自走式小型挖藕機(jī)的設(shè)計(jì)

1、自走式小型挖藕機(jī)的設(shè)計(jì)目錄摘要iAbstractii1緒論11.1課題研究背景和意義11.2國內(nèi)外挖藕機(jī)械研究現(xiàn)狀11.2.1國外研究現(xiàn)狀11.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.3研究目的及意義41.4主要研究內(nèi)容與目標(biāo)41.5研究方法41.6技術(shù)路線圖51.7本章小結(jié)62自走式小型挖藕機(jī)總體設(shè)計(jì)72.1設(shè)計(jì)原則和方式選擇72.1.1設(shè)計(jì)原則72.1.2方式選擇72.2總體方案設(shè)計(jì)82.2.1整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)82.2.2挖藕機(jī)工作過程92.3本章小結(jié)93關(guān)鍵組成部件的選擇與設(shè)計(jì)103.1動(dòng)力選擇103.2挖藕鏟的設(shè)計(jì)103.2.1挖藕鏟整體設(shè)計(jì)103.2.2挖藕刀片的設(shè)計(jì)123.3撥藕輪的設(shè)計(jì)123.3.1

2、撥藕輪選擇123.3.2撥藕輪參數(shù)確定123.3.3撥指的確定153.4浮筒的設(shè)計(jì)163.5刮土器的設(shè)計(jì)173.5.1刮土器的選擇173.5.2刮土器主要參數(shù)183.6液壓油缸的設(shè)計(jì)183.7本章總結(jié)204結(jié)論與展望214.1結(jié)論214.2展望21參考文獻(xiàn)23致謝25 I摘要由于蓮藕生長在水域較多的地方，所以在我國主要存在于南方地區(qū)，那里水域較多氣候適宜生存。同時(shí)蓮藕有較高的食用和藥用價(jià)值，在我國被大量種植。蓮藕是一種種植簡單但采收難的水生植物，人工采收效率較低，主要有兩個(gè)方面的問題；第一，生長與水下，人工采收較為困難；第二，現(xiàn)有的蓮藕機(jī)械采收方式多為半機(jī)械化方式，即人+水槍，這種方式雖然效率

3、提高了，但仍然存在采凈率低的情況。主要表現(xiàn)于蓮藕出水現(xiàn)象低下，很多成熟的蓮藕由于沒有噴出而堵在土壤中腐爛掉。同時(shí)，人工水槍需要在水下工作，致使健康問題得不到保障。并且這種方式成本較高，經(jīng)調(diào)查，請用人工水槍挖藕每天花費(fèi)300元左右，這對于很多農(nóng)名來說是一筆很大的開銷。所以，現(xiàn)在市場迫切需要一種成本低并且能提高蓮藕采收率的機(jī)器出現(xiàn)。當(dāng)前蓮藕采收機(jī)械大多是噴流式機(jī)械，這種形式的挖藕機(jī)繼承了傳統(tǒng)的人工采收方式，并且采用機(jī)械代用人工進(jìn)行，雖然提升了效率，但還是不能很大限度的提升，所以為更大程度的提高挖藕效率，本文中介紹了一種在水下挖藕采蓮的自走式機(jī)械，最大的方式是采用挖藕鏟刮土器和撥藕輪對蓮藕進(jìn)行采收，

4、這種方式擺脫了傳統(tǒng)的用噴水式采收蓮藕，大大提升了藕農(nóng)的采蓮效率，同時(shí)工作過程中藕農(nóng)坐在機(jī)器上進(jìn)行工作，這樣避免了長時(shí)間泡在水下對身體的損傷，也使得蓮藕采收得到了保障。關(guān)鍵詞：蓮藕；挖藕效率；機(jī)械式；水下采挖 iiiAbstractAs lotus root grows in places with more water, it mainly exists in the south of China, where more water and climate are suitable for survival.At the same time, lotus root has high edibl

5、e and medicinal value and is widely cultivated in China. Lotus root is a kind of aquatic plant which is easy to grow but difficult to harvest. First, it is difficult to grow and harvest artificially under water. Second, the existing mechanical harvesting method of lotus root is mostly semi-mechanize

6、d, that is, man + water gun. Although the efficiency of this method has been improved, the net extraction rate is still low.It is mainly manifested in the low water level of lotus root, and many mature lotus roots are stuck in the soil and rot away because they are not spouted out. At the same time,

