培养槽清洗机的研究设计

发布时间：2017-10-15 06:33

  本文关键词：培养槽清洗机的研究设计

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【摘要】：随着全球现代工业技术向农业的渗透,世界各国都对设施农业的研究产生浓厚的兴趣。培养槽在设施农业无土栽培中的运用也越来越广泛,但是培养槽的清洗还存在着诸多问题。人工清洗需要花费大量的时间、人力、能源,有时还无法清洗干净。针对这这些问题,本文提出将清洗机应用于培养槽领域,研发一款节能实用的培养槽清洗机。培养槽的清洗完全不同于碗筷,培养槽大致是长达2.4m的矩形槽,粘附着的水垢和苔藓无法通过简单的冲洗程序清洗干净,且要同时清洗内槽、外表面以及外底面等多个面,这些都增大了培养槽清洗机的设计难度。针对这些问题,本文对清洗机的整体结构、清洗系统、传动系统、进排水系统和控制系统等五大系统进行了全新的设计。对于整体结构,本文建立了Solidworks 2012与ANSYS 13.0的无缝接口,利用ANSYS 13.0 Workbench对清洗机架进行了静力学分析和模态分析。通过对清洗机架的静力学分析来改进清洗架,直至刚度满足要求。对清洗机架的模态分析并扩展其前面的6阶模态得出：由于同步带的冲击频率为61.67Hz,应将清洗机的工作频率设计在36.54Hz～50.66 Hz,或在113.91Hz～171.04Hz之间,才能使工作频率远离清洗机架的固有频率,避免清洗装置的共振。此外,整机内设有悬挂减震装置,降低了工作过程中产生的振动和噪音,且所选的材料经济实惠。清洗系统是清洗机的核心部分,刷子的设计尤为重要。本文针对培养槽的结构研发了一款全新的M型刷子,能够同时清洗培养槽的多个面,自动调节洗刷力度,且拆装方便。清洗架设有两排滚筒轨道,不仅便于培养槽的推进和取出,而且能起到擦洗培养槽下底面的作用。对于传动系统,文章选用了同步带直线导轨滑台,具有传动准确、平稳等优点,更重要的是它的成本低廉、结构简单、噪音小。同步带的动力源选用步进电机,实现了快速启动、制动及反转,符合清洗机往复洗刷的要求。对于进排水系统,本文设计了简易实用的废水循环系统。另外,对扇形喷嘴进行了仿真试验,通过改变出口处的直径、V形槽的夹角、压力等参数,研究了喷射角、射流冲击力对清洗效果的影响。最终得出,最佳的压力为9MPa,最佳靶距为260厘米等最佳参数,同时也找到了喷射角、射流冲击力与各个参数之间的规律。根据以上参数,对扇形喷嘴进行了改进,生产出符合本款清洗机要求的最佳喷嘴。在控制方面,以单片机为控制核心,以各个部件的作用时间为逻辑顺序,实现了清洗过程的智能化控制。
【关键词】：培养槽 清洗机 同步带直线导轨滑台 洗刷 扇形喷嘴
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S223
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 本课题的研究目的及意义10
• 1.2 清洗行业概述10-11
• 1.2.1 清洗行业简介10-11
• 1.2.2 清洗行业的发展现状11
• 1.3 清洗机国内外现状研究分析11-12
• 1.4 本课题研究的主要内容12-15
• 第2章 培养槽清洗机的设计15-32
• 2.1 培养槽清洗机方案的选择15-17
• 2.2 清洗机的工作原理17-18
• 2.3 外箱体材料的比较及选择18-20
• 2.4 内部元件设计及优化20-30
• 2.4.1 刷子的选择和设计20-22
• 2.4.2 刷子连接结构的设计22-23
• 2.4.3 悬挂减震装置的设计23
• 2.4.4 清洗架的设计23-24
• 2.4.5 同步带直线导轨滑台的设计24-27
• 2.4.6 步进电机的选型27-30
• 2.5 整机的干涉分析30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 清洗机架的静力学与模态分析32-41
• 3.1 ANSYS软件介绍32
• 3.2 培养槽清洗机的静力学分析32-37
• 3.2.1 清洗机架的静力学分析32-35
• 3.2.2 清洗机架的改进方案35-37
• 3.3 培养槽清洗机的模态分析37-40
• 3.3.1 模态分析的简介37
• 3.3.2 模态分析理论基础37-38
• 3.3.3 清洗机架的模态分析38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 进排水系统及喷嘴的设计41-53
• 4.1 扇形喷嘴射流特性的研究41-49
• 4.1.1 试验装置42
• 4.1.2 喷射角的研究42-45
• 4.1.3 扇形喷嘴射流冲击力的试验研究45-49
• 4.2 自吸泵49-50
• 4.3 废水过滤50-51
• 4.4 整个系统的工作过程51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 控制系统的设计53-65
• 5.1 系统的总控制原理53
• 5.2 步进电机的驱动介绍53-56
• 5.2.1 驱动器53-54
• 5.2.2 步进电机细分驱动技术54-55
• 5.2.3 驱动模块55-56
• 5.3 硬件系统设计56-61
• 5.3.1 STC12C5A60S2单片机简介56-57
• 5.3.2 控制面板57
• 5.3.3 系统硬件电路57-60
• 5.3.4 电源的设计60-61
• 5.4 软件系统设计61-64
• 5.4.1 初始化程序62
• 5.4.2 进水子程序62
• 5.4.3 自吸泵供水程序62
• 5.4.4 洗刷程序62-63
• 5.4.5 排水程序63
• 5.4.6 中断子程序63-64
• 5.5 抗干扰设计及系统调式64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 清洗机的性能试验65-69
• 6.1 清洗机试制65
• 6.2 清洗机的性能试验65-68
• 6.2.1 试验前期准备65
• 6.2.2 试验方法65-66
• 6.2.3 试验效果分析66-68
• 6.3 清洗机的效益评价68-69
• 第7章 总结与展望69-71
• 7.1 总结69
• 7.2 展望69-71
• 参考文献71-73
• 攻读硕士研究生期间发表的论文73-74
• 致谢74

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