引用本文格式 魯金艷 孔麗娟 劉爽 等 基于高壓水射流技術(shù)的植物工廠栽培板清洗裝置設(shè)計(jì) J 農(nóng)業(yè)工程 2024 14 1 64 69 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2024 01 011 LU Jinyan KONG Lijuan LIU Shuang et al Design on plant factory cultivation board cleaning device based on high pressure water jet technology J Agricultural Engineering 2024 14 1 64 69 基于高壓水射流技術(shù)的植物工廠栽培板清洗裝置設(shè)計(jì) 魯金艷1 孔麗娟1 劉 爽2 開(kāi)塞爾 卡斯木1 周麗娜1 王鵬鷹1 1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 吉林 長(zhǎng)春 130118 2 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 吉林 長(zhǎng)春 130118 摘 要 植物工廠以生產(chǎn)效率高 自動(dòng)化程度高 不受自然條件影響及環(huán)境可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn) 被應(yīng)用于科學(xué)研究 植物生 產(chǎn)等領(lǐng)域 但植物工廠栽培板存在清洗費(fèi)力 清洗不徹底等問(wèn)題 不僅影響植物生長(zhǎng) 還制約植物工廠生產(chǎn)效率的提高 對(duì)比既有設(shè)施農(nóng)業(yè)清潔方式 研究植物工廠栽培板清洗工作原理 利用AutoCAD軟件設(shè)計(jì)了一種基于高壓水射流清洗方 式的植物工廠栽培板清洗裝置 研究了清洗結(jié)構(gòu) 噴嘴類(lèi)型和水射流影響因子 水射流錐角 水射流壓力 靶距和水射 流速度 等內(nèi)容 確定適用于植物工廠栽培板清洗的清洗裝置最優(yōu)參數(shù)為水射流靶距20 60 cm 水射流錐角65 和水射 流壓力1 000 Pa 清洗噴嘴類(lèi)型為口徑3 5 mm的扇型噴嘴 利用Soildworks軟件對(duì)栽培板清洗效果進(jìn)行預(yù)測(cè)及仿真分析 試驗(yàn)結(jié)果表明 基于高壓水射流的清洗裝置可以達(dá)到有效清洗植物工廠栽培板的目的 有效提高植物工廠工作效率 該 研究可為栽培板清洗裝置研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐 為植物工廠清洗裝置設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供參考 關(guān)鍵詞 植物工廠 栽培板 清洗裝置 水射流 設(shè)施農(nóng)業(yè) 中圖分類(lèi)號(hào) S129 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095 1795 2024 01 0064 06 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2024 01 011 Design on Plant Factory Cultivation Board Cleaning Device Based on High pressure Water Jet Technology LU Jinyan1 KONG Lijuan1 LIU Shuang2 KAISER Kasmu1 ZHOU Lina1 WANG Pengying1 1 College of Engineering and Technology Jilin Agricultural University Jilin Changchun 130000 China 2 College of Horticulture Jilin Agricultural University Jilin Changchun 130000 China Abstract Plant factories are used in scientific research and plant production with advantages of high production efficiency high auto mation independent of natural conditions and adjustable environment However