出

h=1.732r2

r1=1.3r2

则带入料箱容积V=1/3πh（r12+r22+r1×r2）

可得V=1/3π×1.732r2×[（1.3r2）2+r22+1.3r1×r2]

=7.222r23

若V=5，则r2=0.89，r1=1.157，h=1.54

因为套筒和搅龙叶片比较大，占用一定的体积，所以料箱的计算容积需要有一些余量。

若V=6，则r2=0.94，r1=1.22，h=1.63

综合计算方便，加工容易和外形等因素，取r1=1.25，r2=0.95，h=1.55，这样装料高度小于料箱高度，饲料不会从箱顶飞出。

选料箱材料为35号钢，料箱壁厚为20mm，底厚为100mm。

尺寸结构如图图2-3所示

图2-3 料箱结构尺寸

2.2.2搅龙螺旋叶片参数的确定

立式TMR搅拌机的螺旋搅龙呈锥形，通常由2～3片螺旋叶片（图2-4）焊接在螺旋套筒上组成。而螺旋叶片的直径、锥角、螺距是立式TMR搅拌机核心部件——搅龙的关键结构参数。根据对奶牛饲料中纤维饲料尺寸（4～10cm)的要求，一般取底部螺旋叶片最大直径与料箱壁面间隙为15mm左右，以避免对干草等纤维饲料过度切割，所以取叶片最大直径1600mm。根据搅龙推动饲料转动2～3圈，可将饲料从底部推至顶部的要求和螺旋锥角α=60°及搅龙总体高度1550mm的参数，取螺旋叶片1、2螺距600mm，扫料用螺旋叶片3螺距800mm，据此设计螺旋叶片样图，与套筒焊接效果如图2-5所示。

图2-4 搅龙螺旋叶片

2.2.3套筒参数的确定

螺旋套筒用于焊接叶片，并能适于刚度的要求及螺旋叶片内径的安装要求。为了节省材料和减少功耗，把套筒设计成由直径不同的两部分组成。据此，设计下部螺旋套简直径400mm ，长度550mm ，上部螺旋套简直径250mm ，长度1000mm ，材料选60钢。形式如图2-6所示。

3 传动系统总体设计

3.1 传动方案的拟定

搅拌机的传动系统与整机的技术经济指标有密切关系，它影响搅拌机的结构、布局、包装精度、传动效率、制造以及制造成本、操作与调整是否方便等，因此，设计传动系统时必须注意满足下列要求：

（1）电机输出轴和全部传动机构需能满足足够的功率和扭矩，并且具有较高的传动效率。

（2）各执行件的位置、速度应有比较准确的相对关系,又要便于独立调整。

（3）结构简单、润滑与密封良好, 操作方便可靠,便于加工装配,成本低。

（4）为便于调整试搅拌机,传动系统中应设有调整机构。

该饲料搅拌机采用电机驱动，其进给与动力系统的动力均是由电机提供。其具体传动形式如图3-1是：

图2-6 套筒结构尺寸 图2-5 搅龙

图3-1 传动系统框图

3.2 搅龙转速的确定

临界转速是螺旋叶片某一位置处的物料能被升运的最低转速，同普通的垂直升运搅龙不同的是，物料在上升过程中，搅龙叶片任意物料所受到的摩擦力不是物料与料箱壁面的摩擦力，而是物料与物料之间的内摩擦力。根据垂直搅龙的临界转速公式可以计算出立式TMR 搅拌机工作的临界转速范围。

假定螺旋叶片某点处有1个质量为m 的物料粒，设此处螺旋直径为D ，螺距为S ，螺旋升角为α，搅龙以顺时针旋转，角速度为为ω，物料间摩擦系数为μf

，根据垂直搅龙的临界转速公式：

g r s k f =+)tan(2α?ωμ （公式一）

得： 搅龙的临界转速

602?=πωk k n f

s D g μα?π)

tan(230+= f s D μα?)

tan(28.42+=（转/min ） (公式二)

