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鱼塘定时自动投料机设计及运动仿真设计[机械毕业论文 答辩通过]d

归档日期:07-12       文本归类:供氧设备      文章编辑:爱尚语录

  鱼塘定时自动投料机设计及运动仿真设计[机械毕业论文 答辩通过].doc

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  摘 要 我国是世界上第一水产养殖大国,随着各地养殖规模的不断扩大,采用机械代替人工投饲已被普遍认可。水产养殖专业户在喂养鱼饲料时,大多数采用人工抛料的方法。投喂机械化程度低, 随着人工成本增高,成为制约我国水产养殖业发展的环节之一。 基于以上原因,本文设计了鱼塘养殖自动投饲料机。本文首先分析了鱼塘投饲机的国内外现状及发展趋势,介绍了现有主流投饲机。接着根据现有投饲机的特点及要求,拟定了两种可行投饲机方案,为满足间歇性投饲要求,选择了曲柄摇杆机构作为送料机构的方案。接着对投饲机进行了详细设计,并绘出装配图及零件图。 最后对投饲机进行零件三维建模及虚拟装配,验证设计的合理性及干涉。最后进行运动仿真,所设计的投饲机结构简单,维修使用方便。 关键词:水产养殖,投饲机,曲柄摇杆,料斗 ABSTRACT China is the worlds first aquaculture country, along with the rest of the breeding scale unceasing expansion, the use of machinery instead of manual feeding has been generally recognized. Specialized households aquaculture fish feed in the feeding, most of the artificial material throwing method. Feeding of low degree of mechanization, as labour costs increased, becomes one of the restricting the development of aquaculture in our country link. Based on the above reasons, this paper designed the aquiculture automatic feeding machine. This paper analyzed the domestic and international situation and development trend of fish feeding machine, introduced the current mainstream of feeding machine. Then according to the characteristics and requirement of the existing feeding machine, designed two kinds of feasible feeding machine, in order to meet the requirements of intermittent feeding, the crank rocker mechanism as the feeding mechanism scheme. Then the detailed design of the feeding machine, and draw the assembly drawing and part drawing. Finally, the 3D modeling of parts and virtual assembly of the feeding machine, verify the rationality of the design and interference. Finally, the motion simulation of feeding machine, the design of simple structure, convenient repair and use. Keywords: aquaculture, feeding machine, crank rocker, hopper 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 