2013挑战杯研究报告

可快速装小型船用式水草收割机研究报告院（系）全称：

工学院申报者姓名（集体名称：

、潘海

科学类学术论文社会科学类社会查报告和学术论文发明制作A发明制作B类可快研究报王向春潘（上海海洋大学工程学院，上）摘：内生态景观及人工养殖区域面积广阔，分散程度高。通过研究显示，市场对于小型灵活作业的水草收割设备需求量大，国内外现有小型水草收割设备存在成本高、结构复杂等不足。结合小型分块水域水草生长特点，设计出一种可快速拆装小型船用式水草收割机。产品通过建模，仿真分析，优化设计，产品样机生产，调试实验等环节。本产品呈现结构简单、操作方便、动力传递效率高，价格低廉等特点，为小型水草收割机技术的发展提供了重要参考。关词小型水草收割机；快速拆装；仿真分析；试验测试

研背景的随人民生活水平的提高，水域生态景观旅游开发将成为今后城市环境建设的重中重。拿上海来说，根据规划，上海市2005年理水覆率于，年至9%。外，到年我国建300多大高夫场

，家都在都用生态的方法行治理，其中种植水草是必不可少的，为了有效维护水域的生态平衡，收割机是不可缺少的中国淡水总面积20×10平方公里养殖总量居世首位，全国水品总量的36.7%，有很多养殖水域需种植水草并使水草持在一定高。但是这些水域生态景和人工养殖水域大部分面积小，分散度较大，造型不规则，有的地方非常狭小，不利于型收割机械的行进和转弯。当前市场上的大型水草收割机械，满足大型湖泊水草的收割但适小型河道湖等水面域水的收割目市场存在的小型水草收割设备多，结构较复杂，用户在购买机器的同时还要购专的船只，成本较高。但是无论是景观水域还是养殖池塘中都存在小型船只，为此研究成低、小型、便捷、模块化以及可拆卸的水草收割设备，通过与普通船只安装组合实现水收割，这样可以降低成本，增加割草机的灵活性和使用率所制的小型可快速拆卸组合的水草切割装置，可以有效取代在中小型水域的人工割有效减轻了劳动强度，大大提高了切割效率，符合水草收割机械小型化与智能化的发展方向

。可快速拆卸组合的水草切割装置将通过固定装置与任意种类的船只结合。当用需要割草时，可以实现快速安装；当不需要割草时，可以快速拆卸，以免切割装置在，，露环境中被侵蚀破坏，延长使用寿命。这样不仅降低了成本，还能减少体积占用，更能在器损坏时方便维修更换。因此，可快速拆卸组合将是水草切割机械方面很好的发展方向。

国外研状2.1国内外产品技术现状由水草的疯狂蔓延造成水域生态环境的恶化自中作业的水草收割机产生以来引起越来越多的产厂家和研机构的重视根据现有资可，外研究水割机的比较有响的厂家有美国acquatics司

前公司经发出来的产有系列，4、H7、、10四型数十产品典产品7.77m，宽3，.2m，重.1t，机率4.92kW，于收割各类水草，需要拖船、传送带等辅助作；美国JamesR.Meclure公

，该研制有EH、H、HM三大列品，船体性较差，不合小船体业，适合大面积水草治理USAl.Hawk公司生产的液压往复式单体草收割船用滚筒式拔草装置收分开作业需设收率较joshua.Britton.公司生产的液压往复式单体水草收割船收作收高割器安密封要求高；CB公司生产的液压旋转式单体水草收割船，在吸引力的作用下，收割下的水，主为蓝藻等浮水植物CharlesB.Bryant公产液旋式单体水草收割船，整机功率大，船体振动，水草漏收率低无二次污染。荷IHCCOKONIJIN机和EEDER公司，国的OLBE和ILDER(程)公，澳大利亚、日本、俄罗斯、德国也有相类的产品1992年北京市利为了清京运河上各水草加的减少沿路水的耗特邀请了水利系统几家设计和生产单位联合开发水中割草，SGY-2.5型水中割草机即是其发的产品之一机器长宽m高重.4t主机率26.47kW需辅助作业该机与内其它型号的割草机相比不缠草草果好避让保统多。国内也有一些关的企及究机构入领域并且取得一定的究果波农机械研究所、象山农机厂、绍兴县农林管理总部联合研制W1800型河草

