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        淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)投餌機(jī)設(shè)計(jì)

        發(fā)布時(shí)間:2018-06-25 來源: 幽默笑話 點(diǎn)擊:

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          摘 要:針對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)箱養(yǎng)殖中投餌機(jī)位置固定,飼料投放不定量的現(xiàn)狀,考慮網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境的影響因素,利用傳感器、軌道傳動(dòng)和PLC技術(shù)(方法),設(shè)計(jì)了一種可定量投飼的移動(dòng)式網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)投餌機(jī)。文章介紹了網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)投餌系統(tǒng)的布局,投餌機(jī)的工作原理、技術(shù)要求,以及軌道鋪設(shè)要求。然后,詳細(xì)介紹了投餌機(jī)設(shè)計(jì)基本參數(shù)的理論分析過程,行走系統(tǒng)和投飼裝置關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算過程(結(jié)果),行走系統(tǒng)可對(duì)多個(gè)網(wǎng)箱進(jìn)行移動(dòng)式投飼,定量下料機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)定量式投餌,提高了網(wǎng)箱養(yǎng)殖飼料投放過程的機(jī)械化水平和自動(dòng)化水平,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,增加養(yǎng)殖效益。以4 m×6 m×3 m規(guī)格的網(wǎng)箱為例,進(jìn)行成本分析,當(dāng)網(wǎng)箱個(gè)數(shù)在10個(gè)以上時(shí),使用該自動(dòng)投餌機(jī)比一般的單個(gè)自動(dòng)投餌機(jī)更經(jīng)濟(jì)。
          關(guān)鍵詞:水產(chǎn)養(yǎng)殖;自動(dòng)投飼;定量投飼;PLC;軌道
          中圖分類號(hào):S969.31+1
          文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
          中國(guó)是水產(chǎn)品養(yǎng)殖大國(guó)和出口大國(guó),網(wǎng)箱養(yǎng)魚占據(jù)了其中相當(dāng)大的比例[1],目前,我國(guó)的水產(chǎn)養(yǎng)殖投餌,主要以人工或小型自動(dòng)投餌機(jī)拋灑為主[2],而國(guó)內(nèi)的投餌機(jī)多為定點(diǎn)式,由于位置固定,存在投飼不均勻,飼料浪費(fèi),計(jì)量不精確等問題[3-5]。國(guó)外進(jìn)口投餌設(shè)備,自動(dòng)化程度高,但價(jià)格高,不適合國(guó)內(nèi)的養(yǎng)殖環(huán)境[6]。所以,設(shè)計(jì)適合國(guó)情的網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)投餌機(jī),實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式投飼和定量投飼,是非常必要的。
          1 整體設(shè)計(jì)
          網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)投餌機(jī),主要由投飼裝置、行走系統(tǒng)、網(wǎng)箱、上料裝置和控制系統(tǒng)等組成,如圖1和圖2所示。它的工作原理是:在網(wǎng)箱過道上架設(shè)封閉軌道,每個(gè)網(wǎng)箱對(duì)應(yīng)的軌道,都設(shè)置有一個(gè)起始定位識(shí)別點(diǎn)和一個(gè)終止定位識(shí)別點(diǎn),當(dāng)自動(dòng)投餌機(jī)沿著軌道行進(jìn)至起始定位識(shí)別點(diǎn)時(shí),控制系統(tǒng)發(fā)出指令,控制投餌機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的投飼工作,當(dāng)投餌機(jī)行進(jìn)至終止定位識(shí)別點(diǎn)時(shí),控制系統(tǒng)控制投餌機(jī)結(jié)束該網(wǎng)箱的投飼任務(wù)。之后,自動(dòng)投餌機(jī)根據(jù)設(shè)定的程序,沿軌道行進(jìn)至下一個(gè)需要投飼的網(wǎng)箱。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)定量下料機(jī)構(gòu)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制投飼量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該網(wǎng)箱的定量投飼。
          根據(jù)網(wǎng)箱水產(chǎn)養(yǎng)殖的技術(shù)規(guī)程和操作規(guī)范,參考SC/T 6023-2011投飼機(jī)標(biāo)準(zhǔn),確定網(wǎng)箱水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)投飼系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo),如表1所示。