第一章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 渔塘投饲机分类 1 1.2.1 渔业用投饲机的分类 1 1.2.1从投饲物性状分 1 1.2.2从应用动力分 1 1.2.3从应用范围分 1 1.3 渔塘投饲机应用 2 1.4 渔塘投饲机组成 2 第二章 总体方案设计 4 2.1 总体方案选择 4 第三章 曲柄摇杆机构设计 6 3.1平面连杆机构的基础理论 6 3.1.1 平面连杆机构的定义 6 3.1.2 平面连杆机构的优缺点 6 3.1.3 平面四杆机构的结构形式 6 3.1.4 平面四杆机构的结构特点及应用 7 3.1.5 平面四杆机构的演化 10 扩大转动副,使转动副变成移动副 10 3.2曲柄摇杆机构的设计 11 3.2.1四连杆机构求解方法 11 3.2.2 曲柄摇杆机构尺寸参数 12 第四章 详细结构设计 14 4.1 减速电机选择 14 4.1.1电动机选择的方法 14 4.2 抛料盘的计算 16 4.2.1 抛料盘的转速n 16 4.2.2抛料盘功率P计算 17 4.2.3 抛料盘盘配套电机的选择 17 4.3机架设计 18 4.3.1机架设计准则 18 4.4 料斗设计 20 第五章 控制器设计 21 5.1输入部分 21 5.2 过零检测电路 22 5.3 输送减速电机控制 22 5.4 投饲电机控制 23 第六章 ProE三维建模与仿线 Pro/E软件简介 24 6.2 零件建模 26 6.2.1曲柄建模 26 6.2.2机架创建 28 6.3 虚拟装配 32 5.3 Pro/E动画仿线.1 课题背景 我国是世界上第一水产养殖大国, 1993 年养殖水面达474. 7 万公顷, 养殖总产达957 万吨。除投喂鲜活饲料和某些鱼类的特种饲料外, 人工投喂颗粒饲料是我国养殖生产中的主要喂养方式。 尽管人工投喂在小面积试验田可以取得很好的效果, 但作为大面积精养措施,受人的体能、情绪以及环境、气候条件的影响很大。投喂机械化程度低, 成为制约我国水产养殖业发展的环节之一。近年来, 人工费用的上涨, 更出现了对投喂机械化的迫切要求。 水产养殖机械化投喂效益好, 可较人工投喂节省饲料10% ~15%, 平均单产可增加10%~15%, 节省劳力且降低了劳动强度。 据估计, 投饲机全国年使用台数约5000台, 使用面积不足3000hm2。预计投饲机将是继增氧机、水力挖塘机、颗粒饲料机之后又一量大面广、有显著增产增收效果的水产养殖机械。 1.2 渔塘投饲机分类 1.2.1 渔业用投饲机的分类 从宏观上, 渔业用投饲机有以下几种分类方法。 1.2.1从投饲物性状分 颗粒饲料投饲机——目前已较成熟。 特种饲料投饲机——如投喂鲜活饲料、非粘滞性液体饲料, 仅见个别样机。 1.2.2从应用动力分 电力——这是最基本的。 太阳能——适于架线不方便的地区, 如网箱养殖、海洋牧场。 柴( 汽) 油机——适用移动投饲, 尤以船用投饲居多。 水力、风力——尚未见报道。 1.2.3从应用范围分 池塘养殖投饲机——每台负担0. 6hm2 水面。 网箱投饲机——每箱( 约5 m×5 m) 一台。 工厂化养殖投饲机——每池( 约8m×3m) 一台。 大水面( 如虾池、水库、海洋牧场) 投饲机——尚处于探索阶段。 网箱和工厂化养殖用投饲机, 由于水面较小, 饲料投距1 m~2 m 即可, 常较池塘投饲机简单。本文以下仅述及池塘养殖用颗粒饲料投饲机。 1.3 渔塘投饲机应用 a 投饵机的选择: (1)要根据养殖方式来选择哪种投饵机; (2)要根据自己的经济条件来选择投饵机的功能,在条件允许的情况下尽可能选择功能全的投饵机; (3)如果选择池塘使用的投饵机,还要根据池塘面积和鱼产量进行取舍,并不是投饵机的电动机转速越高越好、投饵的距离越远越好、面积越大越好。比如:在3-5亩的池塘中,亩产1500千克左右,投饵机的投饵距离最好在5-8米左右,如果投饵机的投饵距离过远、面积过大,就会造成饲料浪费。在投喂过程中,还要及时根据鱼的摄食量来调整投食量,减少饲料的损失; (4)在选用网箱投饵机时要考虑网箱的大小,网箱布置的密度以及网箱载鱼量等因素。 b 投饵机的使用:自动投饵机因省时省力,又能减轻劳动负担,所以备受渔工青睐,但投饵机的使用还需正确的方法,以免得不偿失。 (1)在安装和使用投饵机之前,要仔细阅读投饵机的使用说明书,弄清楚或向经销商了解清楚投饵机的使用电压、接线)无论在使用哪一种投饵机时都与水面较接近,因此一定要经常进行巡查,检查是否漏电和放电, (3)在生产管理过程中,要注意观察天气、水温、水色和鱼吃食的情况变化,并根据这些变化及时调整投饵机的位置。