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清洗机档

目录

摘要1

1结构特点和工作原理2

1.1结构特点2

1.2工作原理3

2清洗装置的设计计算3

2.1设计要求3

2.2高压水泵3

2.3喷嘴3

2.3.1喷嘴的射流速度计算3

2.3.2喷嘴直径的确定4

2.3.3基圆直径D的确定4

2.3.4叶片形状及尺寸4

2.3.5喷咀的安装角度的计算5

3日光温室结构断面尺寸参数5

3.1几何尺寸的定义5

3.2跨度6

4样机的构造及运转7

4.1轮子的设计7

4.2轴承和轴的设计选择7

4.3U形管的设计8

4.4清洗工作过程10

4.4.1高压喷嘴孔形的选择10

4.4.2水管喷嘴的使用寿命11

5影响清洗效果的几个关键因素11

5.1喷嘴直径与喷射压力11

5.2送水管的压力损失12

5.3刷子的尺寸与形状12

6结束语12

7总结12

谢辞：

14

参考文献15

日光温室透明屋面清洗设备设计

蔡磊指导老师：

吕全贵

摘要：

日光温室是能源生态模式的基本框架和主体结构，粘附在塑料薄膜的灰尘影响光的入射及大棚内的气温和地温，利用冲击式水轮机工作原理，以少水量、高落差的水流推动转轮，转轮带动刷子清洗薄膜。

为此，根据理论分析，本文首先对进行小型温室塑料大棚清洗机设计的可行性进行了阐述，接着对这种清洗机的传动原理，主要参数，关键部件的设计选择进行了详细的描述，最后叙述了其他的部件及参数的选择，从而完成了整个小型温室塑料大棚清洗机机的设计。

关键词：

农业工程；塑料大棚清洗机；设计；实验装置

CleaningEquipmentDesignSunlightGreenhouseTransparentRoof

CaiLeiTutor:

LvQuangui

Abstract:

Sunlightgreenhouseenergyisthebasicframeworkofecologicalmodeandthemainstructure,adhesioninplasticfilmofdustinfluencelightoftheincidentandthetemperatureandthetemperaturewithinthecanopy,usingimpulseturbineworkingprinciple,withlittlewater,highdividetheflowofwatertopromotewheelanddrivingwheelbrushcleaningfilm.Therefore,accordingtothetheoreticalanalysis,thispaperfirsttosmallgreenhouseplasticscanopycleanerfeasibilityofthedesignwereintroduced,andthenthecleanertodriveprinciple,mainparameters,thedesignofthekeypartstochoosethedetaileddescription,finallydescribestheotherpartsandtheselectionofparameters,andhascompletedthesmallplasticcanopycleaningofconveyingrategreenhousedesign.

Keywords:

Agriculturalengineering;Plasticscanopycleaningmachine;Design;Theexperimentdevice；test-bed

温室是采光建筑，透光率是评价温室透光性能的一项重要指标。

GB4455-2006规定，透光性棚膜透光率不低于85％。

据有关资料报道，新的塑料薄膜使用2d后，灰尘污染可使透光率降低14.5%，10d后降低25%，半月后降低28%。

一般情况下，温室因灰尘污染可使透光率降低10%～20%。

灰尘严重污染时，温室内光照度明显下降，影响植物的光合作用及其生长发育，导致作物减产，经济效益下降。

目前，我国的温室及塑料大棚的覆盖材料越来越多地采用塑料薄膜，这种材料比较经济，可以降低温室的建设成本。

但是，它也有不理想之处，如灰尘附在塑料薄膜上，不仅影响光的人射，而且影响气温和地温，从而使作物的生长受到较大的抑制。

为了提高大棚内光的照度，曾使用过撒水后用条帚或拖布清洗大棚的方法，但其清洗效果不太好，而且还容易损坏已硬化的塑料薄膜。

为了能较好地清洗塑料大棚，笔者对塑料大棚清洗装置进行了研究。

因此有必要研制一种耐用、轻便灵活、适应于塑料薄膜清洗的机器。

1结构特点和工作原理

1.1结构特点

塑料大棚清洗机主要由叶片、毛刷、喷嘴、软管、支架、绳索等组成。

图1清洗机

1.2工作原理

根据水轮机的工作原理,由高压泵产生的高压水流冲击水轮上的叶片，使装有毛刷的水轮高速旋转，毛刷轻轻接触薄膜，水和毛刷一起冲刷薄膜，从而达到清洗灰尘的目的,以提高清洗的效率。

