离岸型智能化深水网箱养殖配套装备设计自动投料机Word文档下载推荐.docx
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3.13喷管连接23
3.14卡扣连接24
3.15喷嘴与喷嘴锁紧机构设计24
3.16网箱支撑架子的设计26
鸣谢27
参考文献28
设计总说明
水产行业的发展，自动投饵机的设计具有非常大实际意义。
其中深海网箱的自动投饵机尤为重要。
本毕业设计在参考了池塘用自动投饵机的基础上，对深海网箱自动投饵机进行设计。
此次设计要完成以下工作：
1.进行设计前要了解、介绍国内外有关于自动投饵机的研究背景和发展形势，并且解析所设计自动投饵机的设计理念。
2.重点解析不同动力、下料方式、喷料方式等，并且进行详细的介绍及对比选择，在对比后，选取合适的设计方案。
3.根据深海网箱自动投饵机的特点，详细解析自动投饵机的各个结构部件进行了设计与建模。
4.通过对网箱养殖环境的调查与使用要求，在市面上选择深海网箱自动投饵机各个合适的电气部件。
5.根据网箱养殖的实际情况，进行简单的控制系统设计。
关键词：
网箱养殖；
自动投饵机；
投饵
Introduction
Withthedevelopmentoftheaquacultureindustry,thedesignoftheoffshoreforwardautomaticfeedingmachinehasgreatpracticalsignificance.Thedepthsoftheseaareaofoffshoreforwardautomaticfeedingmachineisthemostimportant.Thisgraduationdesignreferedinthepondautomaticfeedingmachine,onthebasisofthedeepseacagestheoffshoreforwardautomaticfeedingmachinedesign.Thisdesignmustbefollowed:
1.Beforedoingthedesign,Iintroducedbothathomeandabroadabouttheresearchbackgroundanddevelopmentsituationofautomatictheoffshoreforwardautomaticfeedingmachine,andparsethetheoffshoreforwardautomaticfeedingmachineforthedesignofdesignconcept.
2.Iwouldintroducethematerialunderdifferentpower,thewayofspraymaterials,anddetailedintroductionandcomparisontochoose,afterthecomparison,selecttheappropriatedesign.
3.Accordingtothecharacteristicsofthedeepseacagesautomatictheoffshoreforwardautomaticfeedingmachine,iwouldintroducetheautomaticparsingthetheoffshoreforwardautomaticfeedingmachinedesignandthestructureofvariouspartsofmodeling.
4.Throughthesurveyofaquacultureenvironmentanduserequirements,iichoosetheoffshoreforwardautomaticfeedingmachineforthedeepseacagesonthemarketalltheappropriateelectricalcomponent.
5.Accordingtotheactualsituationofaquaculture,iwoulddesignasimplecontrolsystem.
Keywords:
aquaculture;
