移动式太阳能增氧机的改进设计与试验

第４３卷第６期渔业现代化Ｖｏｌ渔业现代化２０１６年受挤压，连杆内部磁铁碰到ＰＶＣ板上的片式磁性接近开关，则直流小电机可实现换向功能［８］。但这种挤压式换向结构，在长期运行过程中出现换向不灵敏的现象，而且钢丝绳的损耗较大。改进后的结构如图２所示，主要的改进内容为：（１）取消原来的导向机构，实现了非接触式换向，由牵引绳两端各固定一个永磁铁，在距离磁性接近开关４～５ｃｍ时小电机就可以实现换向功能。此换向可减少摩擦损耗，而且灵活性、稳定性较高；（２）牵引轮由水平改为竖直，少了导杆限位组件，导杆中间有２个是陶瓷套管，这样就减少了牵引绳的磨损，在移动过程中更加灵活，而且还能使换向更加容易，损耗达到最小；（３）原型机的直流电机放在机构舱内部，改进后将电机放在了罩壳内部，使内部结构更加简单、接线方便、节省空间。图２改进后的行走机构Ｆｉｇ．２Ｉｍｐｒｏｖｅｄｗａｌｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ１．２控制系统原型机的控制系统如图３所示。图３原型机的控制系统Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ采用遥控方法，可以自动控制运行。系统由控制电路板、升压模块、降压模块、无线接收模块、电压调速模块组成，当光照强度达到１７０００Ｌｘ时，控制器开始检测电压是否达到可运行的工作电压，如果达到则增氧机电机启动，延迟１０ｓ后小电机运行，并且可以实现自动换向；如果没有达到工作电压则停止工作。虽然这些功能可遥控实现，操作方便，但系统设计复杂，需要３６Ｖ、２４Ｖ、２２第６期朱烨，等：移动式太阳能增氧机的改进设计与试验５Ｖ三组电源，并且程序编写复杂，维修不方便。改进后的控制系统采用光控和遥控［９］，主要由光控模块、时间继电器模块、小型继电器、遥控模块组成。当光照强度达到１７０００Ｌｘ时，光控传感器满足条件，设备启动和运行，然后通过遥控模块ＷＣＭ，可在４５ｍ距离开启或关闭设备，控制变得更加高效。改进后的控制系统更加简化，可实现全部功能，并且程序编写简单、维修方便。控制系统原理如图４所示。图４改进后的控制系统Ｆｉｇ．４Ｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ图５控制流程图Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｆｌｏｗｃｈａｒｔ控制过程：在池塘试验时，液位开关ＳＢ１自动闭合，遥控模块打开，光照强度达到要求时，光敏传感器ＫＭ１导通，导通后通过时间延迟继电器ＫＴ延迟，增氧机电机Ｍ１的运行通过分压模块来控制，选择分压电阻Ｒ２为８．２ｋΩ和Ｒ３为２ｋΩ，得到控制电压为０～５Ｖ，同时换向电机Ｍ２启动，行走机构开始运行，当磁铁碰到常开接近开关ＴＣＫ２时，ＫＭ２继电器闭合，其常开触点打开，常闭触点闭合，行走机构换向，实现来回行走的功能。当光照强度和电压不能满足要求时，液位开关打开，遥控关断，设备停止运行。其控制流程如图５所示。用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件设计的改进后的系统结构如图６所示。图６改进的系统结构示意图Ｆｉｇ．６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ３２渔业现代化２０１６年２试验结果２．１行走机构行走机构可实现来回往复行走，移动作业面大，覆盖范围广。为了验证行走机构的可靠性，在池塘试验前先进行实验室模拟运行试验。给行走机构２４Ｖ直流电进行试验，小电机转动，５ｍｉｎ后用永磁铁靠近导杆的一端，在４ｃｍ左右处，小电机反转，再将永磁铁靠近导杆另一端，小电机正转。由此证明，永磁铁可以作为一个换向信号，并且换向动作灵敏。在池塘试验过程中，选择行走机构的行程距离分别为２ｍ和３ｍ，对比原先的行走机构数据［８］，每天运行５ｈ，分别记录带负载时的单程运行时间、累积次数、平均速度，结果见表１。从表１可以看出，改进后的行走机构在负载情况下，单程运行时间要比原型的短，运行速度更快，累积次数更多，这主要是因为行走机构由原来的挤压式换向改为非接触式换向，挤压式换向摩擦系数大，而且会出现不灵敏现象。表１行走机构负载情况下试验数据Ｔａｂ．１Ｔｅｓｔｄａｔａｏｆｗａｌｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｔｈｌｏａｄ行程距离／ｍ每天运行时间／ｈ平均运行速度／（ｍ／ｓ）单程运行时间／ｓ累积次数／次原型改进原型改进原型改进原型改进原型改进２２５５０．０３１０±０．００２９０．０３３０±０．００２９６８．９６５．５２６１２６５３３５５０．０２９０±０．００３２０．０３００±０．００３２１０３．４１００．２１７４１８０２．２光敏传感器优化光敏传感器［１０］是控制系统的关键设备。一般的光敏传感器太过敏感，在有光照的情况下就能启动，而且必须在光线很暗的情况下才会停止运行，不满足试验需要，因此有必要对光敏传感器进行优化处理。记录试验过程中不同时间点、不同光照度下的阻值及电路导通状态（表２）。表２光敏传感器检测Ｔａｂ．２Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｓｅｎｓｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎ时间点光照度／Ｌｘ光