以保证鱼既得到充分的饲料又不造成饲料的浪费; (4)如果遇到投饵机发生故障,应及时与厂家或经销商联系,切勿自行拆卸,以免发生危险或使故障扩大。 1.4 渔塘投饲机组成 为了完成撒布颗粒饲料的功能, 应包含容料、分料、抛撒、控制等几个分功能。 (1) 料箱 供容纳饲料。内壁应平整光滑, 箱壁倾角大于饲料自然休止角。应注意外观美感,争取采用塑料外壳或冲压件。 (2) 分料器 按规定投喂量, 连续或间歇由料箱中拨分饲料。 其中有些存在结构复杂( 如槽轮) 、卡料、能耗大( 如负压) 、下料不够精确( 如开口薄盘) 等缺点。所有结构中, 以电磁铁谐振或偏心电机振动送料为好: 分料精确, 开放结构不碎料, 能耗低(1W~2 W),且可防止料箱中饲料架空。 (3) 抛料器 将饲料定向( 或周向) 均匀地抛撒至投饲区内。其结构有: ——水平旋转叶轮( 专利2, 3, 9, 12, 14, 17 等) ——垂直旋转抛料轮( 专利27, 34) ——带式扬场机 ——鼓风机气流送料( 专利25, 27) ——水泵高压水带料( 专利31) 水平旋转叶耗较低(约20W),抛撒面较大, 破碎率较低( 不像垂直旋转叶轮饲料触及外壳) 。叶片多后倾, 形状可取为直线、渐开线) 控制器 一般由抛撒器控制回路和分料器控制回路构成, 而由定时器控制总通断时间, 或采用时钟线路或单片( 板) 机使之24h自动工作。 第二章 总体方案设计 2.1 总体方案选择 方案一: 方案一如下图2-1所示,投饲机由机架,曲柄、连杆、摇杆、复位弹簧、料斗、抛料器、页轮、抛料电机组成。曲柄旋转,则摇杆上下摆动,实现一开一合,从而使鱼饲间歇性落入抛料器中,由抛料器将饲料甩出。当曲柄停止工作时,遥杆会在复位弹簧的作用下,将料斗口封住。 方案二: 方案一如下图2-2所示,投饲机由机架,螺杆、料斗、抛料器、页轮、抛料电机组成。当螺杆旋转时,则鱼饲被螺杆从料斗中挤出,落入抛料器中,由抛料器将饲料甩出。当螺杆停止工作时,料被堵住。 比较方案一和方案二,方案一的优点是:结构相对较简,生产成本较低,能间歇性控制落料。缺点是不适合做大型抛饲机,对复位弹簧的耐久性要求比较高。 方案二的优点是:送料速度可通过改变驱动螺旋搅龙的微型电动机转速的快慢来实现;因饲料料斗出口和抛料装置的入料口之间有一个横向送料机构,因此饲料料斗口的位置不受抛料装置的入料口位置的局限,可以设计在中心的位置,这样可以获取较大的斗仓容积,节省材料和便于制作。缺点是结构复杂,成本高,电子控制装置复杂,易损坏;在输送过程中旋转的搅龙不断推动饲料,饲料间互相挤压,造成饲料破碎,细碎的饲料在水中容易溶解,造成污染水质,浪费饲料。 综合比较方案一与方案二,根据题目要求,需要间歇性控制鱼饲机抛料,因此,决定采用方案一。 第三章 曲柄摇杆机构设计 3.1平面连杆机构的基础理论 3.1.1 平面连杆机构的定义 平面连杆机构是由若干构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平面机构,又称平面低副机构。平面连杆机构中构件的 运动形式多样,可以实现给定运动规律或运动轨迹;低副以圆柱面或平面相接触,承载能力高,耐磨损,制造简便,易于获得较高的制造精度。因此,平面连杆机构在各种机械、仪器中获得了广泛的应用。 平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副相互联接而组成的在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。使用平面连杆机构能够实现一些较为复杂的平面运动。因此,平面连杆机构是应用最早也是应用很广泛的机构。在各种原动机、工作机和操作装置中,特别是在纺织机、印刷机等各种轻工业机械中,都采用了不同的平面连杆机构。 平面连杆机构的构件形状是多种多样的,但大多为杆状的,最常用的是四根杆,也就是四个构件组成的平面四杆机构,它的各构件互相作平面的相对移动。 3.1.2 平面连杆机构的优缺点 平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中,其主要优点有: (1) 平面连杆机构中的运动副都是低副,组成运动副的两构件之间为面接触,因而承受的压强小,便于润滑,磨损较轻,可以承受较大的载荷; (2) 构件形状简单,加工方便,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,所以构件工作可靠; (3) 在原动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动,满足多种运动规律的要求; (4) 利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。 