plant factories still have problems such as laborious cultivation plate cleaning and incomplete cleaning which not only affect plant growth but also restrict production efficiency of plant factories Compared with existing facility agriculture cleaning methods working principle of plant factory cultivation board cleaning was studied and a plant factory cultivation board cleaning device based on high pressure water jet technology was designed using Auto CAD software Cleaning structure nozzle type and water jet influencing factors water jet cone angle water jet pressure target dis tance and water jet velocity were studied and optimal parameters for plant factory cultivation board cleaning device was determined which were water jet target distance from 20 cm to 60 cm water jet cone angle of 65 and water jet pressure of 1000 Pa and cleaning nozzle type was a fan shaped nozzle with a diameter of 3 5 mm Cleaning effect of cultivation boards was predicted and simulated using Soilworks software Experimental results showed that cleaning device based on high pressure water jet could effectively clean cultivation board of plant factory and improve work efficiency of plant factory It could provide theoretical basis and technical support for research of cultivation board cleaning devices and provide reference for design and development of cleaning devices in plant factory Keywords plant factory cultivation board cleaning device water jet facility agriculture 收稿日期 2023 06 06 修回日期 2023 09 21 基金項(xiàng)目 吉林省教育廳科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目 JJKH20230390KJ 作者簡(jiǎn)介 魯金艷 碩士生 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能控制技術(shù)研究 E mail 18943921909 孔麗娟 通信作者 博士 講師 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)測(cè)控技術(shù)研究 E mail konglijuan630 第 14 卷 第 1 期農(nóng) 業(yè) 工 程Vol 14 No 1 2024 年 1 月AGRICULTURAL ENGINEERING Jan 2024 0 引言 植物工廠是一種通過(guò)設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制實(shí)現(xiàn) 作物周年連續(xù)生長(zhǎng)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng) 由計(jì)算機(jī)對(duì)作物 生育過(guò)程的光照 