机械毕业设计1397土壤重金属激光快速检测仪器设计.docx

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机械毕业设计1397土壤重金属激光快速检测仪器设计

本科毕业论文（设计）

题目：

土壤重金属激光快速检测仪器设计

学院：

工学院

姓名：

学号：

专业：

机械设计制造及其自动化

年级：

指导教师：

二0一四年五月

摘要

随着现代社会的发展，土壤重金属污染越来越严重，给生态环境和人健康造成很大危害，因此，对土壤重金属污染物进行快速定量检测意义重大。

本设计主要是应江西农业大学工学院生物光电实验室的土壤重金属激光快速检测仪而设计的，主要是为土壤重金属激光快速检测仪系统提供机械装置，使其适应实验室试验又能便捷的完成简单户外试验，本装置主要包括运动部分工作部分，运动部分主动要是框架底部的万向轮是整个装置能够便捷的便捷移动和框架每层层板的高度调节，工作部分主要是实验室升降台，光学平台以及光学镜片保持架的高度角度的调节，从而达到对被测物的快速检测。

关键词：

万向轮；型材；光学平台，实验室升降台；光学镜片保持架

Abstract

Withthedevelopmentofmodernsociety,thesoilheavymetalpollutionismoreandmoreserious,theecologicalenvironmentandhumanhealthcausedgreatharm,therefore,fortherapidquantitativedetectionofgreatsignificancetosoilheavymetalpollutants.ThisdesignismainlydesignedforheavymetalsinthesoilshouldbelaserengineeringcollegeinJiangxiAgriculturalUniversityBiologicalphotoelectriclaboratorydetection,mainlyprovidemachineryforsoilheavymetallaserrapiddetectionsystem,whichcanadapttothelaboratorytestandconvenienttodosimpleoutdoortest,thedevicemainlyconsistsofmovingpartwork,partoftheactiveifmovementuniversalwheelatthebottomoftheframeisthewholedevicetobehighlymobileandconvenientframeworkconvenienteachlayerofregulation,workisamajorpartofthelaboratoryplatform,opticalplatformaswellastheopticallenstomaintainheightadjustmentangleframe,soastoachievetherapiddetectionofanalyzes.

Keywords:

universalwheel;profile;opticalplatform,laboratoryplatform;opticallensholder

目录

摘要I

AbstractII

绪论1

1.设计方案的确定3

1.1总体要求3

1.2设计方案的评价3

1.3方案的确定4

2.装置的设计5

2.1车架的设计5

2.2运动部分的设计8

2.3升降台的设计9

2.4光学平台的选择10

2.5光学镜片保持架的选择10

3.总结12

参考文献13

致谢14

绪论

目前常用的土壤重金属检测分析方法是火焰式原子吸收光谱法（FLAA）、石墨炉原子吸收光谱法（GFAA）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等[2-5]，这些检测方法虽然有较高的检测灵敏度，但其样品预处理相当繁琐、分析周期长，不能实现原位检测，使其难以大量推广应用。

因此，发展一种能快速、原位、多元素实时检测土壤污染物的检测技术对环境治理有着相当重要的意义。

激光诱导击穿光谱技术正在处于推广阶段，其应用领域也在不断扩大，江西农业大学工学院生物光电实验室承担了省重点科研项目，主要研究激光检测技术环境监测中的应用。

激光诱导击穿光谱技术是近些年随着激光技术和光谱仪器的发展而兴起的对元素定性和定量分析的一种光谱技术，具有快速、原位、操作便捷和多元素同时分析等特点，在国内外LIBS技术的研究已形成了一个完整的体系。

激光诱导无损检测是激光单色性特征，投到被测物体上，并收集反射回的光线，进行光谱分析，从而确定被测物体某种物质的含量成分，目前生物光电实验室要将研究该技术在农产品，土壤检测上的应用。

比如农产品中的农药是否超标，土壤中重金属的含量是否超标等等。

而我所设计的激光检测装置是系统的机械部分，装置主要包括运动部分和工作部分。

装置要求灵活移动，高度可调，包括光学平台上的各个光学仪器可以灵活的定位，样品在工作台进行可控的升降，从而对样品进行检测。

图1整体装配图

图中左边部分是设备仪器安放装置，可以根据仪器设备的大小调节每层层板的高度，底部安装四个万向轮，方便试验进行的随地点性，右边是一个光学平台，平台上有调节样品高度的升降台和光学镜片保持架，从而达到实验的要求功能。

1设计方案的确定

1.1总体要求

激光检测装置，主要是包括整个车体部分，车体的运动及升降台部分，为达到实验的方便可靠进行，先拟定几个方案供选择：

车体部分，1、整个小车框架采用角钢的焊接形成，根据设备仪器的大小固定每层的空间，2、同样是采用角钢，角钢上面按照一定的距离等距离打孔，通过螺栓与角钢的固定形成可调每层空间大小的主题，车体还可以随时拆装。

