论文淡水网箱养殖自动投饵机设计，该文是关于自动本科论文范文和投饵和养殖和网箱类论文范文资料.
李康宁,李南南,刘利,史颖刚
（西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西 杨凌 712100）
摘 要：针对现有网箱养殖中投饵机位置固定,饲料投放不定量的现状,考虑网箱养殖环境的影响因素,利用传感器、轨道传动和PLC技术（方法）,设计了一种可定量投饲的移动式网箱养殖自动投饵机.文章介绍了网箱养殖自动投饵系统的布局,投饵机的工作原理、技术要求,以及轨道铺设要求.然后,详细介绍了投饵机设计基本参数的理论分析过程,行走系统和投饲装置关键部件的结构设计计算过程（结果）,行走系统可对多个网箱进行移动式投饲,定量下料机构可实现定量式投饵,提高了网箱养殖饲料投放过程的机械化水平和自动化水平,降低了劳动强度,增加养殖效益.以4 m×6 m×3 m规格的网箱为例,进行成本分析,当网箱个数在10个以上时,使用该自动投饵机比一般的单个自动投饵机更经济.
关键词：水产养殖；自动投饲；定量投饲；PLC；轨道
中图分类号：S969.31+1
文献标识码：A
中国是水产品养殖大国和出口大国,网箱养鱼占据了其中相当大的比例[1],目前,我国的水产养殖投饵,主要以人工或小型自动投饵机抛洒为主[2],而国内的投饵机多为定点式,由于位置固定,存在投饲不均匀,饲料浪费,计量不精确等问题[3-5].国外进口投饵设备,自动化程度高,但高,不适合国内的养殖环境[6].所以,设计适合国情的网箱养殖自动投饵机,实现移动式投饲和定量投饲,是非常必要的.
1整体设计
1.网箱 2.投饵机 3.上料装置 4.轨道
图1自动投饵机的整体布局示意
网箱养殖自动投饵机,主要由投饲装置、行走系统、网箱、上料装置和控制系统等组成,如图1和图2所示.它的工作原理是：在网箱过道上架设封闭轨道,每个网箱对应的轨道,都设置有一个起始定位识别点和一个终止定位识别点,当自动投饵机沿着轨道行进至起始定位识别点时,控制系统发出指令,控制投饵机进行相应的投饲工作,当投饵机行进至终止定位识别点时,控制系统控制投饵机结束该网箱的投饲任务.之后,自动投饵机根据设定的程序,沿轨道行进至下一个需要投饲的网箱.系统通过调节定量下料机构电机的转速来控制投饲量,从而实现对该网箱的定量投饲.
1.连接装置 2.料仓 3.定量下料机构
4.抛料机构 5.箱体 6.步进电机
图2自动投饵机结构示意
根据网箱水产养殖的技术规程和操作规范,参考SC/T 6023-2011投饲机标准,确定网箱水产养殖自动投饲系统的技术指标,如表1所示.
表1投饲系统技术参数
项目
参数
投饲方式
抛洒投饲
料仓储料量（3#饲料）
50 kg
行走速度
≥20 m/min
定位精度
&plun;100 mm
投饲量误差
≤5%
2关键零件设计
2.1行走系统
图3投饵车轨道架设示意图
行走系统主要由轨道、投饵车和定位识别点组成.在网箱过道上架设封闭轨道[5-7],如图3所示,根据投饵机重量、行走系统运行稳定性及降低成本的要求,轨道由锻钢加工而成,截面设计为等腰梯形,在满足力学性能的前提下采用中空式,如图4所示.考虑到安装及运输的方便,将轨道分解为小截的直段和弯段使用,每小截距离取400～600 mm左右,可以根据网箱情况,进行拼接使用.
投饵车由车体、轨道轮、直流电机和减速器组成.24 V直流电机通过减速器驱动两个前轮使投饵车沿轨道上部运动.考虑到运行时投饵车的稳定性及轨道的使用寿命,轨道与轮子配合时,车轮凹槽侧边与轨道侧边保持一定的距离,如图4所示.轨道轮直径80 mm,减速器减速比12∶1,设计行走机构的运行速度为20 m/min.根据有关资料[7],在同等条件下保持本投饵机以20 m/min的速度行走时,最小牵引力F等于400 N,即主动轮为自动投饵机提供的驱动力矩M等于F·r等于16N·m.每级齿轮传动效率为0.96,则减速器传动效率η总等于η2等于0.9216.选取电机转速为n0,投饵车行走速度v,投饵车轨道轮半径r,减速器传动比i,输出轴功率Pw,输出轴工作效率ηw取0.95,电机输出扭矩T,电机轴输出功率Pd,则直流电机参数计算得：
n0等于i×V2πr≈955.41r/min（1）
Pw等于Mn09550ηw等于0.14w（2）
T等于Mi×η总等于1.45N·m（3）
Pd等于Pwη总≈0.153kw（4）
图4投饵车车轮与轨道配合示意
由计算参数,驱动电机选择额定转速为1 000 r/min,功率为200 W的24 V直流电机.
减速器为二级直齿圆柱齿轮减速器,根据设计规范,第一级减速比4∶1,第二级减速比3∶1.输出轴齿轮Z1等于20,中间齿轮Z2等于80,中间齿轮Z3等于20,车轮轴齿轮Z4等于60,则减速比
i等于Z2Z1·Z4Z3等于12（5）
2.2料仓
设计料仓如图5（a）所示,料仓由立方体形状的料箱和倒棱台形状的漏斗组成,总容积为133 L,可容纳3号饲料50 kg（容积密度约为376 kg/m3）.料箱的宽度和长度均为500 mm,高度为410 mm.漏斗的宽度、长度和高度分别为100 mm、50 mm、320 mm,斜度为35°,如图5（b）所示.