Automatictheoffshoreforwardautomaticfeedingmachine;
Baitcasting
离岸型智能化深水网箱养殖配套装备-自动投料机
1绪论
1.1自动投料机的发展情况
我国有着辽阔的海岸面积，可以被利用海洋资源及其分丰富。
由于许多因素，我国的海洋养殖技术处于国际落后水平。
随着中国的逐渐富强，海洋资源利用逐渐被重视。
这几年，我国渔业产业结构不断被调整和产业结构不断被优化。
我国沿海地区海洋养殖业不断发展。
深海网箱养殖被视为重点项目被大力发展。
深海网箱养殖中，自动投饵机的地位尤为的重要。
由于网箱养殖的集约化程度程度高，规模大。
在平日的养殖中，投饵，对鱼类的品质影响尤为的巨大，而且，投料需要耗费巨大的劳动力。
在大多数沿海的企业的网箱养殖，投饵需要从岸边用饵料船把鱼类饲料运到网箱，然后通过饲养员把饵料投入网箱中。
而网箱之多，网箱之大，需要耗费大量的时间与劳动力，且效率低下。
因此，导致饵料系数变大，投料不均匀。
这样生产成本就大大的被提高。
如果能有一部能实现自动与受到的智能化网箱用投饵机，就能大大的加大劳动效率，降低人力成本，降低饲养员的劳动强度。
通过查阅大量资料，国外的网箱养殖技术起步比较早，且国外政府与各高校及研究所比较重视。
所以网箱养殖的配套设置比较先进与齐全。
现在，国外的深海网箱养殖用投饵机主要采用为的是漂浮形式，其结构可以利用太阳能与风能作为动力来源。
由于设施昂贵，导致企业前期投入较高。
大多数企业负担不起。
所以不符合中国的国情。
因此，设计一台适合中国国情的自动投饵机无疑对深海网箱养殖业的进程尤为重要。
通过对国内大量投料机厂家的了解。
投料机投饵饵料形状可以分为：
颗粒投饵机、粉状饵料投饵机、糊状投饵机、鲜活饲料投饵机。
按能源动力分为：
电力、太阳能、柴油机（汽油）机、风力、水力。
按应用范围可分为：
池塘养殖投饵机、网箱投饵机、工厂化养殖投饵机。
深海网箱养殖由以前的小规模、生产量低、分散到现在的大规模，数量多、集约化程度高、低成本的一个养殖行业。
深海网箱养殖的发展伴随着科学的发展发展。
新型材料的研发成功、各种新产品的研发成功、计算机PLC的自动控制、深海网箱养殖使用的配套设施、生物海洋工程的发展及渔业海洋养殖管理等多门学科、专业技术发展来的一门新兴起的新型行业。
随着欧美技术的引入与自主研发，慢慢的国内企业的深海网箱养殖已经能够实现离海岸及其的远。
离海岸越远，一方面能够给鱼类带来更好的养殖环境，提升养殖鱼类的品质。
别外一方面，还能把养殖密度扩大。
我国从七十年代开始发展离岸水产养殖业。
通过了40多年的发展，全国网箱的数量已经达到了100多万以上。
由于国家和地方政府的支持与投入，网箱养殖的配套设施取得了一定的发展。
但是，与欧美及日本一些国家相比，还是有很大的差距。
根据参考文献[7]。
例如，国内的网箱养殖中产生的污染，目前还没有找到一个根本的解决之法。
虽然国内的自动投饵机器很多，但大多数是应用与池塘养殖，并不适合于离岸的网箱养殖。
适合于深海网箱养殖的投饵机还是太少。
现在在很多沿海城市的网箱养殖还是通过人工投饵的方式。
最近三十年，世界范围内的大型深水网箱养殖得到了巨大的发展，根据参考文献[7]，其中挪威尤为突出，再者如苏格兰、希腊、土耳其、澳大利亚、智利也发展较快。
据统计，世界范围内的网箱数量突破2万只，相应的鱼类产量也突破一百万吨。
以挪威为例子，由于大型一体化公司投入，使挪威的网箱养殖业得到了巨大的发展，养殖的企业从十多年前的五百多家已经合并为100多家，使每家企业的平均产鱼量由原来的三百二十吨提升到了两千三百多吨，并且百分之八十的产量是由那二十多家的企业产出。
在党和政府的长期支持下，根据参考文献[18]，开展的863863计划现代农业技术领域海水设施养殖重点项目。
我国首台深水网箱养殖远程多路自动投饵系统研制成功，标志着我国深海网箱养殖迈入国际水平。
该系统由自动控制系统、投饵机组、多路饲料配送系统、能源供给系统、饲料喷投系统组成。
此投饵系统的养殖成功，意义重大，不仅对我国自动化水产养殖具有积极意义，而且对我国离岸深海水产养殖产生最大的影响。
图1-2国内首台远程多路自动投饵系统装备
图1-1国内池塘用自动投饵机