根据推算,带动水轮机转动的动力可以采用农户常用的动力喷雾器。

但是考虑到水压在管路中有损失,采用扬程H＜100的自吸式离心泵作为动力更好。

本装置结构简单、轻便、体积小、易于运动和操作，并且成本低、功能强、效率高、工作中能移动自如、安全可靠，可有效地节省人力，节约水资源，大幅度提高工作效率。

2清洗装置的设计计算

2.1设计要求

从使用角度考虑，因为大棚形式多种多样，所以不宜制作成大型的清洗设备,而应力求简单，便于操作，而且由于要上房清洗，所以应力求轻便。

结构上，根据预备试验，清洗装置可采用高速旋转的刷子形式为宜，刷子可用水轮带动，这样推动水轮工作的水可用来清洗塑料薄膜，根据推算，带动水轮的动力可采用农户采用的动力喷雾器,因其动力喷雾器平均流量19L/min，压力15kg/m2，其理论出水功率为376W，假定样机的效率为50%，其有效功率约为188W，这比刷子直径150mm的小型电动床磨机的功率（110W）要大。

2.2高压水泵

高压水泵选用三缸活塞泵。

该泵带有调压阀和橡胶水管，常用压力为1500k～2500kPa,最高压力可达3000kPa，压力调整方便，动力由电动机带动。

2.3喷嘴

喷嘴有几种规格，口径分别为1.8mm、2.0mm、2.2mm等。

喷嘴和喷管采用螺纹连接，喷管、水轮和机械装置安装在一个小实验台上，喷管采用自制小夹具固定，以便于取下喷管测量流量（采用容积—秒表法）和调整喷管与水轮的夹角。

2.3.1喷嘴的射流速度计算

设喷嘴的喷射速度为V,清洗机的有效落差为H,从制造角度上来说,速度系数越大则制造难度就越大,为了使喷嘴制造容易些,选择ψ，有

式中取速度系数ψ＝0.90～0.98，从制造角度上来说,速度系数越大则制造难度就越大,为了使喷嘴制造容易些,选择ψ＝0.90。

可见喷射速度是很大的,可以冲击水轮叶片带动水轮机转动。

2.3.2喷嘴直径的确定

喷嘴的直径对喷射性能有关键的作用。

设喷嘴直径为d。

，喷嘴数为Z，流量为Q

由于本清洗机要求的动力不是很大,为了节约制造成本,采用二个喷嘴,即取Z=2，如值取ψ=0.9时,因喷雾器的喷射压力10kg/m2,则得V=39.8m/s。

当所用喷雾器的喷水量等于10L/min时,得d。

=4mm。

因为实际喷咀的φ值各不相同，所以上述理论计算得到的喷咀直径，有待进一步修正。

从制造喷咀的容易度考虑,φ值可取小一些,但清洗机在实际使用中还有管路损失等,因此打算制造直径4mm以下的几种喷咀，特性实验中确定较适合的喷咀直径。

2.3.3基圆直径D的确定

在设计上,基圆直径一般取喷咀直径的12~15倍。

因此,若d。

=2mm时,

则D=24~30mm。

由此可见,这个水轮机直径非常小。

做这样小的水轮机,假设发挥其最高效率时的周速度为1/2V1,那么计算其转数得27.000~11.600r/min。

显然其转数太高。

另外,如按其基圆直径设计,及刷子的安装有困难,所以着重考虑使用方法的要求决定将刷子安装在轮子的两侧上，使圆盘直径同刷子直径大小一样，此基圆直径取40mm。

2.3.4叶片形状及尺寸

从制造角度考虑叶片形状越简单越好。

若叶片的断面形状做成圆弧状,根据珀尔顿水车的计算方法,其工作幅宽b取20d。

，即40mm；送风部分包括在内,其长度c应等于100d。

