水土组合式植物种植装置的设计（附ANSYS分析源文件、Solidworks模型、CAD图纸）

摘要

针对传统种植模式资源利用率低、扩展性差及智能化不足的问题，本研究设计了一种水土组合式植物种植装置。装置采用模块化结构，集成水槽、土培皿、支撑架及循环系统，结合轻质铝合金框架与可拆卸接口实现水培/土培动态切换。通过蜗轮蜗杆与链传动系统驱动种植单元循环移位，选用Y132S-6三相异步电机（额定功率3kW，传动比24.81），确保负载稳定性。有限元分析表明，种植架最大应力44.934MPa，变形量0.05mm，低于材料屈服强度。控制系统基于西门子S7-200 SMART PLC，集成温湿度、光照传感器，响应时间≤100ms，实现灌溉、补光及位移精准调控。触摸屏界面支持参数设置、实时监控与报警管理，通信周期100ms。结果表明，装置模块化扩展能力适配规模化场景，资源利用率提升30%，管理效率提高40%，为农业自动化与可持续发展提供技术支撑。
关键词：水土组合式种植装置；农业自动化；智能控制系统；模块化设计

1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 国外研究现状 2
1.3.2 国内大葱收获机械研究现状 2
1.4 本文主要研究内容 3
2 总体方案设计 4
2.1 设计需求分析 4
2.2 总体方案 4
2.3 土培皿模块 5
2.4 循环模块 6
2.5 本章小结 7
3 传动系统设计 8
3.1 电动机的选择 8
3.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 9
3.3 计算传动装置的运动和动力参数 9
3.3.1 各轴转速: 9
3.3.2 各轴输入功率: 9
3.3.3 各轴输入转矩: 10
3.4 蜗轮蜗杆设计 10
3.4.1 选择蜗杆传动类型 10
3.4.2 选择材料及精度等级 11
3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 11
3.4.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 12
3.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 12
3.4.6 验算效率η 13
3.4.7 热平衡核算 13
3.5 链传动与链轮的设计 14
3.5.1 选择链轮齿数 14
3.5.2 确定计算功率 14
3.5.3 选择链条型号和节距 14
3.5.4 计算链节数和中心距 15
3.5.5 计算链速v，确定润滑方式 15
3.5.6 计算压轴力Fp 15
3.6 本章小结 15
4 基于ANSYS的有限元分析 16
4.1 材料选择 16
4.2 网格划分 17
4.3 约束载荷施加 18
4.4 结果分析 19
4.5 本章小结 20
5 控制系统设计 21
5.1 控制系统结构 21
5.2 控制器选型 21
5.3 I/O地址分配 22
5.4 控制程序编写 22
5.5 触摸屏界面 24
5.6 本章小结 25
结论与展望 27
参考文献： 28
附录1 29
致谢 30