长.1m，宽.5m，高，重.5t功14.71kW，辅作业上电集团现代农业备有限公司液压厂开发的GC2230河割草洁船GC2000型型河道割草作业机，14.3m，宽4.25m高.54m重9t，适合大型水域；内蒙古业电学院设的GSCC-1.4水生植物割机船队北京劳模亚洲环设备有限司设计生产的LW5000多能模水草收割船割收一体作业，需辅助设备协同作，切割器受击，损比较大

科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室和唐山市绿浩源科发展有限公司研制小型电动可遥控草收割机前在研究实验阶段山青州拓机械有限公司专业生产的小型割草保洁船草收垃圾清理于一体的水面保备割刀幅米，有长米宽.3，型高0.6米的保洁船，还有超小型浅水区专用电动水草收机，动力低，需人背负工作，适池塘沟渠角等水草切割作业。2.2国内外产品优缺点表1国内外研制的水草收割设备类型切割器

推进器生产家USAAdvancedAquaticsCompanyUSAJamesR.MeclureUSAJamesUSAjoshua.Britton.O'TOOLECBB.Bryant北京市利宁波农机研究所单联合制CarlV.olson上海电集现代农装成套有公

控制方式液压液压液压液压液压液压液压液压液压液压

船体单体船单体船单体船单体船单体船单体船单体船单体船单体船单体船

形式往复式往复式旋转式旋转式旋转式旋转式往复式往复式往复式往复式

安装部位船体前部船体侧面船体前部船体前部船体前部船体前部船体前部船体前部船体尾部船体前部

形式明轮螺旋桨明轮螺旋桨螺旋桨螺旋桨明轮螺旋桨螺旋桨明轮

安装部位船体尾部船体尾部船体尾部船体尾部船体尾部船体尾部可调船体尾部船体尾部船体腰部

参数工作特长7.77m，宽3.05m，高2.2m，重，机功率14.92kW，适于收割各类水草，需要拖船传送等助业船体稳性较,不合小体作业,大积草理。滚筒式拔草装置，割收分开作业，需辅助设备，漏收率较高割收分开作业漏收率。切割器安密要高在吸引力的作用下，吸收割下的水草。主要为蓝藻等浮水植物整机功率大，体振动，水草漏收率，无二次污染。长，2m，高2m，4.4t主机率26.47kW，需辅助作业长宽2.5m高0.75m重5.5t，功率14.71kW，辅助作业。割收分开作业，需要辅助设备协同工作，切割受冲击损伤比较大。长14.3m，宽，2.54m重，适大型域市场这些产外型大长度都于5m，要人辅机同业适于型水域草的割小型区景域计都自型种不同曲线，且水面较为小，不利于大型械业。2.3本产品优势可拆卸式水草切割装置简单、廉上，当池塘需要割草时可实快速装当需草，以拆，免割装在天境侵蚀破坏延长使用寿命。在可以快速拆卸组合的基础上过节架度实同水割由养户资有限，这收装廉价用绝多数养殖可接并推。