7、 artificial water guns need to work underwater, so health problems are not guaranteed. The cost of this method is relatively high. According to the survey, it costs about 300 yuan to dig lotus root with a manual water gun every day, which is a big expense for many farmers. Therefore, the market is i

8、n urgent need of a low-cost machine that can improve the recovery of lotus root.Current lotus root harvest machinery is mostly jet flow, this form of digging lotus root machine inherits the traditional way of manual harvest, and USES the machinery substitute artificial, although improved the efficie

9、ncy, but still not great limit, so to a greater degree of improve the efficiency of digging lotus root, this article introduces a kind of underwater dig lotus root lotus of self-propelled machinery, the largest method is to adopt lotus root shovel scraper and dial to harvest of lotus root, lotus roo

10、t round this way to get rid of the traditional water jet harvest lotus root, greatly improve the efficiency of mining lotus, lotus root farmers at the same time, the lotus root in the working process of the farmer sat on a machine to carry on the work, In this way, the damage tocarry on the work, In

11、 this way, the damage to the body caused by prolonged immersion in water is avoided, and the lotus root harvest is guaranteed.Key words: lotus root; Efficiency of digging lotus root; Mechanical; Excavation of underwater1緒論1.1課題研究背景和意義蓮藕是一種特別有意義的水生植物，它不僅可以食用而且可以藥用，在我國它通常還有很多象征意義，“出淤泥而不染”比喻“清高”,還有比喻愛情

12、的“藕斷絲連”等等。所以他在人們心中具有很好的口碑，但是坊間流傳“蓮藕好吃挖藕難”確實(shí)令很多人不免有些失望。在我國蓮藕已經(jīng)有3000多年歷史了，從出現(xiàn)到人們對它的挖掘一直以來困擾著很多人，在我國南方地區(qū)有很大一部分蓮藕生長區(qū)，特別是湖北地區(qū)為全國之最，即使現(xiàn)在人們在采蓮上面已經(jīng)做出了很多的優(yōu)化，比如人+水槍式的采蓮器械，這種方式的出現(xiàn)對采蓮產(chǎn)生了很大的幫助。與此同時(shí)，在改革開放以來人們對采蓮的研究出現(xiàn)更是越來越多。但是現(xiàn)在人民生活富裕，生活質(zhì)量要求大幅提高，對于攝生也特別的重視，所以在未來蓮藕的挖掘會(huì)是更大一步的考驗(yàn)，怎樣提高采蓮效率逐漸成為科研工作者們所面臨考研。目前，蓮藕的采摘效率極為低下

13、，人+水槍的采藕方式，就是利用水泵將藕池里的水輸送給高壓水槍，藕農(nóng)拿著高壓水槍將埋在泥土里的蓮藕利用水的壓力將其噴出，蓮藕密度小于水的密度當(dāng)其離開泥土的附著力之后會(huì)慢慢的浮出水面，這樣就達(dá)到了采收的目的。但是這種采藕方式不僅效率低下對藕的損失較為嚴(yán)重，更重要的是藕農(nóng)要在水里工作很長時(shí)間，勞動(dòng)強(qiáng)度特別大，并且對于身體也有很大的損傷，可見這種傳統(tǒng)采藕方式終將淘汰。為減輕采藕負(fù)擔(dān)，研究者希望能研究出一種自動(dòng)化的采藕機(jī)械，這樣不僅能提高效率，而且會(huì)減少勞動(dòng)強(qiáng)度。目前國內(nèi)大多采用的是噴流式原理的挖藕機(jī)，其中包括動(dòng)力系統(tǒng)，水泵，輸送裝置和操作裝置，其原理就是動(dòng)力系統(tǒng)的一部分動(dòng)力使得水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵將高壓水輸