3、用市场上的合金型材以及配套的螺栓角码对车体进行组装。

车体的运动：

1、采用小型直流电动机驱动，电动机经一级涡轮杆转动减速，将转动传替给链轮，经挠性链轮传动驱动车轮，从而实现运动。

2、采用小型柴油机电组驱动，传动与上述方案类似。

3、人力推动，在车体底部安装万向轮。

实验室升降台：

1、采用螺旋连杆机构，连杆下端保持水平而做平面运动，另一端其上下运动分量推动工作台面的升降。

2、采用齿轮齿条机构，齿条固定在机架，使工作台面与齿轮相连，经齿轮转动而获得线性位移带动工作台面的上下运动。

3、采用液压、气压等其他机构。

1.2设计方案的评价

针对以上几种方案的，现予简单点评，已经确定较为合理，或当前设计条件下较为合适较为可行的方案。

车体部分的方案：

选用市场上的合金型材以及配套的螺栓角码进行组装。

型材它重量轻，承重范围在要求之内，而且它具有配套的角码和螺栓，拆装方便，而且每层空间可以不受约束的调节，采购方便，减少一定的费用以及用角钢带来的加工人力物力。

车体运动方案：

车体运动方案较为合理是直流电动机驱动，配备一个200W左右的直流电动机即可实现较为稳定的运动。

再加以配置24V蓄电池组，就可获得较持久的航行。

配以小型内燃机发电机组驱动，不仅可以实现持久续航，又能为各实验仪器提供电源，但造价较为巨大。

最为原始的是人力推动或推动，但其运动最为平稳，最容易控制能最大限度地保护实验仪器。

柴油机电组运动方案系统复杂，设计难度大，周期长，个人无法在有限工程期限内完成。

蓄电池方案虽然可持久续航，但并没有办法为激光器，光谱仪，冷却器，计算机提供交流电，故而流方案优势并不明显，本实验目前主要从事室内实验活动，对野外作业要求不高，故不可以提供自身动力源，而是车体底部安装万向轮，采用人力推动。

试验升降台的方案：

选用螺旋连杆机构，螺栓升降机构，可以实现很好平稳升降，具有自锁性，能使工作台平稳的停留在某一高度，其他方案要么太复杂要么质量太重价格高即不给予采纳。

1.3方案的确定

型材+万向轮+螺旋连杆机构升降台。

2装置的设计

2.1车架的设计

车架采用型材SY-6-3030通过角码螺栓的连接而成。

图2整体车架

图3型材以及连接示意图

初步代计算载荷，并考虑安全域度，进行选择方钢型材定载荷为800N车，现根据抗弯强度理论进行设计，车架规格为600*400*600mm。

右边凸台工作部分规格为400*400。

图4受力状态图表

计算车体部分最大载荷时的型材变形量：

=mm

（一）

可以视为没有影响。

由图4也可以得出型材主体部分的强度符合实验进行的要求。

计算右边凸台静载荷时的最大变形量，根据实验情况，右边的最大载荷为200N，校核如下：

最大变形量：

（二）

可以视为没有影响。

计算连接螺栓的强度：

有车体结构可以看出最下面一层螺栓受到的拉应力最大但是由八个连接螺栓等分，查钢号手册得出螺栓的屈服极限是345Mp，所以最大拉应力

（三）

所有的型材都是通过角码螺栓以及M8的螺母连接而成，如图所示：

图5角码

图6连接螺栓

2.2运动部分的设计

激光检测装置主要是在实验室工作，随着生物光电实验室科研工作的突破奖来要适应室外的要求,而且要求其工作时稳定不动，所以选择带刹车的橡胶轮万向轮。

车体部分安装了4个万向轮，根据实验仪器的重量，并且考虑留出一定的安全域，核定载200Kg，每只轮子承载50Kg。

万向工业脚轮安装在车体底部，采用万向脚轮可以实现灵活转向，适应运动的要求，万向脚轮已经标准化生产的工业产品，根据设计的要求及承载尺寸参数，选定型号，从专业的生产厂家订购。

每只轮子承载W=500N，高度要求H=100mm，选定万向脚轮主要参数为：

轮子高度H=100mm，载荷为500N，螺栓安装。

据此参阅相关行业标准选定使用型号。

图7万向轮

2.3升降台的设计

根据激光检测实验要求，样品在光学平台上要上下移动，所以根据实验要求设计一个实验室升降平台，

图8升降台

1-顶板；2-螺钉；3-螺母；4-连接角铁；5-支板；6-双向螺杆；7连接角铁；

8-底板；9-连杆10-传动杆

杆架的连接：

连杆螺旋机构包括8片连杆，2个滑杆，2个传动杆，1个双螺旋螺杆，连杆之间主要是螺钉螺母连接，连杆与滑杆也是螺母连接，传动杆与螺杆之间是螺纹副联接，上下滑杆安装在上下支座的壁槽中可自由滑动，通过螺杆的旋钮转动，带动升降台内部的支板拉伸和收缩，从而起到上下升降的作用。

连杆长度设计：

根据要求实现120mm的往复运动行程，进行连杆长度和设计，设连杆转动中起始度，终始角度，其升降行程为：

mm（四）

计算得L＝115.38，现将L圆整到120，设计连杆的有效长度为120mm，（有效长度是指两端铰按中心的距离）。

设计螺杆长度：

螺杆是异攻双头螺纹，为了留有余地。

左端为M460左旋螺纹右端为M460右旋螺纹，中间10mm不攻纹长度，30mm长度安装旋转手轮，螺杆的长度为L单位（mm）

L=60+60+10+30=160mm

2.4光学平台的选择

激光检测装置中，车体右边凸台部分为实验主要操作部分，需要对各个光学设备或者仪器进行固定，所以需要光学平台，考虑到凸台的载荷量以及凸台平面的大小，最后选择一个材质为铝合金的光学平板，10mm厚，标准的M6螺纹孔，孔间距为20mm阵列，如图所示：

图9光学平板