图1-3国外先进的自动投饵系统
1.2研究目的与意义
但现在，大多数深海网箱养殖户还是依靠人工投饵的方式，而现在人力资源成本越来越高，这就加重了企业的生产成本，而且生产效率也不高。
所以要设计一套操作方便，实用性强的只能化投饵机，因此加大企业的生产效率和降低人力成本。
所以此次设计的智能化自动投饵机，结合了我国南方海域海况的条件。
目前国外如挪威为代表的大型深水网箱，应用了高强度的新材料构建抗风浪的大型、超大型水产养殖网箱。
先进的投饵机械、水下监测措施，并且养殖者的专业水平也极为重视，需在专业的渔业学校培训三年以上，方能持证上岗。
但是，这并不适用于国内的生产情况，因为建设这样大规模的自动化平台前期投资成本高，且要求从业者的操作水平及专业水平较高。
此次智能化化自动投饵机系统设计方案包括投饵机本体结构设计、管道连接机构设计，动力设计、PLC控制设计四大主要部分。
其中投饵本体机构包括吸饵管、引射器、锥形喷头、饵料箱、冲饵装置、水泵。
所设计的投饵机固定在船上为船载式智能化自动投饵机，方便装载饵料且适用于我们的实际养殖情况，且结构简单易于操作与维修。
2、课题内容及要求
2.1课题主要解决的问题
通过对我国深水养殖网箱的实际情况的调查。
设计投饵机时，确保所设计的投饵机能满足我南方地区网箱养殖的需要。
投饵机需要需求指标，然后所设计的投饵机进行水动力计算。
由于现在的投饵机并没有具体的国标、或者行业标准，根据实际需求对所设计的投饵机性能提出以下设计要求：
所设计的投饵系统各部件大多数已标准化，可根据实际需求来选取，控制部分采用按键式控制，可靠性强。
能在各种恶略环境下正常使用，并且对操作者的水平要求不高，经济实用。
可以根据鱼的不同生长期来调整投饵机的投饵料。
深水网箱投饵机的结构组成：
1）饵料罐：
饵料罐提供饵料投饵；
2）下料机构：
由电磁阀控制下饵料管阀口开口大小，从而来控制下料的速度；
3）动力系统：
由柴油发电机发电，蓄电池供电于整个投饵系统；
4）喷头：
均匀喷洒饵料
5）水泵：
吸引水流，为冲饵提供动力；
本课题的设计目标为深海网箱智能化自动投饵机的动力装置，要求所选用的水泵能在各种环境下满足冲料、喷料功能。
主要设计内容包括：
深海网箱智能化自动投饵机本体的设计、水泵、下料机构所配套的电磁阀门、饵料箱体的设计、冲饵装置阀门的选择、管道流体的设计
在设计中需要考虑的问题为：
1）自动投饵机需要采用何种驱动水泵；
2）管道设计的合理性；
3）饵料箱体合适大；
4）总体机构的外观；
整个智能化投饵系统由PLC控制，由于投饵量受所养殖鱼生长阶段的影响。
不同生长阶段投饵料不一。
所以投饵前，操作人员可以设置总投饵料，投饵时间等。
投饵机构设置于专用投饵船，喷头固定于网箱的一侧，投饵机与喷头之间用软管连接，两端为快速接头。
控制方式为手动、自动。
2.2参数要求
1）投饵箱容积能满足多个网箱投饵；
2）颗粒饲料破碎率＜3%；
3）投饵距离＞6m～8m；
4）箱周边0～2m处投饲量≤1％；
5）投饵面积>
10m²
；
6）投饵区内饵料应分布均匀；
根据实际考察及参考文献[7]，可以得出以上实际要求。
3深海网箱养殖投饵机的基本原理与结构设计
3.1深海网箱养殖投饵机的基本原理
因为养殖环境的不同。
因此，采用的投饵方式和池塘养殖的投料方式有很大的不同。
所以在设计自动投饵机的时候要考虑的因素有：
（1）自动投饵机投料的区域面积。
因为网箱养殖中，投料的区域必须投料到网箱中。
此次所用的网箱为沿海网箱养殖中最常见的周长为40的网箱。
而且，网箱所处的环境离岸较远，受海流，海风影响较大，所以投饵的面积不宜过大，避免饵料被海流冲出网箱。
（2）自动投饵机的动力来源。
因为网箱往往离岸边较远，所以不能像池塘养殖那样，利用岸电。
因此投饵机的动力来源可以选择蓄电池或者柴油发动机。
（3）因为所设计的网箱投饵机设置于投饵船上。
所以所设计的投饵机外形许适合投饵船的外形。
工作原理为为：
首先饵料管电磁阀门、冲饵管电磁阀门、水泵同时打开，饲料在重力、吸力及冲饵管射出水流的水流冲力下下落高主管道，在主管道下载水流的冲击力下饲料随着水流喷出，投饵完成。
详细的设计思路为：
通过查阅大量海内外海洋养殖与配套设施资料，对比选择适合我国沿海养殖的网箱自动投饵机，然后对本体结构进行设计。