式中：α为锥形搅龙任意点处的螺旋升角；错误！未找到引用源。为物料与螺旋叶片间的摩擦角。

由于旋叶片各点处的临界转速各不相同，由此式可计算出搅龙临界转速范围，根据此搅龙的相关参数：螺距S=0.6m ，物料与叶片间摩擦角

=35°，物料休止角=55°。 1.按螺旋套简直径d=0.4m ，计算搅龙的临界转速。

4777.04.014.36.0tan =?=?=d s πα 得 α=25.5°

f k D n μα?）（+=s tan 28.42 电机 带轮 减速器 齿轮 绞龙

???+?=55tan 4.0355.25sin 28

.42）（

≈53（r/min ）

2.按搅龙螺旋叶片最大直径d 2=1.6m ，计算搅龙的临界转速。

12.06.114.36.0tan =?=?=

d s πα

得 α=6.8° f k D n μα?）

（+=s tan 28.42

???+?=55tan 6.1358.6sin 28.42）

（ ≈23（r/min ）

由于螺旋搅龙有锥角，与普通搅龙不同，旋叶片各点处的临界转速各不相同，此搅拌机的临界转速范围为23～53r ／min 。

由于饲料搅拌机是用于物料混合，当搅拌机结构参数确定后，转速及其效率之间的关系与用于物料升运的螺旋搅龙有所区别，其最佳转速的确定还需要通过试验进一步分析。

参考文献

1冯静安，张宏文，梅卫江，曹卫彬.立式TMR搅拌机的混合原理及其搅龙参数的设计.石河子大学学报(自然科学版)，2009

2向冬枝，徐余伟.螺旋输送机设计参数的选择和确定.设计与研究，2010

3胡勇克.螺旋输送器的原理与设计.南昌大学学报，2000

4毛平淮.互换性与测量技术基础.北京：机械工业出版社，2008

5吴宗泽总编.机械设计师手册.北京：机械工业出版社，2002

6尹成湖，崔彦平，刘永强.机械制造装备设计课程设计指导书，2008

7冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，2008

8 朱龙根.简明机械零件设计手册.北京：机械工业出版社，1997

9 金清肃.机械设计课程设计.武汉：华中科技大学出版社，2006

10 崔振勇，印建平.机械制图.北京：机械工业出版社，2003

11 孙桓，陈作模.机械原理.北京：高等教育出版社，2006

12 熊诗波，黄长艺.机械工程测试技术基础.北京：机械工业出版社，2006

13 李欣业，梁建术，郝淑英.材料力学.北京：中国铁道出版社，2006

14谢江，娄晨辉，李兰.机械设计.北京：国防工业出版社，2009

15 成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2001

16 David W．Kammel，Professor．Biological Systems Engineering Department．Design

selection and use ofTMR mixers，1998毕业设计中文摘

要

随着时代的发展和进步，人们对生活水平的要求越来越高，牛奶自然成为人们的日常饮品。随之，奶牛养殖业逐步兴起。与此同时，适应规模养殖的TMR饲料混合搅拌机被广泛应用。机器工作时，不仅能够将饲料进行搅拌，更加可以对饲料进行切割，集搅拌与切割于一身。机器主要是通过搅龙的动刀与料箱相互配合，将饲料切碎；TMR饲料混合搅拌机安装了通过计量每种饲料的重量从而控制各种饲料比例的片式称重传感器，这使得TMR饲料混合搅拌机变得更为科学合理。电驱动TMR 饲料混合搅拌机是适应大农场式的奶牛养殖饲养农场的机器，经过一系列改进后，它的自动化程度大大提升，适应了市场不断发展的需要。

关键词TMR饲料搅拌机搅龙搅拌切割

本科毕业设计第1 页共28 页

毕业设计外文摘要

Title The design of Electrically -driven automatic mixed feed mixer

Abstract

With the development and progress, it is sure that the attitude people to living standard is getting higher and higher. And milk naturally becomes the people's day-to-day drinks. As a result, the gradual rise of milk cow aquacultures. At the same time to adapt to the size of field, TMR feed mixer has been widely used. The machine can not only mix but also cut the ration.The machine mainly cut the ration into piece by the knife on the and the trad. TMR feed mixer install the sensor of the weight of ration in order to control the weight of the ration, which makes TMR feed mixer become more scientific and reasonable. Electric machine pulling TMR feed mixer is adapted to large farm-style farms.It will be able to adapt to the market needs after a series of improvements, which greatly enhanced the degree of automation.