故取200mm；弯曲深度a等于5d。

故取16mm。

为提高叶片的工作效率,两边的叶片数目取6个。

其次，决定叶片在圆盘上的相对安装角度。

在喷咀的全部射流开始完全作用在叶片的位置上，射流和叶片相互垂直。

2.3.5喷咀的安装角度的计算

喷咀的安装角度应使喷咀中心线与安装的水管所成的角度尽量减小，以便减少水阻力损失，考虑到喷咀的长度和操作上的方便，喷咀安装与水平角度成30°。

图2喷头

3.日光温室结构断面尺寸参数

3.1几何尺寸的定义

日光温室的几何尺寸

图3温室尺寸

跨度L为后墙内侧至前屋面骨架基础内侧的距离；后墙高h为基准地面至后坡与后墙内侧交点；温室高度H为基准地面至屋脊骨架上侧的距离；后坡仰角α为后墙内侧斜面与水平面夹角；温室长度M为两山墙内侧距离；温室面积为温室跨度与长度的乘积。

3.2跨度

日光温室的跨度视种植的作物和栽培方式而定。

种植蔬菜、果树及多层立体栽培等宜选较大跨度。

由对比实验得知，在一定的范围内，温室跨度对日光温室温光性能影响较小，从而为跨度的设计提供了方便。

如果从结构上考虑，要避免脊高过大。

北纬41°以北地区不宜超过7m，北纬36°～40°地区不宜超过7.5m，北纬35°以南地区不宜超过8m。

由于脊高的限制，纬度愈高，跨度应愈小，本研究取跨度L=7m。

4样机的构造及运转

4.1轮子的设计

由于塑料薄膜清洗机需要在大棚上面行走，设计过程中要考虑轮子的重量，经过在一些农业机械设备市场的观察，结合地面清洁机的轮子设计，本文的大轮子直径为160mm,宽为20mm如图所示，

图4大轮子

塑料薄膜上面是弧形的，利用重力向下滚动，通过支架连接一根绳索，有利于工作完成后，将清洗机拉回来。

。

工业脚轮的单轮的单轮种类繁多，在大小、型号、轮胎面等各不相同。

选择合适的轮子取于以下几个条件：

承载量，使用场地环境，抗冲击、碰撞和行驶宁静的要求，单轮是决定承载量和行驶灵活轻便的最重要的因素。

4.2轴承和轴的设计选择

本课题研究设计的清洗机工作环境是在塑料薄膜上，因此不需要高强度的轴，一般整个车身的宽度是550-600mm.轴的两端放着深沟球轴承，齿轮轴受弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。

但鉴于主轴的重要性，主轴材料选用合金钢40Cr，40Cr油淬临界直径为30mm～40mm，与普通钢材具有更好的力学性能和热处理性能，价格也普通钢材相差无几，广泛应用于制造一般尺寸的重要零件。

45钢需经淬火加高温回火热处理。

45钢淬透性较高，一般都用油淬，回火温度一般在500℃～650℃，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韧性的提高。

热处理后的组织是回火索氏体。

主轴连接部分的表面需要有较好的耐磨性，可在调质后进行感应加热表面淬火或进行专门的化学热处理，如氮化等。

图5轴2

在轴上转孔时要注意：

起钻使进给量要小，待钻头头部全部进入工件后，才能正常钻削，钻钢件时，应加冷切液，防止因钻头发热而退火，钻小孔或钻较深孔时，由于铁屑不易排出，必须经常退出排屑，否则会因铁屑堵塞而使钻头“咬死”或折断，钻小孔时，车头转速应选择快些，钻头的直径越大，钻速应相应更慢，为了固定两端的支架，通过开口销固定。