溫度 濕度 二氧化碳濃度及養(yǎng)分 等進(jìn)行自動(dòng)精準(zhǔn)控制 不受或很少受自然條件制約的 省力型生產(chǎn)方式 1 目前 植物工廠是世界各國(guó)農(nóng)業(yè) 戰(zhàn)略的高技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象 主要分布于東亞和歐美 國(guó)家 以日本 荷蘭最具代表性 2 在植物工廠工作 過(guò)程中 栽培板用以固定作物根部 防止進(jìn)光 進(jìn)灰 塵 防止藻類(lèi)產(chǎn)生 并保持營(yíng)養(yǎng)液溫度的穩(wěn)定 在使 用時(shí) 苔蘚 水垢 枯枝敗葉和基質(zhì)等顆粒物及其黏 性物質(zhì)會(huì)附著在栽培板表面和定植孔洞 使用后不及 時(shí)清理極易長(zhǎng)青苔或被污染 影響栽培板的二次利用 而植物工廠中栽培板需求量大 一次性利用成本消耗 巨大 并且危害環(huán)境 不利于植物工廠的發(fā)展 另外 栽培板清洗費(fèi)力 清洗不徹底等問(wèn)題影響植物正常生 長(zhǎng)發(fā)育 制約著植物工廠生產(chǎn)效率的提高 影響植物 工廠的大力發(fā)展 因此 設(shè)計(jì)一款適用于植物工廠栽 培板清洗的自動(dòng)裝置對(duì)于植物生長(zhǎng)發(fā)育 提高植物工 廠作業(yè)人員勞動(dòng)效率至關(guān)重要 工廠運(yùn)行常規(guī)清洗工作常用化學(xué)方法 人工方法 以及機(jī)械打眼 蒸汽 超聲波和水射流等機(jī)械方法進(jìn) 行 其中 水射流清洗技術(shù)由于其對(duì)環(huán)境污染小 設(shè) 備通用性強(qiáng) 清洗效率高和清洗成本低等優(yōu)點(diǎn)逐漸取 代手工清洗 機(jī)械清洗和化學(xué)清洗 被廣泛用于多領(lǐng) 域清潔 3 4 CHEE M W L等 5 通過(guò)湍流 連貫 直徑 1 mm的水射流從聚甲基丙烯酸甲酯平板上去除3種黏 塑性軟固體食品相關(guān)材料的厚層 研究表明高壓水射 流以射流速度10 6 25 4 m s能有效去除黏塑性土層 王不二等 6 利用FIUENT得到單網(wǎng)孔噴嘴撞擊射流不 同區(qū)域速度分布規(guī)律 計(jì)算得出垂直斷面上的分布呈 高斯分布 中心射流點(diǎn)的速度最大 可達(dá)8 3 m s 王 超等 7 通過(guò)高速攝影 流動(dòng)可視化和計(jì)算圖像分析等 研究技術(shù)最終確定 水射流技術(shù)對(duì)于清洗表面結(jié)垢切 實(shí)可行 袁躍峰等 8 建立射流撞擊力和射流沖擊壓力 的數(shù)學(xué)模型 得出貽貝高壓水射流清洗參數(shù)的最優(yōu)組 合為噴射角65 內(nèi)徑2 mm的扇形噴嘴 以及射流壓 力9 66 MPa 靶距99 88 mm 入射角75 38 石耀華 9 利用離心滾筒式清洗原理 通過(guò)使定植杯內(nèi)基質(zhì)松動(dòng) 和跌落 達(dá)到去除定植杯內(nèi)基質(zhì)的作用 郝林杰 10 調(diào) 試了基于水射流清洗技術(shù)的葉類(lèi)蔬菜定植盤(pán)清洗設(shè)備 采用臺(tái)架清洗試驗(yàn)和數(shù)值模擬進(jìn)行了清洗工藝的優(yōu)化 提高了工廠化葉菜定植盤(pán)清洗系統(tǒng)的清洗力 在植物工廠生產(chǎn)過(guò)程中 栽培板表面和定植孔洞 的污垢用常規(guī)普通沖洗的方法清洗效率低 而且栽培 板清洗不徹底 還會(huì)滋生微生物污染栽培板 感染病 菌 直接影響植株的生長(zhǎng) 研究植物工廠栽培板清洗 裝置可達(dá)到栽培板反復(fù)利用 降低生產(chǎn)成本 促進(jìn)植 物生長(zhǎng)的目的 本研究基于高壓水射流清洗方式進(jìn)行 了植物工廠栽培板清洗裝置研究 通過(guò)設(shè)置水射流錐 角 靶距 噴嘴等參數(shù)進(jìn)行植物工廠栽培板清洗裝置 設(shè)計(jì) 由于數(shù)值模擬仿真技術(shù)可通過(guò)建立試驗(yàn)對(duì)象模 型 極大程度降低試驗(yàn)成本和安全風(fēng)險(xiǎn) 因此利用 Soildworks軟件對(duì)栽培板清洗裝置效果進(jìn)行預(yù)測(cè)及仿真 分析 1 工作原理及基本特性參數(shù) 1 1 工作技術(shù)原理 根據(jù)水射流的流動(dòng)特性可大致將水射流劃分為初 始段 基礎(chǔ)段 消散段 其結(jié)構(gòu)如圖1所示 11 當(dāng)射 流離開(kāi)噴嘴時(shí) 其壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 在周邊流體作 用下 射流的邊界將產(chǎn)生持續(xù)的漩渦 中心部分是射 流的中心 此部分不會(huì)受到湍動(dòng)的影響 并且具有初 始速度 隨著射流沿著軸向發(fā)展 射流邊沿距噴嘴頭 的距離逐漸增大 核心段垂直于軸向的截面面積逐漸 減小直至完全消失 沿射流方向自噴嘴出口至射流核 心段末端的區(qū)域稱(chēng)為初始段 這一部分射流能量最集 中 動(dòng)能最大 12 在初始段與基礎(chǔ)段之間存在極短的 一段稱(chēng)為過(guò)渡段 射流速度分布在該區(qū)域內(nèi)重新平 衡 13 在沒(méi)有任何障礙的情況下 射流的末端被稱(chēng)作 消散段 在此階段 噴嘴噴出的大量射流與空氣充分 混合霧化 由于壓力和流速低 常被用來(lái)冷卻除塵 圖1 水射流階段示意 Fig 1 Schematic diagram of water jet phase 水射流清洗技術(shù)的原理是利用動(dòng)量理論 水射流 在撞擊靶壁時(shí) 其部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成沖擊力 被清潔對(duì) 象在高壓水射流的沖擊力下 表面形成較大的剪切應(yīng) 力 內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞 水射流作用于結(jié)垢間隙 形成 高壓 減弱結(jié)垢間的結(jié)合 加速結(jié)垢的進(jìn)一步破裂 而對(duì)于可被高壓水滲透的結(jié)垢層 水射流在結(jié)垢顆粒 魯金艷 等 基于高壓水射流技術(shù)的植物工廠栽培板清洗裝置設(shè)計(jì) 65 上產(chǎn)生的壓力超過(guò)了結(jié)垢顆粒間的吸引力 結(jié)垢形成 裂縫并逐漸擴(kuò)展 隨后射流的剪切 壓縮等效應(yīng)會(huì)逐 漸形成裂縫 凹坑直至完全脫落 在應(yīng)用水射流清洗 技術(shù)時(shí) 主要針對(duì)具有滲透特性的軟黏性污垢 水壓 對(duì)污垢進(jìn)行擠壓 剪切 從而產(chǎn)生破裂應(yīng)力 當(dāng)這種 應(yīng)力大于污垢的承載能力時(shí) 污垢表面將出現(xiàn)裂紋和 裂隙 并在隨后射流水楔的作用下擴(kuò)大形成凹坑 最 終污垢完全破碎并被沖刷 達(dá)到清洗的目的 1 2 基本特性參數(shù) V0 在水射流的研究中 將水看作是一種不可壓縮的 液體 因而 通過(guò)伯努利方程 可以得到噴嘴進(jìn)口端 面上的流速 V0 2P0 1 式中 速度系數(shù) 取0 98 1 00 P0 射流初始?jí)毫?MPa 水密度 kg m3 進(jìn)而求得噴嘴射流流量Q Q AV0 14 D2 2P0 2 式中 Q 噴嘴射流流量 m3 s A 噴嘴斷面面積 m2 D 噴嘴直徑 m 由此可得出射流能量E E 12 QV02 14 D2 3 2P03 3 P0 由式 1 式 2 和式 3 可知 在不改變噴 嘴大小的情況下 射流的流速V0和流量Q僅與射流壓 力有關(guān) 隨著射流壓力的增加 射流流速也會(huì)隨之 增加 即射流所得到的動(dòng)能E也會(huì)隨之增加 2 確定水射流影響因子 2 1 水射流錐角 水射流錐角影響了靶面的有效沖洗寬度 水射流 錐角示意如圖2所示 根據(jù)栽培板受力形變的特點(diǎn) 射流沿寬方向進(jìn)行 沖擊 為提高栽培板清洗效率 噴嘴的有效噴射寬度 需大于栽培板寬 以栽培板寬方向中點(diǎn)為噴射起點(diǎn) 則噴嘴有效噴射寬度W為 W 2H p4H 2 4H2tan tan 4 式中 H 噴嘴出口到目標(biāo)靶面距離 水射流錐角影響靶面的有效沖洗寬度 常見(jiàn)的水 射流錐角有25 40 50 65 80 和95 等 各種噴 嘴的射流寬度覆蓋栽培板時(shí)的有效沖洗寬度與所對(duì)應(yīng) 的水射流錐角相關(guān) 8 10 有效沖洗寬度相對(duì)水射流錐角 的變化趨勢(shì)如圖3所示 當(dāng)水射流錐角25 65 時(shí) 隨著水射流錐角的增加 清洗面積增大 當(dāng)65 95 時(shí) 隨著水射流錐角的增加 洗凈寬度迅速減少 結(jié) 果表明 當(dāng)水射流錐角25 65 時(shí) 其沖擊力最大 并且隨著水射流錐角的增加 其沖洗有效寬度也隨之 增大 當(dāng)水射流錐角65 以上時(shí) 射流在較大的水射流 錐角下會(huì)產(chǎn)生較大的分散性 從而使沖刷寬度隨錐角 的增加而迅速下降 當(dāng)水射流錐角65 