平面连杆机构的主要缺点有: (1) 根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂,而且精度不高; (2) 连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,所以不适用于高速的场合。 3.1.3 平面四杆机构的结构形式 在平面连杆机构中,广泛应用四杆机构,只有在实现某些特殊要求时才用多杆机构,大多数多杆机构均可由四杆机构演化而成。因此四杆机构是平面连杆机构的基本形式。 最基本的四杆机构是具有四个转动副的铰链四杆机构,如图所示为铰链四杆机构的结构形式。 图3-1 它由四根杆状的构件,分别用铰链联接而成。杆4是固定不动的,称为机架。不与机架直接联接的杆2,称为连杆。杆1和杆3称为连架杆。 如果杆1或杆3能绕铰链A或D作整周的连续旋转,则杆1或杆3被称为曲柄,如果不能做旋转,而只能来回摆动一个角度,则此杆被称为摇杆。 由于四杆机构中的两个连架杆,可以有一个是曲柄,而另一个是摇杆;也可以两个都是曲柄或都是摇杆,因此四杆机构按照连架杆中是否有曲柄存在,会出现以下三种基本形式: (1) 曲柄摇杆机构——在铰链四杆机构中,若两个连架杆中的一个杆为曲柄,另一个为摇杆,则称之为曲柄摇杆机构。 (2) 双曲柄机构——在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为曲柄,则称之为双曲柄机构。当两曲柄的长度相等且平行时,称为平行双曲柄机构。若双曲柄机构的对边杆长都相等,但互不平行,则称为反向双曲柄机构。 (3) 双摇杆机构——在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为摇杆,则称之为双摇杆机构。 3.1.4 平面四杆机构的结构特点及应用 (1)曲柄摇杆机构 图3-2 曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成摇杆的往返摆动同,也可以使摇杆的摆动转换为整周的回转运动。曲柄摇杆机构在工程机械中应用非常广泛,如在牛头刨床、剪刀机、破碎机、搅拌机、雷达设备等方面都得到应用,且可连续地工作。 (2) 不等双曲柄机构 图3-3 当主动曲柄AB转过180°时,从动曲柄转过φ1角度,AB再转180°时,CD转过φ2角。很明显φ1φ2,所以当主动曲柄作等速转动时,从动曲柄作变速运动。利用这一特点,可以做成惯性筛,使筛子作变速往复运动。 (3) 平行双曲柄机构 图3-4 两曲柄的长度相等且平行,四杆组成平行四边形,因此两曲柄转向一致,且转速相等。由于主动曲柄AB转动一周,从动曲柄CD将会出现两次与连杆BC共线位置,这样会造成从动曲柄CD转向不确定现象。可以通过增大惯性进行导向。这种机构在机车上应用较多。 图3-5 (4) 反向双曲柄机构 双边杆相等,但不平行,两曲柄的转向相反,且角速度不相等。这一特点,可以应用到需要作反相运动的机械装置上去。例如,双扇门的启闭装置使用该机构,就可保证两扇门能同时关闭和开启。 (5) 双摇杆机构 图3-6 两摇杆的摆动最大角度发生在: a、连杆与摇杆已拉成一条直线 b、摇杆与连杆已重叠成一条直线 上述极限位置之间的夹角为摇杆摆动的最大角度,如、。一般情况下,这种摆角不等的特点能满足汽车、拖拉机转向机构的需要。 3.1.5 平面四杆机构的演化 一般生产中广泛应用着各种四杆机构,这些机构虽然具有不同的外形和构造,但都具有相同的运动特性,或一定的内在联系,并且都可看作是从铰链四杆机构演化而来的。揭示各种平面四杆机构间的内在联系,可为其分析和设计提供很大的方便。 扩大转动副,使转动副变成移动副 图3-1a所示的曲柄摇杆机构中,杆1为曲柄,杆3为摇杆,现把杆4作成环形槽,槽的中心在D点,而把杆3作成弧形滑块,与环形槽相配合,如图3-7b 所示。由于杆3仅在环形槽的一部分中运动,因此可将环形槽的多余部分除去,如图3-7c所示。图2-7a、b、c所示的机构中,尽管转动副D的形状发生了变化,但其相对运动性质却完全相同。如果再将环形槽的半径增加到无穷大,转动副D的中心移到无穷远处,则环形槽变成了直槽,而转动副变成了移动副(图3-7d),机构演化成偏置曲柄滑块机构。图中e为曲柄中心A至直槽中心线的垂直距离,称为偏距。当e≠0时,称为偏置曲柄滑块机构;当e=0时,称为对心曲柄滑块机构(图3-8a)。