Key Words TMR feed mixer Twisted Dragon Mix Cut

本科毕业设计第2 页共28 页

目录

1 引言 (1)

1.1 课题综述 (1)

1.2 设计任务分析及方案选择 (3)

2 结构设计 (4)

2.1 搅拌机总体结构设计 (4)

2.2 搅拌机主要结构详细设计 (4)

3 传动系统总体设计 (7)

3.1 传动方案的拟定 (7)

3.2 搅龙转速的确定 (8)

3.3 电机的选择 (9)

3.4传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配 (11)

3.5传动装置运动和动力参数的计算 (11)

4 传动零件的设计计算 (13)

4.1 带轮传动设计 (13)

4.2 减速器传动设计 (15)

4.3 齿轮传动设计 (16)

4.4 主轴的设计与校核 (21)

4.5 轴承的校核 (26)

5 其他结构设计、密封及润滑 (28)

5.1 料仓门设计 (28)

5.2 液压系统的选择 (28)

5.2 刀片的选择 (29)

5.3 润滑和密封 (30)

结论 (31)

致谢 (32)

本科毕业设计第3 页共28 页

参考文献 (33)

本科毕业设计第4 页共28 页

1 引言

目前，随着奶牛养殖业生产集约化、现代化水平的不断提高，饲养规模不断扩大，奶牛业对饲料加工设备的需求越来越高。然而，现阶段在我国大部分地区中小企业仍然使用传统的搅拌机，这种搅拌机设备陈旧，工艺落后，生产水平很低，显然是不能够满足现代社会市场的竞争要求。

1.1 课题综述

1.1.1 奶牛全混合日粮(TMR)饲养技术

TMR饲喂的优点：奶牛全混合日粮(TMR)饲喂技术已经越来越多的被奶牛场所熟悉，采用该技术可降低饲喂成本，减少饲料浪费；提高奶产量和奶产品质量；降低疾病，减少防疫费用；精粗饲料混合均匀，避免奶牛挑食和营养失衡；有利于糖类和碳水化合物的合成，提高蛋白利用率；增强胃瘤机能，维持胃瘤PH值的稳定，防止胃瘤酸中毒；提高奶牛干物质的采食量，提高饲料转化率；减少工人数量和劳动强度；可实现分群管理，提高劳动生产率，降低管理成本。

表1-1 传统饲喂和TMR饲养方式的比较

传统饲喂TMR饲养

1饲喂方式精粗饲料分次饲喂精粗饲料混合均匀

2采食时间定时分次喂全天候采食（24小时）

3饲养方式栓系安产定料分群散栏饲养

4机械化程度劳动密集型机械化操作

5饲料利用率粗饲料及农副产品利用率较低提高粗饲料利用率，有利于利用农

副产品，降低饲料成本

1.1.2 TMR饲料搅拌机的类型及特点

TMR饲料搅拌机根据搅龙的特点分为卧式和立式，根据动力源的不同又分牵引式，自走式和固定式。

（1）卧式TMR搅拌机。卧式TMR搅拌机由2～3根水平且平行布置的搅龙构成，优点是搅拌时间短（一般6～10min/批），适合体积质量比差异大，松散和含水率相对较低的物料混合。另外，卧式TMR混合搅拌设备外形通常较窄、较低，通过性好，也易于装料。缺点是在处理，切割大草捆时不如立式搅拌机效率高，且搅龙容易磨损。容积相同的情况下，卧式搅拌机的配套动力一般大于立式搅拌机。

