自动投饲技术设计研究成果报告

2023-11-29 理论教育版权反馈

【摘要】：③饲料经自动投饲装置后破碎率较高。改进后的螺杆式自动投饲装置目前已经完成2套试验样机的制作，集成在中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所渔业水体净化实验室内，试运行结束，符合使用要求。

根据实际使用过程中发生发现的问题和不足，对螺杆式投饲装置撒料机构和导轨式自动投饲控制系统进行了部分优化和完善，以期更好地实现该设备的功能，具体的优化内容如下：

2.1　螺杆式投饲机优化设计

螺杆式自动投饲装置的问题主要集中在旋转抛撒机构。①装置运行时噪音较大。分析原因，主要是因为前期制作的旋转撒料盘直接通过联轴器悬挂于电机输出轴，旋转撒料盘可以在一定范围内晃动。导致高速旋转的撒料盘与外壳之间存在金属碰撞和摩擦。②在连续工作过程中，偶尔会出现饲料卡停现象。分析原因，认为前期制作的撒料机构其撒料盘叶片与外壳之间的间距远小于饲料粒径，导致饲料容易卡在叶片和外壳之间；且选用的电机输出扭矩太小，一旦卡料就导致撒料机构停转，影响下料和螺杆送料，自动投饲装置发生故障。③饲料经自动投饲装置后破碎率较高。分析原因，认为主要是由于前期设计制作的撒料盘旋转速度为2　000r/min，转速较高，且撒料盘及其外壳为不锈钢材质，饲料在进入高速旋转的撒料盘时容易被打碎。

根据这些研究分析对旋转抛撒机构进行了优化设计，如图19所示。①在撒料盘的旋转轴上添加聚四氟乙烯滑动轴承，限制撒料盘和外壳之间的位置关系，保证撒料盘跟外壳不接触，避免撒料盘旋转时跟外壳产生摩擦噪音。②缩小撒料盘上的叶片尺寸，扩大叶片与外壳的间距，使其远大于饲料粒径，并优化叶片外形结构，大幅提高驱动撒料盘的电机的扭矩，避免发生饲料卡在叶片和外壳之间的情况。③降低撒料盘旋转速度到1　200r/min，并在金属外壳内壁增加软质的橡塑保护层，以此避免饲料在撒料装置内部跟叶片和金属外壳的剧烈碰撞和切割导致饲料破碎率较高；同时，该项设计改进也消除了饲料与金属外壳剧烈碰撞产生的噪音，使撒料装置运行噪音几乎完全消除。

改进后的螺杆式自动投饲装置目前已经完成2套试验样机的制作，集成在中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所渔业水体净化实验室内，试运行结束，符合使用要求。

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1.电机　2.联轴器　3.滑动轴承　4.叶片　5.出料口　6.进料口　7.外壳
图19　旋转抛撒机构（左）、优化后的螺杆式投饲装置（右）

2.2　导轨式自动投饲控制系统优化

（1）优化系统控制结构：

原有系统的控制结构拓扑图如下所示。在小车控制箱中安装信号采集和输出控制模块，信号采集模块采集到的信号通过通信模块传输到远端的控制系统，通过控制程序的分析和判断来发送命令给控制模块来执行动作。但是这样一来，产生了一些问题，主要是通信延时的问题。各模块自身的通信延时以及其互相的通信延时，影响了小车停止和投饵口启闭等相关方面的控制。

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图20　原系统控制结构拓扑图

有鉴于此，研究对系统的控制结构进行了调整，如图21所示。首先，把控制程序及其硬件集成到小车的控制箱，并在控制箱中增加触摸屏，可方便修改控制程序，这样就免去了由于远程通信造成的延时，使得程序的判断更加及时；其次，取消各种控制模块，统一使用PLC来完成各种模块的工作，减少了模块间通信的延时；最后，在PLC中增加控制程序，一些简单的控制直接通过PLC自行判断执行，增加系统的稳定性。(www.chuimin.cn)

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图21　新系统控制结构拓扑图

（2）优化供电方式，提高系统运行可靠性：

原系统供电方式采用的是导电条和电刷结构。导电条安装在导轨内侧并与220V电源连接。电刷安装在系统行走机构上，下料装置在行走过程中，电刷与导电条保持时刻接触，就能够实现为系统供电。通过长期的运行和试验，发现这种结构存在不少问题：首先，导轨并不是一条直线，有圆弧结构，使得导电条不能很好地贴近导轨安装；其次，也就是最大问题，电刷和导电条的接触问题，电刷是通过弹性结构压紧在导电条上，长期运行导致弹性减弱，在运动过程中容易产生接触不良，使得控制设备断电，影响正常运行。

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图22　蓄电池FM24-6

针对这一问题，研究采用了蓄电池作为电源来代替导电条和电刷。蓄电池（图22）型号FM24-6，电量6AH，重量为3.8kg。蓄电池安装在行走机构框架上，直接对系统进行供电，这样就可以避免那些由于使用原来的供电结构而产生的问题。蓄电池配套有剩余电量显示功能，可以直接通过控制系统来确认蓄电池的剩余电量。另外在投饵机补给点安装自动充电装置，当一次投饵结束后即可回到停止点进行充电。

（3）改用接近传感器实现准确定位：

原系统中，对于下料仓行走位置的判断是通过超声波距离传感器来实现的。具体方式是在导轨下部安装与导轨距离不同的小型平台，当小车运行到平台位置时，距离传感器根据测得的距离数值来判断小车在导轨的相应位置，并执行对应的程序（停止、投饵等）。实际使用过程中，该方式存在不少问题：首先，由于小车的运行速度较快，而且没有变速和刹车装置，所以当产生制动信号时，由于惯性会再滑行一段距离，不容易精确定位，导致撒料点与设定点位置出现偏差；料仓行走过程中，由于导轨表面粗糙度的影响会产生一定幅度的晃动，在通过距离传感器定位时，容易产生数值的偏差，导致判断错误。

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图23　E2E-X20D2-N型接近传感器

有鉴于此，研究改变原有定位方式，采用接近传感器来判断料仓行走位置。选用的是欧姆龙E2E-X20D2-N型接近传感器（图23），检测距离20 mm，响应频率0.4kHz，电源电压24V。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。其主要工作原理是由振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式的检测目的。

自动投饲技术设计研究成果报告

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