因此可以认为,曲柄滑块机构是从曲柄摇杆机构演化来的。 同样将转动副C的半径扩大,使其超过杆2的长度,将杆2改成滑块在环形槽3内绕C点转动(图3-8b),此时各构件的相对运动都没有发生变化。将转动副C的中心移到无穷远处,环形槽变成直槽,得到了移动导杆机构(图3-8c)。若将图3-8a中对心曲柄滑块机构中的转动副B的半径扩大,使之超过杆1的长度,杆1变成了圆盘1,则对心曲柄滑块机构演化成偏心轮机构(图3-8d)。 图3-7曲柄滑块机构的演化 图3-8曲柄滑块机构的演化 如图3-9所示,若曲柄AB为主动件,作连续转动时,则滑块C作往复直线运动。反之,若滑块C为主动件作直线运动,则曲柄AB则作连续的转动。该机构在各种机械中应用很广泛。 图3-9 曲柄滑块机构 3.2曲柄摇杆机构的设计 3.2.1四连杆机构求解方法 当曲柄L1的旋转角度α〈180度时,如图3-10所示。将A点C点联结,作为一条辅助线,利用三角形OAC可求出辅助线,然后利用三角函数关系可求出角度β1,β2,?1,?2,φ 图3-10 曲柄连杆机构求解图一 L02=L12+L42-2L1L4cosα L0=√L12+L42-2L1L4cosα 由△OAC可知: L12=L02+L42-2L0L4cos?1 ?1=cos-1((L02+L42-L12)÷(2L0L4)) 同理 ?2=cos-1((L02+L32-L22)÷(2L0L3)) β1=cos-1((L02+L12-L42)÷(2L0L1)) β2=cos-1((L02+L22-L32)÷(2L0L2)) φ=cos-1((L22+L32-L02)÷(2L2L3)) 由图可知 β=β1 +β2 ?=?1 +?2 当曲柄L1的旋转角度ang1〉180度时,如图2所示。 β=β1 -β2 ?=?1 -?2 图3-11 曲柄连杆机构求解图二 3.2.2 曲柄摇杆机构尺寸参数 通过计算及作图确定曲柄连杆尺寸参数如下: L1=31mm L2=150mm L3=120mm L4=189.5mm 摆角?2=30O 图3-12 曲柄连杆参数 第四章 详细结构设计 4.1 减速电机选择 4.1.1电动机选择的方法 选择电动机时,除了正确的选择功率外,还要根据生产机械的要求及工作环境等,正确的选择电动机的种类、型式、电压和转速。 A 电动机种类的选择: 电动机的种类分为直流和交流电动机两大类。直流电动机又分为他励、并励串励电动机等。交流电动机又分为笼型、绕线转子异步电动机及同步电动机等。电动机种类的选择主要是从生产机械对调性能的要求来考虑,例如,对于调速范围、调速精度、调速平滑性、低速运转状态等性能来考虑。 凡是不需要调速的拖动系统,总是考虑采用交流拖动,特别是采用笼型异步电动机。长期工作、不需要调速、且容量相当大的生产机械,如空气压缩机、球磨机等,往往采用同步电动机拖动,因为它能改善电网的功率因数。 如果拖动系统的调速范围不广,调速级数少,且不需要在低速下长期工作,可以考虑采用交流绕线转子异步电动机或变级调速电动机。因为目前应用的交流调速范围拖动,大部分由于低速运行时能量损耗大,鼓一般均不宜在低速下长期运行。 对于调速范围宽、调速平滑性要求较高的场合,通常采用支流电动机拖动,或者采用近年来发展起来的交流变频调速电动机拖动。 B电动机型式的选择: 各种生产机械的工作环境差异很大,电动机与工作机械也有各种不同的连接方式,所以应当根据具体的生产机械类型、工作环境等特点,来确定电动机的结构型式,如直立式、卧式、开启式、封闭式、防滴式、防暴式等各种型式。 C 电动机容量的选择: (1)等效电流法 等效电流法的基本的基本思想是用一个不变的电流Icq来等效实际上变化的负载带暖流,要求在同一个周期内,等效电流Icq与实际变化的负载电流所产生的损耗等。假定电动机的铁损耗与绕组电阻不变,损耗只与电流的平方成正比,由此可得等效电流为Icq = I12t1+I22t2+…+In2tn t1+t2+…+tn 式中,tn为对应负载电流In时的工作时间。求出Icq后,则选用电动机的额定电流In应大雨或等于Icq。采用等效电流法时,必须先求出用电流表示的负载图。 等效转矩法 如果电动机在运行时,其转矩与电流成正比(如他励直流电动机的励磁保持不变,异步电动机的功率因数和气隙磁通保持不变时),则式(9.3.1)可以改写成等效转矩公式。 Teq= T12t1+T22t2+…+Tn2tn t1+t2+…+tn 此时,选用电动机的额定转矩T应大于或等于T,当然,这时应先求出用转矩表示的负载。 (3)等效功率法 如果电动机运行时,其转速保持不变,则功率与转局成正比,于是由式可得等效功率为 Peq= P12t1+P22t2+…+Pn2tn t1+t2+…+tn 此时,选用电动机的功率P大于或等于P即可。 必须注意的是用等效法选择电动机容量时,要根据最大负载来校验电动机的过载能力是否要求,如果过载能力不能满足,应当按过载能力来选择较大容量的电动机。电动机的选择要根据动力源和工作条件,首先要满足的就是所需功率要求。根据设计目的,。。 克服弹簧力为400N 需要克服转矩T=4000.031=12.4N.m 因此选用减速电机59TYD-375-2A,其参数如下 图 4-1 减速电机尺寸参数 ????? ???产品型号 主要技术指标 59TYD-375-2A 额定电压???? ???(V) AC120V、AC220V、 ?????????频????????率????????(Hz) 50/60 ?????????转????????速??????(r/min) 1.6 5 12 20 40 104 ?????????力????????矩???????() 68 34 22 10 5 2.5 ?????????额定电流????????(mA) ≤55(220V)???????≤100(120V) ?????????功????????率????????(W) ≤3 ?????????噪????????声????????(dB) ≤40 ?????????绝缘介电强度 1500V 1min 泄露电流???????(mA) ≤0.25 ?????????绝缘电阻?????(mΩ) 500VDC≥100 ?????????旋转方向 CW或CCW(顺向或逆向靠电机输入电源接线来换向) 应用范围 鱼塘投料机,渔业投料机,喂鱼机,喂养机 ,假设抛料盘与水平面平行,对抛料盘进行分析,可得饲料的运动轨迹方程为: 由上两式可推出饲料在空中运行时间: 假设饲料投放距离为: ,则: 代入数据可得: 又因为: ,则: 又因为: 由上可推出抛料盘的转速为: 4.2.2抛料盘功率P计算 已知 ,采用联轴器传动,则: 如图对抛料盘进行受力分析可得: 圆周力 ,取 则有: 代入数据可得: 4.2.3 抛料盘盘配套电机的选择 由上计算可选抛料盘的配套电动机的型号为: Y80S-4 电动机的相关基本数据如下: 功率 0.55 效率 70% 功率因数 0.20 电压 380V 额定电流 4.5A 转速 750 频率 50 接线机架设计准则 底座、机架、箱体、基板等零件都属于机架零件。可划分为四大类:即机座类、机架类、基板类和箱壳类对机架零件一般可提出下列要求 图4-2 机架底座 4.4 料斗设计 图4-3 料斗 料斗采用304不锈钢板材焊接而成,板材厚度为2mm, 料斗角度为60度。 第五章 控制器设计 采用MCS-51 系列单片机89C51作为控制系统控制器。89C51单片机内部有128RAM,4KE2PROM,2 个16 位定时器,2 个外部中断和多达32 个I/O 控制口。鱼用投饵机自动控制系统框图如图2 所示。其中,输入部分可设定鱼用投饵机的各控制参数的控制档位。通过输送减速电机来控制供饵时间和停饵时间,以及控制投饵机的投饵量和投饵速度;通过控制投饵电机的转速来控制投饵距离,过零检测电路为系统提供控制时钟和投饵电机控制的同步信号。 图5-1 鱼用投饲机自动控制系统框图 5.1输入部分 控制系统输入部分主要设定供饵时间、停饵时间、投饵时间和投饵距离4 个参数。每个参数又分为8 个档位,形成不同的供料方式,以适应鱼在不同时期的不同需求,达到既节省饲料又提高产量的目的。各参数的控制采用一个8 位滑动开关来进行档位选择,经过74LS148 编码器编码后,单片机通过直接读取编码数值,得出相应控制档位,从而设定相应控制参数,电路如图5-2所示。 图5-2 输入部分电路 5.2 过零检测电路 过零检测电路主要是实现工频交流电压的过零检测并在过零时产生脉冲信号,用于系统时钟计数和晶闸管导通角控制的同步,电路如图4 所示。交流电压经过桥式整流,成为直流脉动电压,输入运算放大器反相输入端。脉动电压经过稳压管限幅在4.5V 以下,以保护运算放大器。运算放大器同相输入端由分压电路输入一个可调比较电压。当脉动电压低于比较电压时,运算放大器输出低电平;当脉动电压高于比较电压时,运算放大器输出高电平。运算放大器的输出接入单片机的外部中断0,从而可在交流电过零时刻产生一个外部中断。过零检测电路每10ms 产生一个负脉冲引发外部中断0,系统以此为计时单位。 图5-3 过零检测电路 5.3 输送减速电机控制 输送减速电机采用转速为9r/min、功率为20W的220V 交流减速电动机。输送电机的控制电路如图3-4所示。 