1.料箱 2.漏斗
图5料仓结构尺寸
2.3定量下料机构
定量下料机构连接在料仓下方,主要由旋转叶轮、外壳和步进电机组成,如图6（a）所示.当定量下料机构工作时,饲料由进料口进入下料腔内,由电机带动的叶轮通过旋转将饲料由进料口传送到出料口,整个过程中叶轮转过的角度需要由电机严格的控制.由于叶轮每两个叶片之间的体积固定,因此,当需要不同重量的饲料时,只要控制电机旋转角度,就可以控制投饲量.
旋转叶轮由叶片、顶端弹性挡板组成.设计叶片个数为10个,叶片间夹角为36°.为保证叶轮在运行过程中的平稳性,避免叶轮与外壳直接接触损害叶轮,使叶轮与外壳之间保持2～3 mm的距离,并在叶轮顶端安装弹性挡板,如图6（b）所示.
投饵机需要同时对两个网箱投饲,投饲效率取300 kg/h.取叶轮体积V叶轮,叶轮外半径r1,叶轮内半径r2,叶轮宽度l,叶轮转速n,料仓体积V料仓,下料时间t,计算步进电机选择参数,有：
V叶轮等于π·（r21-r22）·l等于1 224 600 mm3≈12L（6）
n等于V料仓V叶轮·t等于11.08 r/min（7）
1.进料口 2.外壳 3.旋转叶轮 4.出料口 5.叶片 6.弹性挡板
图6定量下料机构与旋转叶轮
取步进电机的转速12 r/min.考虑下料口较小,饲料质量较轻,所需的扭矩很小,因此对步进电机的扭矩不做要求.综上所述,选用56BYG250D-0241型两相混合式步进电机,适配驱动器SH-20504D.该电机最大转矩2 N·m,当转速为12 r/min时,转矩为1.7 N·m.
2.4抛料机构
抛料机构采用离心叶轮式,主要由抛料室、离心叶轮和抛料电机组成.进行抛料工作时,控制系统发出信号控制抛料电机带动离心叶轮工作.饲料从出料口落入抛料室,并随着离心叶轮的运动抛撒出去.通过控制抛料电机的转速进而控制饲料抛洒轨迹和距离.综上所述,基本可以确定投饵机投饲装置主要的结构,如图7（a）所示.
1.料仓 2.进料口 3.旋转叶轮
4.出料口 5.离心叶轮 6.抛料电机
图7投饲装置与抛料装置结构示意图
为优化投饵机运行路线,减少投饵机轨道铺设,以及单侧投料时,投饵机受力不均匀的问题,设计投饵机为两侧同时抛料,如图7（b）所示.当需要投饵机单侧投料时,可通过调整控制系统,关闭一侧的抛料电机,可实现另一侧单独投料.
3总结
针对户外网箱养鱼,设计了一种移动式定量自动投饵机,其核心部件是定量下料机构,通过控制步进电机的旋转角度,进而控制旋转叶轮的旋转角位移,实现定量投饲.系统结合行走系统、定量下料机构和左右抛料机构,实现了移动式投饲,使用单个投饵机,可以完成对多个网箱的投饲工作.利用该投饵机,可对多个网箱进行移动式投饲和定量投饲,提高了投饵机的利用率,降低了饲料投放过程中的劳动强度.通过成本分析,目前,市场上一名水产养殖工人的工资平均为2 500元/月,每天可负责13个网箱的投饲和维护工作.以雇用一名工人负责13个4 m×6 m×3 m网箱的养殖规模为例,定点式投饵机成本约700元/台,共需13台；移动式定量自动投饵机和轨道成本约30 000元.考虑设备折旧,经分析得出,大约10个月即可收回投入的本金.以4 m×6 m×3 m的网箱为例,当网箱个数在10个以上时,使用该投饵机比一般的单个自动投饵机更经济.
参考文献：
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The design of automatic feeding machine for freshwater cage culture
LI Kangning,LI Nannan,LIU Li,SHI Yinggang
（College of Mechanical and Electronic Engineering,Northwest Agriculture and Forestry
University,Yangling Shaanxi 712100,China；NO.3,Taicheng Road Yangling,712100,P.R.China
）
Abstract：In view of current situation in the existing cage culture that the position of feeding machine is fixed and feeding is not quantified, considering the affecting factors of cage feeding culture, using sensor, track tranission and PLC technology, a mobile cage culture automatic feeding machine for quantitative feeding is designed. This paper introduces the layout of the automatic feeding system for cage culture, the working principle, technical requirements as well as track laying requirements of the feeder.Then,the theoretical analysis process of the basic design parameters of the feeding machine and the structural design and calculation process of the key components of the walking system and the feeding device are introduced in detail. The walking system is able to carry on the mobile feeding to many net cages, and the quantitative feeding mechani can realize the quantitative feeding, which improves the mechanization and automation level of the net cage feeding process, reduces the labor intensity and increases the breeding benefit. Taking cage of specification of 4 m×6 m×3 m as an example to carry out the cost analysis, when the number of cages is more than 10, the use of the automatic feeding machine is more economical than single automatic feeding machine in general.
Key words： aquaculture; automatic feeding; quantitative feeding; PLC; track
（收稿日期：2018-02-06;修回日期：2018-04-07）
汇总,该文是一篇关于对不知道怎么写投饵和养殖和网箱论文范文课题研究的大学硕士、自动本科毕业论文自动论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料.
参考文献：
1、 临高县深水网箱养殖存在问题与 徐凌云,杜军（广东海洋大学经济管理学院,广东 湛江 524088）摘要深水网箱养殖是临高县从国外引进并因地制宜进行改造的一种新兴养殖方式,具有高投入、高风险、高产出的特点 1998年至今,临高县深水网.
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