所需要设计或选用的结构有：
水泵、冲料机构、配套输送饵料管道、喷头等结构。
3.2下料结构设计
此次设计的智能化自动投饵机要考虑的主要问题是下料方式。
现在大多是的人工饲料都是颗粒状，所以设计的投饵机功能主要以投颗粒状饲料为主。
根据参考文献[7]，在以前的各式投饵机的下料方式主要三种：
1）振荡式：
电动机外置凸轮带动滑竿选装、滑竿使下料门振动下落到下料管。
2）螺旋推进式：
采用电动机带动螺杆旋转，饲料被甩到出料口；
3）电磁下拉式：
采用电磁铁、下料口、下料阀门及其他组成，电磁铁通电时，电磁铁吸住下料门，饲料落下，断电则下料门在弹簧作用下复位，下料停止。
图3-1螺旋推进式
图3-2电磁下拉式
图3-3振动式
此次设计投饵机所选用的下料方式为水冲饵料的方式，饵料在重力的作用下，通过直径30的圆孔下落到饵料托板上，然后在水流的冲击下，下落到饵料箱体中。
当水流停止时，饵料堆积在饵料板上。
下料停止。
（红色箭头为水流方向。
蓝色箭头为饵料下落方向。
）
图3-4下料运动图
此次设计投饵机所选用ZCS型水用电磁阀门，参考文献[19]，可自动化控制或远程控制工作介质管路的通断。
由于本阀采用橡胶密封，故对工作介质的清洁度大大减低，具有起笔迅速，可靠性能高等。
电磁阀门通过法兰连接。
图3-5ZCS型水用电磁阀门
ZCS型水用电磁阀的主要技术参数
表3-6电磁阀的主要技术参数
ZCS型水用电磁阀安装尺寸：
表3-7ZCS型水用电磁阀安装尺寸
3.3冲饵管设计
图3-8冲饵管简图（蓝色箭头为水流方向）
因为在饵料下落过程中，颗粒状的饲料容易因为互相的挤压，导致饲料架空。
所以需要需要一个冲击力把这种架空的现象破坏，使饵料顺利下落。
冲饵管管径为20mm，所采用的阀门为：
先导式电磁阀
型号：
RSP-20
长（A）:
75
宽（B）:
58
高（C）:
118
接管螺纹（D）:
3/4〞
图3-9先导式电磁阀
作用机理：
当先导式电磁阀，在单片机的通电下，阀杆因为电磁力被拔起，因此，导阀口被打开，这个时候电磁阀的上腔因为先导孔卸压，在主阀芯周围有上低下高的压差，在压力差的形成后，流体压力推动主阀芯向上移动导致主阀口被打开；
断电的时候，在弹簧力和主阀芯重力的双重作用下，阀杆被复位，导致电磁阀的上腔压力升高，在被流体压力推动主阀芯向下移动，主阀口关闭。
（先导式电磁阀的型号如下图）
表3-10先导式电磁阀的型号
3.4突然扩大机构
由于此投饵机置于船上，不能直接利用岸电，电力供应比较困难，参考市面的投饵机，采用突然扩大装置，使流体流经断面突然扩大圆管的时候，产生涡流，涡流区产生负压吸取饵料，再通过水泵出水通过冲水管中的水流冲击下达到喷料的目的。
参考文献[4]。
图3-11管道水流运动分析图
对上图的突然放大机构的封闭区域，由Bernoulli方程：
p1、v1；
分别为扩大之前的压强和水的流速
p2、v2；
分别为扩大之后的压强和水的流速；
：
此装置产生的涡流损失
对于此投饵机，第一要满足投饵机的
射程要求，应使投饵机射程达到最大，由上式得知，要想射程达到最大，则是需求
的最大值。
由公式：
由公式得知：
当
最大值为：
从
可以得知，最大值与速度的平方成正比
由于
，所以：
当突然放大结构前后管道管道直径满足
，投饵机的射程距离最大。
于突然扩大放大装置上方开设圆孔，饵料通过下料管进入总管。
参考文献[4]，突然扩大结构的装置喷头扩角选择为16°
，即ａ=8°
扩张效果就好，这时喷口和与附壁点之问的距离
.由于下料过程中，饵料在下料管可能出现卡堵现象。
因此吸饵管应该管径大一点，但是不能太粗，否则有可能水从吸饵管中喷出，吸饵效果欠佳。
所以，设计过程中，应该使负压区尽可能加长，这可以保证水流不稳定的时候保证正常吸饵。
所以，设计时将突然放大机构从28mm增长到50mm，然后以一定角度收缩到出口到喷头出口28mm。
设计时取收缩β=3°
，使水流的附壁点从A延长到B点，使装置稳定性提高。
所以，管子内径控制在20-30mm之间，根据聚乙烯管的国家标准，选取管径为27.4mm。
因此喉投部分长度为
。
图为：
图3-12吸引管设计图
3.5突然放大机构B