時(shí) 可獲得最大 的灌水有效寬度 結(jié)合式 4 得出65 為最佳水射流 錐角 圖3 有效沖洗寬度隨水射流錐角變化趨勢(shì) Fig 3 Trend of effective flushing width with water jet cone angle 不同水射流錐角下的有效沖洗寬度如表1所示 當(dāng)水射流錐角65 時(shí) 對(duì)應(yīng)的扇形噴嘴水射流沖洗寬度 40 45 cm 經(jīng)過(guò)對(duì)栽培板尺寸的測(cè)量 栽培板寬度平均 尺寸 60 0 0 2 cm 而在設(shè)計(jì)清洗裝置時(shí)寬面安裝2 個(gè)噴嘴 即噴嘴的有效噴射寬度符合條件 表 1 各種水射流錐角對(duì)應(yīng)的有效沖洗寬度 Tab 1 Effective flushing widths corresponding to various taper angles 水射流錐角 25 40 50 65 80 95 扇形噴嘴覆蓋寬度 cm 30 15 35 55 38 87 40 45 28 67 26 87 圓形噴嘴覆蓋寬度 cm 30 11 33 42 37 79 39 34 29 34 27 57 2 2 水射流靶距與噴嘴類(lèi)型 水射距離 也稱(chēng)為靶距 是指噴嘴到清洗表面的 距離 在水射流離開(kāi)噴嘴之后 動(dòng)能損耗被用來(lái)克服 水射流錐角 B 水射流覆蓋寬度 H 靶距 圖2 噴嘴作用示意 Fig 2 Diagram of nozzle action 66 農(nóng)業(yè)工程設(shè)施農(nóng)業(yè)工程 空氣阻力做功 所以水流運(yùn)動(dòng)速度降低 從而導(dǎo)致水 射流的射流結(jié)構(gòu)和射流流速會(huì)隨著射流離開(kāi)噴嘴的距 離而發(fā)生改變 靶距過(guò)小 則凈化區(qū)域過(guò)小 凈化效 果不佳 但是 如果水射距離太遠(yuǎn) 則會(huì)增加射流結(jié) 構(gòu)的擴(kuò)散性 增加單位時(shí)間的清潔面積 同時(shí)也會(huì)增 加能量消耗 從而導(dǎo)致清潔效率下降 液體從噴口出 來(lái)后 會(huì)與空氣進(jìn)行一種能量交換 從而使得液體速 度隨距離增大而降低 但隨著距離的增加 擴(kuò)散角也 越來(lái)越大 所以有必要研究目標(biāo)距離對(duì)凈化效果的影 響 水射流經(jīng)噴嘴噴出后 與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生了物質(zhì)和 動(dòng)量交換 當(dāng)水射流離開(kāi)噴管口時(shí) 在水射流紊流 水動(dòng)力 慣性力 黏性力和表面張力等多種因素的影 響下 會(huì)逐步分解和破碎 正是由于上述原因 隨著 靶距增大 射流靶表面的沖擊壓力也會(huì)發(fā)生變化 從 而導(dǎo)致沖洗寬度變化 扇形噴嘴的沖洗寬度與靶距之間的函數(shù)關(guān)系可由 式 4 獲得 而圓形噴嘴與扇型噴嘴有所差異 對(duì)于 圓形噴嘴 靶距l(xiāng)opt經(jīng)驗(yàn)公式為 14 lopt 99 7 P 100 0 88 d0 9 5 式中 lopt 靶距 cm P 軸向動(dòng)壓力 kPa d 噴嘴出口直徑 cm 由式 5 可知 隨著靶距的變化 打擊面上的軸 向動(dòng)壓力變化 沖擊到靶面的有效沖洗寬度也隨之變 化 有效寬度與隨軸向沖擊力在一定范圍內(nèi)成正比 如選用水射流錐角65 的圓形噴嘴 當(dāng)靶距 20 100 cm時(shí) 撞擊栽培板導(dǎo)致栽培板有不同程度的 受損或破壞 故不考慮20 100 cm的靶距 圖4可知 當(dāng)靶距100 110 cm時(shí) 撞擊表面的軸向動(dòng)壓力由4 520 Pa快速降低到2 740 Pa 當(dāng)靶距為110 140 cm時(shí) 撞擊表面的軸向動(dòng)壓力快速增大 當(dāng)靶距140 cm時(shí) 撞擊表面的軸向動(dòng)壓力最大 為4 830 Pa 當(dāng)靶距 140 170 cm時(shí) 撞擊表面的軸向動(dòng)壓力急劇降低 最 小值2 320 Pa 當(dāng)靶距 170 cm時(shí) 撞擊表面的軸向動(dòng) 壓力降到2 320 Pa以下 因此 如選用水射流錐角65 的圓形噴嘴 最優(yōu)靶距140 cm 由表2可知 如選用噴嘴口徑3 5 mm 水射流錐 角65 的扇型噴嘴 當(dāng)靶距20 50 cm時(shí) 水射流沖洗 寬度迅速增加到41 65 cm 當(dāng)靶距 60 