图5-4 输送减速电机电路 输送电机是间歇工作的,其供饵时间和停饵时间由相应参数输入部分的控制档位加以设定。输送电机工作状态决定了投饵量和投饵速度。 5.4 投饲电机控制 投饵电机采用功率为120W 的直流电动机,投饵电机控制电路如图5-5所示。 图5-5 投饲电机控制电路 通过控制投饵电机的转速来控制投饵的距离和分散度。交流式电源经过全波整流后直接给直流电动机供电。单片机依据过零检测电路发出的同步中断信号,通过光电耦合器和单向晶闸管来控制全波整流后电流的导通角,改变投饵电机两端的平均电压,控制投饵电机的转速。投饵电机转子绕组串接了一个0.5Ω/2W 的水泥电阻,在投饵电机通过时提供足够的电压,使发光二极管发光进行过载报警。 第六章 ProE三维建模与仿线 Pro/E软件简介 Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 1)Pro/Engineer Pro/Engineer是软件包,并非模块,它是该系统的基本部分,其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型,三维上色,实体或线框造型,完整工程图的产生及不同视图展示(三维造型还可移动,放大或缩小和旋转)。Pro/Engineer是一个功能定义系统,即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现,其中包括:筋(Ribs)、槽(Slots)、倒角(Chamfers)和抽壳(Shells)等,采用这种手段来建立形体,对于工程师来说是更自然,更直观,无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸,不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体,这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系,任何一个参数改变,其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示,还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件,诸如有限元分析及后置处理等,这都是通过标准数据交换格式来实现,用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程,以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力,组装能力(运动分析、人机工程分析)和工程制图能力(不包括ANSI, ISO, DIN或 JIS标准),并且支持符合工业标准的绘图仪(HP,HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下: 1.特征驱动(例如:凸台、槽、倒角、腔、壳等); 2.参数化(参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等); 3.通过零件的特征值之间,载荷/边界条件与特征参数之间(如表面积等)的关系来进行设计。 4.支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件,交替排列,Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。 5.贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/ENGINEER的基本功能。 2)Pro/E机构运动仿真 工程师无需等待物理原型就能测试产品的动力行为。利用 Pro/ENGINEER 机构动力学仿真,您可以虚拟地仿真包含运动元件的系统中的作用力和加速度。而且,您可以综合考虑诸如弹簧、电动机、摩擦力和重力等动力影响,相应地调整产品性能。改善检验和认证过程并最大程度地提高设计信心,而无需承受制造昂贵原型的负担。 与设计和分析工具完全集成,从而无需再花费时间、精力和金钱来处理数据转换和关联的错误。 利用Pro/E机构仿真有以下优点: ? 可以创建虚拟样机在桌面计算机中进行测试,从而降低开发成本 模拟赛车悬架所受到的实际作用力。 ? 能够更快速和更早地将变更反映在产品中,并从桌面计算机测试中即时获得结果。 ? 通过缩短开发时间率先向市场推出更优质的产品。 ? 通过对产品寿命进行更准确的估计,从而可降低保修成本。 ? 利用具体的动画式生产指令进行装配,可以避免代价高昂的制造错误。 ? 通过利用从虚拟测试中所节省的时间来评估更多设计构思,从而可开发出更新颖的产品。 ? 在易于学习、直观明了的用户界面中工作。 6.2 零件建模 6.2.1曲柄建模 曲柄建模,利用 “拉伸”命令创建出曲柄主体,创建厚度为5mm的圆柱。 图6-2 曲柄 图6-3 拉伸圆柱 拉伸出孔 图6-4拉伸出孔 创建螺钉孔,及创建出销轴孔 图6-5 创建螺钉孔及销轴孔 图6-6 曲柄零件 6.2.2机架创建 1)利用扫描命令,创建框架,框架截面为30*30的角钢, 图6-6 角钢截面 2)拉伸 图6-6 拉伸 3)通过拉伸命令创建联接板,创建螺纹孔,最后创建出来的底座支架如下图所示: 图6-7 底座支架三维模型 6.2.3 料斗创建 1)利用“拉伸”命令,创建一个350mm高的方块。 图6-8 拉伸方块 2)利用拔模命令,将方块创建成锥块, 图6-9 锥形块 3)利用抽壳命令抽壳 图6-10 抽壳命令 4) 图6-10 料斗零件图 6.3 虚拟装配 应用前述建立的各零件的三维图型进行虚拟装配,首先进行子装配,完成子装配工作后,进行总装配。零件装配好了以后,进行装配体的干涉检查,以便确定装配体中各零件之间是否存在实体边界冲突(即干涉)、冲突发生在何处、进而为消除冲突做好准备。一般对零件较多或装配要求较严格的装配体,应该装配好—个零件就进行一次装配检查,这样可以及时发现错误,及时修正。 1)装配一维机械臂 (1)新建装配组件 图6-11 新建组件 (2)调入基座零件,缺省放置 图6-12 放置基座 (3)调入抛料器并用刚性联接安装好。 图6-13抛料器安装 (4)调入铰链,让铰链与基架刚性联接。 图6-14 安装铰链零件 (5)安装送料槽,这里很关键,关系到后面的仿真。先调入送料槽零件,选择“销轴”,使轴与铰链中心对齐。 图6-15 安装送料槽(摇杆) (6)将曲柄与电机安装好,这里很关键,关系到后面的仿真。先调入电机,选择“销轴”,使电机轴与曲柄中心对齐。 图6-16 曲柄 (7)将曲柄连同电机安装到机架上 (8)安装连杆,安装连杆要选择“销轴”,将连杆的两头分别与送料槽及曲柄联接, 图6-17 安装连杆 (9)再安装好页轮及料斗,主体基本完成 图6-18 基架主体 (10)最后安装外壳及弹簧及螺丝等, 图6-19 整体装配图 5.3 Pro/E动画仿线)点“应用程序”-“机构”进入动画仿真模块,将外壳先隐藏,将各电机轴设置为“伺服电机”。 图6-20 动画仿线)点“机构分析”,选择“动态”,点“运行”开始分析。 图6-21 动态分析 (3)点回放,可观看到刚才仿真的动画,并用“捕捉”,将动画输出为“视频”, 图6-21 仿真动画输出 总结 转眼间,毕业设计已经接近尾声,想想自己在这学期所走过的路,实在是要比其他学期学到了很多的东西。 此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题,开题到计算、绘图直到完成设计。其间,查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 “实践出真知”这句话一点不错,做毕业设计可以学到很多我们无法理解的东西,可以很好的拓展我们的知识面。怎么去做主要靠我们自己,常去工厂观察设备的结构,研究其中的奥妙,以至于我们在很短的时间里就基本了解了设备的结构。 通过这次实践,我了解了机械设计的基本方法,熟悉了机械的设计步骤,锻炼了工程设计实践能力,培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固,同时也是走向工作岗位前的一次热身。学会了查找相关资料相关标准,分析数据,提高了自己的绘图能力,懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时,仍有很多课题需要后辈去努力去完善。 但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力,对材料的不了解,等等。 这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅,使我明白自己知识还很浅薄,虽然马上要毕业了,但是自己的求学之路还很长,以后更应该在工作中学习,努力使自己 成为一个对社会有所贡献的人,为中国机械行业添己的微薄之力。 参考文献 [1] 韩世成,屈应洁.池塘投饵机自动控制系统[J].水产学杂志,2002,15(2):65-68. 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