为了引射器达到最大的效率，需要在引射器前方安置一个锥形喷头，作用是加大喷口的水流速度读和整流的作用。
由文献得知，逐渐缩小装置的收缩角为γ=20°
，这时候的加速效果达到最大，这时候局部阻力系数为ξ=0.04。
锥形喷头的收缩部分长度为：
图3-13锥形喷头设计图
、
--分别为0-0截面的直径、水流速度、压强；
---分别为1-1截面的直径、水流速度、压强；
由连续性方程可知：
可得
因为v1=19.72m/s,有2.31m/s
3.6饵料箱设计
在对饵料箱进行设计的时，参考文献[4]，养殖的鱼类为金鲳鱼，饵料选择金鲳鱼养殖用膨化饲料，此次养殖的深水网箱为圆形网箱。
规格为：
周长40m，网箱直径12.7m，网衣高8m，所以网箱的容积为：
网箱的养殖密度为30尾/m3。
每日投料3次，饵料系数取1.3，投饵机每次向一个网箱投饵，总共而4个，4个为一组。
饲料率选取4%。
养殖金鲳鱼体重选取500g/尾计算。
所选取金鲳鱼膨化饲料密度为540kg/m3。
所以每次投饵的容积为：
计算到饵料箱体内各机构的体积，所以，去饵料箱体体积约为1.6立方米。
所设计的储料箱如图:
图3-12储料箱设计图
图3-14饵料箱设计图
一个饵料箱体的量刚好投完一组网箱（一组网箱为4个网箱），袋装饲料置于饵料船上，然后继续加料，完成下一组网箱的投饵。
3.7饵料箱架子的设计
此次焊接的架子所用的钢管为外径88.9mm，厚度为6.45mm，所用的钢材为高强钢
图3-16饵料箱架子设计图
力学性能：
表3-15高强度钢力学性能
3.8投饵机的自动控制系统设计
深海网箱投饵机与有岸电使用的池塘投饵机的控制的有很大的不同。
第一：
池塘用的投饵机因为置于岸上，所以能源方面可以使用岸电，而深海网箱投饵机距离岸边比较远，所以使用岸电极其不方便。
第二：
深海网箱投饵机处于海上。
，所处的环境复杂，受环境影响比较大，比如海风，海流，海浪。
所以给网箱投饵机的自动控制系统带来困难。
考略到这种情况。
深海网箱投饵机的控制应该简单、安全、可靠。
所设计的深海网箱投饵机应该具有以下功能：
具有定时功能，开始投料的时候，经过一定的时间就自动停止投饵。
且在不同的养殖期，投饵时间可以修改。
此系统基于PLC,因为PLC具有可编程，可以设置时间间隔，机器运行时间，且定时的精度高。
控制器有机械式、电子式、基于PLC为核心的控制器等。
操作人员可以利用控制器对投饵的时间，投饵的间隔进行设置，用来适应不通过种类的鱼类的摄食量多少，来减少饲料的损失。
此控制系统可以实现深海网箱投饵机的设定时间、设定投饵料并且准备投饵从而大幅度减少饲料的浪费。
所以养殖海鱼的成本大幅度降低。
另外一方面，可以减少人力成本，大幅度提高劳动效率。
图3-17自动控制系统设计设计图
3.9投饵机水泵的选择及水动力学计算
此次选择的水泵由所投料所需的水的流量决定。
参考文献[7]上面计算所知机投饵抛洒的距至少需要6.4米。
所以出口处的水流流速
，选择输送内径为32mm，外径为40mm的产品编号4041032040,PolyformPVC透明管。
由流量计算：
水泵所需最小流量为
D3:
硬质钢丝透明胶管直径
此次选择的水泵型号为：
RSV65-200A型船用离心泵。
此水泵的数据为：
：
额定流量为27
/h、额定扬程为14.5m。
水泵进水管道和出水管道的内径为65mm、额定功率为2.2kw、转速1450r/min。
已由水泵本身确定，水泵出水口到饵料输送管道的出口总长度确定为6m。
3.10不同截面处的流速
所选用的船用水泵，出水管道内径为65mm的主管道内的水的流速为
同理可得：
引射器的出口处流速：
喉头出水口处水的流速
饵料输送器出水口的流速
半圆通道出水口的流速
μ：
为喷头流量系数，取0.75（半圆通道内μ取0.25）
Q:
为选定船用水泵的流量，取27
/h
3.11确定饵料抛洒距离
由
得
，可以计算出喷出水流的流速
水流把饵料喷射而出，饵料在空气中做抛物线运动，完成整个投饵的过程。
由运动学得知，把饵料看成一个质点，此质点在水平方向上做匀速直线运动，在在竖直方向上是自由落体运动，如图所示
ν2——喷口饵料的速度
t——
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