cm時(shí) 水射流 沖洗寬度迅速下降到34 21 cm以下 最低31 56 cm 因此 靶距20 60 cm時(shí)扇形噴嘴清洗效果較好 其 中 50 5 cm為最佳清洗靶距 綜上可知 設(shè)計(jì)選用圓形噴嘴清洗裝置靶距需要 140 cm 選用扇型噴嘴靶距只需要20 60 cm 這意味 著圓形噴嘴清洗機(jī)械的體積比扇形噴嘴清洗機(jī)械結(jié)構(gòu) 大 所費(fèi)材料多 此外 扇形噴嘴可將柱形聚攏射流 水分割成扇形射流束 射流終端為狹窄帶狀 覆蓋面 積大 清洗效率高 廣泛應(yīng)用于工業(yè)清洗領(lǐng)域 15 16 故選用扇形噴嘴作為清洗裝置噴嘴類(lèi)型 2 3 水射流壓力 栽培板由PVC材質(zhì)構(gòu)成 有一定的韌性和強(qiáng)度 經(jīng)過(guò)驗(yàn)證 在高壓水射流沖擊瞬間 驟升的沖擊壓力 可能會(huì)使栽培板受到過(guò)大剪力而破壞或者產(chǎn)生破壞性 裂紋 為保證栽培板不受水射流壓力破壞應(yīng)驗(yàn)證其沖 擊力 扇形噴嘴沖擊到靶面的射流面積S為 S 2Htan 2 2H 2 6 式中 射流厚度方向夾角 射流厚度方向夾角較小 而且不易測(cè)量 根據(jù)前 人數(shù)值分析結(jié)果估算得出 4 8 不同扇形噴嘴射 流厚度方向夾角相差很小 在后續(xù)計(jì)算中均按照 5 計(jì)算 17 18 由動(dòng)量守恒定理可得 噴嘴射流撞擊力Fs計(jì)算公 式為 Fs k1k2 Q60 2 pg 0 77Qpp 1000 7 式中 p 噴嘴內(nèi)外兩點(diǎn)的壓力差 即射流壓力 Pa k1 射流到目標(biāo)靶面流速衰減 k1 0 55 圖4 軸向動(dòng)壓力隨靶距變化趨勢(shì) Fig 4 Trend of axial dynamic pressure with target distance 表 2 各種靶距對(duì)應(yīng)的有效沖洗寬度 Tab 2 Effective wash widths for various target distances 靶距 cm 扇型噴嘴覆蓋寬度 cm 20 37 35 30 37 55 40 37 87 50 41 65 60 37 95 70 34 21 80 33 56 90 33 41 100 31 56 魯金艷 等 基于高壓水射流技術(shù)的植物工廠栽培板清洗裝置設(shè)計(jì) 67 k2 射流到目標(biāo)靶面流量損失 k2 0 60 流體密度 kg m3 g 重力加速度 m s2 根據(jù)伯努利方程可推出噴嘴的流速 則噴嘴的射 流流量Q為 Q CdAv CdA p2 P 8 式中 Cd 噴嘴的流量系數(shù)無(wú)量綱值 經(jīng)過(guò)標(biāo)定取 0 78 A 扇形噴嘴過(guò)流面積 m2 A ab a b 栽培板長(zhǎng)和寬 m 已知扇形噴嘴射流覆蓋面積和射流撞擊力 則栽 培板承受的射流撞擊壓力F為 F Fs sin S 0 77Q pp sin 1000 2H tan 2 2H tan 2 0 0077Q pp sin 40H2 tan 2 tan 2 9 3 Soildworks栽培板清洗裝置效果預(yù)測(cè) 基于上述計(jì)算和分析 選用廣東東莞星耀五金 3 5 mm型號(hào)304不銹鋼扇型噴嘴及相應(yīng)噴嘴固定零件 進(jìn)行清洗結(jié)構(gòu)AutoCAD設(shè)計(jì) 噴嘴樣式如圖5所示 清洗裝置框架如圖6所示 清洗裝置為兩層式清洗平 臺(tái) 通過(guò)連接板 滑輪和三角加固零件固定清洗裝置 組成清洗框架 每層分別分布6個(gè)噴嘴和噴嘴支架 成兩行排列 計(jì)算得出噴嘴的有效沖洗寬度平均40 cm 故每排噴嘴安裝在距左右欄桿10 cm處 每個(gè)噴嘴間 隔40 cm放置 兩排前后間隔50 cm 基于Soildworks對(duì)清洗裝置進(jìn)行仿真模擬 清洗 裝置仿真模擬三維結(jié)構(gòu)如圖7所示 以1 000 Pa為水射 流沖擊壓力閾值的覆蓋寬度 對(duì)所設(shè)計(jì)的栽培板清洗 裝置進(jìn)行效果預(yù)測(cè)仿真試驗(yàn) 結(jié)果證明 1 000 Pa閾值 的水射流沖擊壓力清洗裝置不會(huì)對(duì)栽培板造成破壞 最優(yōu)水射流靶距 水射流錐角 水射流壓力和噴嘴出 口孔徑的清洗裝置對(duì)于植物工廠栽培板的清洗有效 4 結(jié)束語(yǔ) 依據(jù)高壓水射流清潔原理 設(shè)計(jì)植物工廠栽培板 清潔裝置 1 通過(guò)對(duì)比圓形噴嘴和扇形噴嘴兩種噴嘴類(lèi)型 得出扇型噴嘴比圓形噴嘴更節(jié)省材料 