（）价格低廉速(小型水切机的成简，材料本为钢，料足，格低廉台机器所需型钢仅500元油机和刀均可直接向厂订购成本共计3000元，加简单，成本较低（）结构简单机的构常简汽油机割刀之间靠可拉伸传动轴直接传递动力这切割机场是创。台需栓螺等部一号装简。（）轻便产主支部件为型、架铝合，器件少，所汽机量仅，总量仅有30公，结量。（）便拆除了量小速(SPEED)型草割机可以速卸组装，以带器有门便携装，机器的部件都以小空间放置，用空间只有1m。不只整部件快速组装，即用于作业（）多功能性本机器除了切割水,也可以切割水里的水葫芦、藻类等破坏生态环境的水生植物机器同时可以在地上进行切割一草类，具水陆两用多功能。装3.1装置的工作原理直接传动小型船用式水草切割机作业时在水中行汽油机输轴通过伸缩花键直带偏轮转支与通夹连，子支、与油、架圆管轨均通过螺栓连接刀架中间开有螺纹孔与杠成杠螺机刀端孔于管轨。刀焊在架上片右动形剪式，成草割可以根据水草的高度通过旋转丝杠调节刀架的高度来调节刀片的高度，从而实现不同的割深直接传小型船用式水草切机通过夹子直安装于不同船只上进行作业直接拆下进行器的维护保养。图1整体装配效果图操作员在上可通旋转杠来节刀在下深，单快捷；接型水机子安同上业置时直拆下行器的护保。汽机与割刀通过可拉伸伸缩轴连接，传动长度可调。直接传动小型船式水草切割机能便安装于型船只不以样的小水，方便自如地切割草，简单可靠价廉方便，而降低劳动成本。3.2结构组成可快速拆装的携式小船式水草割由汽油底、汽油、动轴、接架、片刀盒组成。汽、油机与汽油机汽机座均通过螺栓连接架焊接于连接支架上刀架通过母固定支上由刀片下片成。可代工，寸，方，割草效高并可速拆可便地从一个水域转移到另外一个水域进行割草适于小景观水域和河蟹殖池塘中沉植物的收割（）切割选择往式切割器则能避免割器被缠绕和转的问题即遇强度韧性比大水切靠高速运动将水在考量切器料宜可直接购买的切器刀具度1100mm。船宽，以证前面的草割干净图2割刀装配体（）刀架初步拟定刀片接在刀上了实现刀的高度调节刀支分时支撑部初步计开有的钢刀架可以装配在钢板槽中以下行高度节了强架稳性，同时止架转，步计架为三角钢焊件。图3刀架（3）撑部分因池塘一般水深为500mm当水草在300400mm高需要割。节省支支律用型步拟定为号槽8号高宽43mm厚8mm。上面计的刀架，其垂直距离为230mm，那么以设计一个槽口圆形中心据离顶部为80+80+350-230=280mm因上刀架计两管心80mm，那么支撑部分立臂的槽口间要80mm，为了足架以撑臂动暂且设计由6个开槽。那么刀架的动围可达80×，全以满池水草的切割图4支架（）传动部分由切器安装位置离力置并且方向主轴很大所以动力输入采用软轴传动，以曲柄滑块机构作为驱动机构，偏心轮转速选择为500r/min。（）偏心定刀片一动刀片的间距为35mm为使片运程中能的切割，设心为35mm。样心轮转周动刀完成一个复动作