（2）立式TMR搅拌机。立式TMR搅拌机的加工部件由1～2根垂直布置的搅龙构成，

本科毕业设计第5 页共28 页

其优点是可迅速打开并切碎大型圆、方形草捆，但混合时间较长（一般20/min批左右），

适合含水率相对高，粘附性较好的物料混合。立式搅拌机一般使用寿命较长，圆锥型料

箱无死角，卸料干净，不留余料。

（3）自走式TMR搅拌机。自走式TMR搅拌机能完成除精料加工外的所有工作，即自

动取料、自动称质计量、混合搅拌、运输和饲喂等，具有自动化程度高，效率高，视野

开阔和驾驶舒适等优点，是TMR搅拌机中的理想产品，适合现代化大型牛场使用，但缺

点是制造成本高。这种搅拌机由于可移动，因此又被称为搅拌车。

（4）牵引式TMR搅拌机。牵引式TMR搅拌机由拖拉机牵引作业，物料混合及运送的

动力来自拖拉机动力输出轴和液压控制系统。送料时，边行走边进行物料混合，行至牛

舍时，即可饲喂。该机可使搅拌和饲喂连续完成，并根据需要可加装取料系统。牵引式

TMR混合喂料机适合通道较宽的牛舍（宽度大于2.5m）饲喂作业。

（5）固定式TMR搅拌机。固定式TMR搅拌机一般以三相电动机为动力，常见机型

为卧式结构，通常放置在各种饲料储存相对集

拌后，用手推车或小型机动车运至牛舍进行饲

喂。该机型适合TMR饲料加工配送中心和牛舍

通道狭窄的养牛小区使用。

1.1.3 立式搅拌机结构原理及特点

立式TMR饲料搅拌机核心部件主要由料

图1-3 TMR饲料搅拌机外部结构

箱、底板、螺旋套筒、锥形螺旋叶片和刀片组

成。螺旋套筒中安装有传动轴，用来传递动力，带动螺旋套筒旋转。其结构如图1-3示。

混合时饲料以先粗后精的加料顺序，按照干草、青贮、糟渣类、精料顺序加入，边

加料边混合，其混合过程包含多种混合形式。立式TMR搅拌机的螺旋搅龙呈锥形，通常

由2～3片螺旋叶片焊接在螺旋套筒上组成，其底部叶片直径与料箱直径几乎相等。搅龙

推动饲料转动2～3圈，可将饲料从底部推至顶部，由于搅龙的锥形结构，物料在上升过

程中，叶片承载面积逐渐减小，而料箱顶部的空间很宽大，使得一部分物料被推至顶部

下落到料箱底部，而另一部分在上升过程中就向周围抛洒，落至料箱底部。随着搅龙的

旋转，物料不断被翻运，形成强烈的对流混合。由于搅龙周围也填满了物料，所以物料

在随搅龙旋转和上升的过程中，与周围物料摩擦形成剪切面，物料在升运过程中与周围

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物料发生剪切混合。物料在随搅龙旋转的过程中，当到达某一转速时，由于离心力的作用使物料沿螺旋套筒径向方向具有一分速度，受周围物料的阻碍，而与周围物料发生扩散混合。以上三种混合方式是立式TMR搅拌机物料混合的主要形式。通常，锥形螺旋搅龙顶部有一个0.25圈的扫料叶片，该叶片具有较大的螺旋升角，不起升运作用。当物料上升,至项部时在扫料叶片的作用下，将物料向周围抛洒，某些团状物料在抛洒过程中分离，而某些则与料箱壁面碰撞使其分离成颗粒，形成冲击混合，提高了混合均匀度。为了在混合时能够处理长草，通常在螺旋搅龙上安装有动刀片，为了提高切割作用，还可在料箱上装有长度可调的定刀。饲料在搅龙、切刀的综合作用下不断的被剪切、揉搓、搅拌作用下快速混合均匀。

其优点是可以迅速打开并切碎大型圆、方形草捆，但混合时间较长(一般20min/批左右)，比较适合含水率相对较高、粘附性好的物料混合。立式搅拌机一般使用寿命较长，圆锥型料箱无死角，卸料时排料干净，不留余料。

目前在欧美市场销售的搅拌机中，有70～80％是立式机型。立式绞龙呈锥形，其底部叶片直径与料箱直径几乎相等，绞龙推动饲料转动2至3圈，就可将饲料从底部推至顶部，而料箱顶部的空间很宽大，被推至顶部的饲料落回底部，从而不断循环切割、搅拌。它不仅能处理大草捆，而且可以胜任所有饲料配方，容积可以达到很大，最大可达45m3。

1.2 设计任务分析及方案选择

1.2.1 机械设计的基本原则

强度准则要求机械零件的工作应力σ不超过许用应力[σ]，即σ≤[σ]。

刚度准则要求机械零件在载荷作用下的弹性变形y在允许的极限值[y]以内，即

y≤[y]。

振动稳定性准则对于高速运动的机械零件，就避免发生振动。要求其激振源的频率与零件的固有频率错开。

可靠性准则对于重要的机械零件要求计算其可靠度，作为可靠性的性能指标。

此外，还有寿命准则、耐热性准则等。

1.2.2 搅拌机结构设计的基本原则

对于牛场来说，TMR搅拌机应该满足如下要求：

1．坚固耐用，操作简单。因为TMR对于牛场来说，每天都必须使用，因此可靠性

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