轴承采用的时候，运转中轴承载荷过小会使球与滚道之间产生滑动成为擦伤的起因。

特别是球和保持架重量大的大型深沟球轴承有这种倾向。

预计在使用中会有载荷过小的情况，由于轮子的工作环境在薄膜上，载荷强度不高，因此选择轴承时，选择深沟球轴承6205型号。

4.3U形管的设计

U形管连接高压泵压过来的水，进入两个喷头，喷头与U形管通过焊接的方式形成，由于承受压力，需要的材料为Q235，

图6U型管

用两个夹板固定。

查机械设计手册，应选用HT350，喷嘴的直径为2mm。

图6-1夹板

4.4清洗工作过程

人们给液滴赋予了比自由落体运动大得多的打击能量，使持之以恒才能观察到的滴水穿石现象在瞬间便可完成。

一束从小口孔径中射出的高速水射流作用在材料上，可以其所具有的足够能量进行材料清洗、剥层、切割；液体的这种性能开拓“用水作业”的新方式，将水射流的动能变成去除材料的机械能。

水射流从喷嘴流出形成的不同形状的高速水射束，射流的流速取决于喷嘴出口截面前后的压力降。

水射流是能量转变与应用的一种形式。

通常，动力驱动泵将一定量的水送到管路，使其以一定能量到达喷嘴。

而喷嘴的孔径要求比管路直径小得多，因此到达喷嘴的水要想流出喷嘴孔。

4.4.1高压喷嘴孔形的选择

管道和工业清洗用喷嘴孔形多为锥柱状,如图2所示。

图2左端为喷嘴示意图,内孔由圆锥形过渡到圆柱形。

锥柱过渡线及柱形端面棱线皆不得倒角。

圆锥面最佳锥度范围为12°～14°,圆柱孔长度与直径最佳比值范围为2.5～3.0,嘴孔内表面要求加工光洁、其粗糙度限制为0.8～0.4。

满足上述参数要求,从喷嘴中发出的高压水射流就能保·5·第25卷陈玉凡·高压水射流清洗机的选配分析证高致密度和高凝聚度,最后获得更长的有效靶距和更宽的射流面积,即更高的清洗效率。

图6-2　喷嘴孔形及射流结构

4.4.2水管喷嘴的使用寿命

水管喷嘴是能量直接转换元件，因此也是清洗机的易损件。

每个清洗机的使用部门都希望喷嘴有比较高的使用寿命。

以降低清洗成本和减少频繁更换喷嘴的麻烦。

喷嘴寿命的提高主要取决于材质选择、加工质量和硬度处理几个环节。

1）材质选择。

材质选择与水泵压力直接相关。

如10MPa以下压力的低压清洗机。

可以选用青铜或黄铜作材料；而15～100MPa中压和清洗机则宜用合金不锈钢、碳钢作材料；100MPa以上超高压清洗机常用硬质合金、人造宝石和金刚石作喷嘴材料,或在不锈钢中镶嵌这些材料。