扇型噴嘴為最 優(yōu)噴嘴類(lèi)型 2 基于扇型噴嘴類(lèi)型 得出了水射流靶距 水 射流錐角 水射流壓力和噴嘴出口孔徑的最優(yōu)值 分 別為水射流靶距20 60 cm 水射流錐角65 水射流 壓力1 000 Pa和噴嘴口徑3 5 mm 3 以扇型噴嘴1 000 Pa水射流沖擊壓力為閾值 通過(guò)Soildworks模擬仿真試驗(yàn) 驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的基于 高壓水射流的植物工廠栽培板清洗裝置對(duì)栽培板可以 起到清洗作用 有效提高植物工廠的工作效率 參考文獻(xiàn) 李清明 仝宇欣 楊曉 等 國(guó)內(nèi)外植物工廠研究進(jìn)展與發(fā)展趨 勢(shì) J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2022 42 10 49 53 1 周增產(chǎn) 董微 李秀剛 等 植物工廠產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展 2 圖5 噴嘴樣式 Fig 5 Nozzle pattern 1 噴嘴支架 2 噴嘴 3 清洗框架 4 連接板 5 6 三角加固零件 7 滑輪 圖6 清洗裝置框架 Fig 6 Frame of cleaning unit 圖7 Soildworks仿真模擬 Fig 7 Soildworks simulation 68 農(nóng)業(yè)工程設(shè)施農(nóng)業(yè)工程 望 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2022 42 1 18 23 PESCH H LOUW L Exploring the industrial symbiosis potential of plant factories during the initial establishment phase J Sustainability 2023 15 2 1 240 3 XU X MENG Z LV H Exploration on application of high pressure water jet cleaning technology C MATEC Web of Conferences EDP Sciences 2021 353 01006 4 CHEE M W L GHASEMI G RASHID M A et al Cleaning of thick viscoplastic soil layers by impinging water jets J Journal of Food Engineering 2023 340 111 290 5 王不二 劉日超 劉閃閃 等 洗碗機(jī)內(nèi)單圓孔射流洗滌機(jī)理研 究 C 中國(guó)家用電器協(xié)會(huì) 2022年中國(guó)家用電器技術(shù)大會(huì)論文 集 電器 雜志社 2023 DOI 10 26914 kihy 2023 002810 6 王超 楊雨升 張軍 等 基于高壓水射流和機(jī)械臂的公路隧道 攝像頭清洗試驗(yàn) J 現(xiàn)代隧道技術(shù) 2023 60 2 238 246 WANG Chao YANG Yusheng ZHANG Jun et al Cleaning test for highway tunnel cameras based on high pressure water jet and robotic arms J Modern Tunneling Technology 2023 60 2 238 246 7 袁躍峰 謝飛 王佳勝 貽貝高壓水射流清洗關(guān)鍵參數(shù)建模及試 驗(yàn) J 漁業(yè)現(xiàn)代化 2023 50 1 97 106 YUAN Yuefeng XIE Fei WANG Jiasheng Modeling and experi ment of key parameters of mussel high pressure water jet cleaning J Fishery Modernization 2023 50 1 97 106 8 石耀華 工廠化葉菜定植杯清潔機(jī)設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化研究 D 重 慶 西南大學(xué) 2021 SHI Yaohua Study on the design and 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