          行走系統(tǒng)主要由軌道、投餌車和定位識(shí)別點(diǎn)組成。在網(wǎng)箱過道上架設(shè)封閉軌道[5-7],如圖3所示,根據(jù)投餌機(jī)重量、行走系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及降低成本的要求,軌道由鍛鋼加工而成,截面設(shè)計(jì)為等腰梯形,在滿足力學(xué)性能的前提下采用中空式,如圖4所示?紤]到安裝及運(yùn)輸?shù)姆奖,將軌道分解為小截的直段和彎段使用,每小截距離取400~600 mm左右,可以根據(jù)網(wǎng)箱情況,進(jìn)行拼接使用。
          投餌車由車體、軌道輪、直流電機(jī)和減速器組成。24 V直流電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)前輪使投餌車沿軌道上部運(yùn)動(dòng)?紤]到運(yùn)行時(shí)投餌車的穩(wěn)定性及軌道的使用壽命,軌道與輪子配合時(shí),車輪凹槽側(cè)邊與軌道側(cè)邊保持一定的距離,如圖4所示。軌道輪直徑80 mm,減速器減速比12∶1,設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度為20 m/min。根據(jù)有關(guān)資料[7],在同等條件下保持本投餌機(jī)以20 m/min的速度行走時(shí),最小牽引力F=400 N,即主動(dòng)輪為自動(dòng)投餌機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力矩M=F·r=16N·m。每級(jí)齒輪傳動(dòng)效率為0.96,則減速器傳動(dòng)效率η總=η2=0.9216。選取電機(jī)轉(zhuǎn)速為n0,投餌車行走速度v,投餌車軌道輪半徑r,減速器傳動(dòng)比i,輸出軸功率Pw,輸出軸工作效率ηw取0.95,電機(jī)輸出扭矩T,電機(jī)軸輸出功率Pd,則直流電機(jī)參數(shù)計(jì)算得:
          由計(jì)算參數(shù),驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇額定轉(zhuǎn)速為1 000 r/min,功率為200 W的24 V直流電機(jī)。
          減速器為二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器,根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,第一級(jí)減速比4∶1,第二級(jí)減速比3∶1。輸出軸齒輪Z1=20,中間齒輪Z2=80,中間齒輪Z3=20,車輪軸齒輪Z4=60,則減速比
          2.2 料倉
          設(shè)計(jì)料倉如圖5(a)所示,料倉由立方體形狀的料箱和倒棱臺(tái)形狀的漏斗組成,總?cè)莘e為133 L,可容納3號(hào)飼料50 kg(容積密度約為376 kg/m3)。料箱的寬度和長(zhǎng)度均為500 mm,高度為410 mm。漏斗的寬度、長(zhǎng)度和高度分別為100 mm、50 mm、320 mm,斜度為35°,如圖5(b)所示。
          2.3 定量下料機(jī)構(gòu)
          定量下料機(jī)構(gòu)連接在料倉下方,主要由旋轉(zhuǎn)葉輪、外殼和步進(jìn)電機(jī)組成,如圖6(a)所示。當(dāng)定量下料機(jī)構(gòu)工作時(shí),飼料由進(jìn)料口進(jìn)入下料腔內(nèi),由電機(jī)帶動(dòng)的葉輪通過旋轉(zhuǎn)將飼料由進(jìn)料口傳送到出料口,整個(gè)過程中葉輪轉(zhuǎn)過的角度需要由電機(jī)嚴(yán)格的控制。由于葉輪每?jī)蓚(gè)葉片之間的體積固定,因此,當(dāng)需要不同重量的飼料時(shí),只要控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度,就可以控制投飼量。
          旋轉(zhuǎn)葉輪由葉片、頂端彈性擋板組成。設(shè)計(jì)葉片個(gè)數(shù)為10個(gè),葉片間夾角為36°。為保證葉輪在運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性,避免葉輪與外殼直接接觸損害葉輪,使葉輪與外殼之間保持2~3 mm的距離,并在葉輪頂端安裝彈性擋板,如圖6(b)所示。
          投餌機(jī)需要同時(shí)對(duì)兩個(gè)網(wǎng)箱投飼,投飼效率取300 kg/h。取葉輪體積V葉輪,葉輪外半徑r1,葉輪內(nèi)半徑r2,葉輪寬度l,葉輪轉(zhuǎn)速n,料倉體積V料倉,下料時(shí)間t,計(jì)算步進(jìn)電機(jī)選擇參數(shù),有:
          取步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速12 r/min?紤]下料口較小,飼料質(zhì)量較輕,所需的扭矩很小,因此對(duì)步進(jìn)電機(jī)的扭矩不做要求。綜上所述,選用56BYG250D-0241型兩相混合式步進(jìn)電機(jī),適配驅(qū)動(dòng)器SH-20504D。該電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩2 N·m,當(dāng)轉(zhuǎn)速為12 r/min時(shí),轉(zhuǎn)矩為1.7 N·m。
          2.4 拋料機(jī)構(gòu)
          拋料機(jī)構(gòu)采用離心葉輪式,主要由拋料室、離心葉輪和拋料電機(jī)組成。進(jìn)行拋料工作時(shí),控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)控制拋料電機(jī)帶動(dòng)離心葉輪工作。飼料從出料口落入拋料室,并隨著離心葉輪的運(yùn)動(dòng)拋撒出去。通過控制拋料電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制飼料拋灑軌跡和距離。綜上所述,基本可以確定投餌機(jī)投飼裝置主要的結(jié)構(gòu),如圖7(a)所示。

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