2）提高硬度。

选用不锈钢等钢材制作喷嘴时。

应当选用中炭以上钢材,以便通过调质和淬火提高其表面硬度和耐磨性,进而提高使用寿命。

3）提高精度。

喷嘴加工,特别是作为流道的内孔应当精加工，如铰孔、研孔,或者用电火花、激光和超声波精加工。

粗糙度限制在0.4～0.2之间。

图6-3

5影响清洗效果的几个关键因素

5.1喷嘴直径与喷射压力

设计时采用的喷嘴直径为2mm,实际使用的喷嘴可以选择不同的直径,如1.6mm,1.8mm,2.0m,2.2mm,3mm等喷嘴直径。

不同直径的喷嘴效率基本上没有多大的差异。

喷射压力是清洗塑料薄膜的关键。

样机在试验情况下,主要确定耗水量最小情况下的最佳工作压力,一般情况下喷嘴正常工作所需的工作压力为1.2MPa。

相同的工作状态,直径小的喷嘴比直径大的喷嘴要节约水量。

5.2送水管的压力损失

在实际使用中,水泵位置与清洗机位置有较远的距离,送水管管路的压力损失将影响清洗机喷嘴的喷射压力。

如果使用内径为8.5mm的高压胶管，胶管长度不超过150m，仍然可以满足喷嘴正常工作所需要的压力。

5.3刷子的尺寸与形状

刷子圆盘的直径分别做成200mm,210mm,220mm,230mm,刷子圆盘直径大小对工作效率影响不大,但圆盘直径小的操作性能相对好一些。

叶片上安装的刷子数量分别为6,刷子可用塑料纤维、泡沫等材料制作。

6结束语

塑料大棚清洗机结构简单,选材要求和加工成本低,较好的解决了温室大棚中塑料薄膜的清洗问题。

据有关资料报道,使用7月左右的薄膜,其太阳光的透射率下降65%，强度明显下降,影响植物的光合作用及其生长发育,导致经济效益下降。

如果不清洗就必须每年更换一次塑料薄膜。

如果采用清洗机来清洗塑料薄膜,可延长塑料薄膜的使用时间,提高经济效益。

由此可见,塑料大棚清洗机有较好的应用与发展前景。

7总结

通过这次的毕业设计，系统的巩固了所学的专业知识，同时也开阔了视野。

在设计的整个过程中，通过搜集各类有关塑料大棚薄膜清洗机的资料。

目前我国的农业设施很广，有着大量的塑料大棚薄膜，为了提高大棚内光的照度,许多劳动者曾使用过撒水后用条帚或拖布清洗大棚的方法,但其清洗效果不太好,而且还容易损坏已硬化的塑料薄膜。

为了能较好地清洗塑料大棚,我们应该加大力度研究机械化设备，提高我国的农业机械化水平，减少劳动力和节约成本，延长塑料薄膜的使用寿命，在市场调研中，发现塑料清洗机很少，这都有待解决。

我国大部分塑料薄膜清洗还处在传统收获方式下，和国外有一定的差距。

为使我国塑料大棚清洗，能够逐步适应现代化农业的要求，加强对塑料大棚清洗机的机械的自主研究非常重要，同时清洗机械设备要经济实用，适合我国国情。

在这次毕业设计过程中,我在绘图方面的技能得到了充分的锻炼,使我对绘图软件如UG、AutoCAD等有了更深的熟悉和了解。

设计过程中通过绘图，查阅资料，使我所学的专业知识比以前更加扎实牢固，并且知识面更加广阔。

在整个设计过程中锻炼了我在遇到问题时分析问题、解决问题的能力，同时锻炼了我应用和查阅各种机械类设计资料进行独立设计的能力。

所以这次毕业设计的锻炼，也为今后工作奠定了良好的基础。

谢辞

经过紧张而忙碌的奋战，终于顺利圆满完成了本次毕业设计。

在这次毕业设计的过程中，始终得到了我的导师吕全贵

老师的细心的关怀和指导，在设计过程中出现的问题时，吕老师总能给我最圆满的答复，他提的一些建议在设计过程给了我很大的启发，使我受益匪浅，老师也很热情，耐心，当我有一些基本的知识没有掌握时，老师也会不厌其烦的给我讲解，曾伟民老师诲人不倦的育人精神、严于律己、诚恳待人的学者风范、渊博的学识以及严谨踏实的治学态度深深地影响了我在此期间的工作和学习，将令我终身难忘，。

并将继续影响我今后的工作和研究。

在设计说明书完成之际，我在这里向他致以最崇高的敬意和衷心的感谢，并祝愿他在未来的工作过程中一切顺利，心想事成。

同时，我要感谢和我同一组的组员，从设计的开始到今天设计的全面结束，是他们和我一起查资料、想方法、定方案，同心同力，才使得我能顺利的完成本次设计。

在毕业设计的过程中还得到学院领导的大力支持，专门为我们腾出了毕业设计室，还抽出了大量的人力，物力以及时间给予保障。

在此表示衷心的感谢，并祝愿学院的明天更加美好。

感谢我的家人、恩师、朋友和所有关心我的人，祝他们工作顺利，一生平安。

感谢所有在百忙之中参与毕业生论文评审、答辩的各位专家和老师。

在这里祝您们身体健康，家庭和睦，事事顺心如意！

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