技4.1技术关键（）动力装置电作力源优是声无染不响域物缺功低作时长汽油机作动力中汽油易挥发，缺是花费高；柴油机作动力源其优点是功较大，缺点噪音高，较笨重。拟选汽油，重量，拆方便污较小（）动力传递方传采可缩花键轴将油的动直传到刀片（）水清机即割置根据工方式分为旋转式和复式，根据安位置分为前置后置、侧置三方式。但由于旋转式机构必须置于水下切割效率较低而往复式驱动机构可以放置于水上可以择合适的刀具参数来适应不同的环境选择往复从位置方面置和侧置式不能实现割收一体，所以为了避二次污染的题，选择前置式。综上述，择置往式切。（）收草装置拟用筒，其拆装便，对滚进镂式设计使体力降至最。（）安装装置设备与船体拟用弹性夹紧装置将切割和收集设备与船体相连接，夹紧装置安装于船舷4.2技术创新点切割装紧式，适通养殖船装。切定夹可根船型不同进行宽度节，以达到快速定实现割刀可上下调节，以应不同水域和同水草。支架上开设U型槽，刀安在U槽中母定把刀架安在不同的形中可调割以适应同度的草切割（）线传输，提汽油机通伸轴将动偏心轮，轮带动下刀片往复运动，形成剪刀式切割切5.1模型仿真数据在SOLIDWORKS2007中建模毕后，按实的配合关系各零件装配在一起，然后点击另存配存Parasolid第方格缀为.意保存名称为英文。然后开ADAMS“找保的Parasolid格式装配，即完成导入。导入后的型只是一个空壳我们要将个零件设置成刚体给定然才能进行下面的添约，最终实现动真析。导后的模型如下图图导入中模型接来为个零添加束，先要刀盒定刀分别上固副，后依在偏心轮托盒偏心与连、轮上杆心与轴、偏轮上承和连之间添加铰链连接最后在心轮大轮上施加500r/min的模软轴输入的速度加约和度后的模如图示：图添加运动副后刀装配体轴侧图图7刀装配体正视图在个模中要析入速为500r/min下动刀动数据首先要输出动刀的位移线验证设计目的中动刀每往复一次恰在定刀片的两个相邻之间动现最大度的利用刀具进行切割次输出动片的速度和速度曲线证刀片速满足设加速度曲否验证刀运行时平稳的。最要出刀片与刀的触曲线验动片与刀盒间否异常击。5.2仿真数据分析本次仿虑刀装配刀片系统行为。将偏心轮、承均定为体忽相之的性变，后各件施约。首先了更直的观各级动的出关系轮轮添加一个3000度秒角速然出果演刀片的运是否正确在ADAMS／View模中输仿真间10s，作步长为step=100，仿结果如下所示。图偏心轮角速度随时间变化曲线给偏心轮轴500r/min的转速：图动刀片位移时间变化曲由位移曲线可看出，移间偏轮转圈，刀进一个往，相位35mm，恰符号设方案。明此次真分析输出结果较理想。图刀片速度随时间变化曲线由动片度线以出动片的度大约，平均速度0.6m/s，速度较合。明次仿分析出结比理想图11.动刀片加速度随时间变化曲线由刀片的加速度曲线图可以看出，在动刀片向托刀盒方向运动时加速度有一个最值，会刀、曲柄还有偏心产生较大伤害所以刀的装还要进一步优化。图.动刀片与托刀盒碰撞力随时间变化曲22由刀片和托刀盒的碰撞曲线可以看出，在动刀片在运行过程中，与托刀盒无明显常碰，明心和杆设基本合计求综上Adams软件运动学分析，可以出本文所计的可快速拆卸合式水草切割装置基本满足要求，些地方还需要进步的改进。5.2试验测试表产品参数动力cc)割幅

Value491.2割深

0

1收割度/h)水中前速度割刀移速度m/s)船的吃深度

1.8530.30.7整体长x

宽

高m)

1x1.2x1.2注意

以参数可根据实际情况调该直传动型用式草切机第代机已2012年月经过设计和调试后在上海海洋大学泊进行了实地切试验，效满意，达到了设要求。图1地切割实验作时（）割幅(m)割深(m)收割度/h)水中前速度km/h)割刀移速度船的吃深度m)收割积收割率耗油（）

表3试验数据Value20.70～11.8530.30.70.25580%1.4通过试测试计算，一天8小时工作计算，割草量为20亩油5.6升割草率80%人割，天8小时计算，人割草量为2.5亩人。此水草收割机收割是人工割8倍，大大提高了作业效率。前预测年10月，团队成分去海崇、阳螃蟹殖地地考察，蟹殖域大部分为分块养殖，每小块面积20左水盖在左，呈现密集型。调研场如14、15所示图14调养殖户图15养区水草过盛场景通过调研显示长江三洲带淡水殖积1400余万亩，明县蟹水的殖积为20.1万，溧阳市水殖达60.15万，部分分小水域。针小型水草收割机，仅上海，江苏，浙江，安徽等市场需求量约40万，后期可陆续开拓山东福、西等市场因，产品场景阔，百姓接程高。附件一

项利专利1（证书）专利2二、表篇章（advancedtechnology：Wangxiangchun（1）DevelopmentofASmallAquaticCuttingMachine（2）SimulationAnalysisofReciprocatingCutterBasedonADAMS

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