14、送給水管，通過水管的高壓水將泥土中的蓮藕沖刷出來，同時(shí)承載機(jī)構(gòu)采用船式，藕農(nóng)們可以不用下水將蓮藕給采摘出來。這種方式雖然減少了很多的問題，但是工作深度較小，對于深埋在地下的蓮藕難以開采出來，所以蓮藕的采收機(jī)械還在進(jìn)一步研究之中。1.2國內(nèi)外挖藕機(jī)械研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀目前蓮藕在全世界范圍內(nèi)研究較少，在東南亞地區(qū)普遍存在，但相關(guān)方面研究也相對較少。另外，蓮藕在日本非常受歡迎，同時(shí)種植了大面積的蓮藕，由于勞動(dòng)壓力較大，民眾需求較大，所以日本對于挖藕機(jī)械也有一些研究。目前存在較為普遍的是上世紀(jì)由日本研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成的三種形式的挖藕機(jī)，即型挖藕機(jī)，型挖藕機(jī)，型挖藕機(jī)，此種形式的挖藕機(jī)都是附有高壓

15、水泵的噴流式挖藕機(jī)。型挖藕機(jī)適用于在藕田灌水1020cm狀態(tài)下工作，有較小的工作幅寬，僅為1.8米。利用鋼絲繩牽引行走。這種采藕機(jī)效率為0.30.4畝/小時(shí)，比人工采藕提升好幾倍。型挖藕機(jī)將牽引裝置置于船體內(nèi)工作幅寬設(shè)置為3.6米，將噴嘴外徑變大使其具有更大的工作強(qiáng)度，同時(shí)帶有集藕裝置，使得操作變得較為簡單，大大提升了工作效率。型挖藕機(jī)（泵定制式小型挖藕機(jī)）區(qū)別于前面兩種，噴頭采用機(jī)械式強(qiáng)行帶動(dòng)扇形循環(huán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，作業(yè)幅寬為1.8米，噴頭對地面的傾斜角為80，噴管頂端前后分別安裝內(nèi)徑20毫米以下和內(nèi)徑30毫米以下的噴頭。將水泵放置于岸邊通過水管將高壓水送至挖藕機(jī)上，行走方式由兩人進(jìn)行，可分為自走

16、式和牽引式供其選擇，相對較為靈活。其采藕機(jī)效率為0.25畝/小時(shí)，是人工采藕的3倍。日本中東工業(yè)設(shè)計(jì)的挖藕機(jī)將機(jī)械式與噴流式結(jié)合使用，噴流式配有氣泵、高壓水泵、無縫鋼管；機(jī)械式的裝置主要有挖藕鏟、驅(qū)動(dòng)輪、輸送鏈的傳動(dòng)。工作動(dòng)力一部分用來行走，另一部分傳輸給液壓系統(tǒng)，由液壓系統(tǒng)全部驅(qū)動(dòng)挖藕機(jī)構(gòu)的升降。主要工作原理為高壓水泵提供水流于無縫鋼管之中，無縫鋼管的噴水口為圓弧形，這樣對淤泥有一個(gè)切割作用，使得蓮藕更容易地從泥土中脫離；另外挖藕鏟由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)前進(jìn)，同時(shí)在兩點(diǎn)間抖動(dòng)，使得附著在蓮藕上的泥土分離，當(dāng)蓮藕浮出水面之后由輸送裝置將其收置于工作臺(tái)上。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀在改革開放以來，我國挖藕機(jī)

17、研究進(jìn)度較為緩慢，1984年武漢工學(xué)院李凡愛團(tuán)隊(duì)成功研制出早期的機(jī)械式挖藕機(jī)。該挖藕機(jī)由除草滅茬機(jī)構(gòu)、沖渣螺旋推進(jìn)器、振動(dòng)挖藕鏟、驅(qū)泥蒲滾、輸送分離器、驅(qū)動(dòng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、船體、駕駛室和發(fā)電機(jī)組等部分組成（李凡愛 1984）。結(jié)構(gòu)相對較為簡單，主要工作原理為在挖藕機(jī)工作之前由除草滅茬機(jī)構(gòu)將水中的雜草打碎，機(jī)體在行進(jìn)過程之中沖渣螺旋推進(jìn)器將這些雜草分散開來以便進(jìn)行下一步挖藕操作，挖藕主要由振動(dòng)挖藕鏟進(jìn)行，挖藕鏟將泥土中的藕挖掘出之后由輸送分離裝置歸于船體之中。此種挖藕機(jī)大大提升了挖藕效率，但是缺點(diǎn)也相對明顯，在分離藕的過程之中泥土占比較大，需要藕農(nóng)手工分揀，耗時(shí)耗力。1999-2001年，武漢市農(nóng)

18、機(jī)服務(wù)總站、工程技術(shù)學(xué)院與江蘇省南通市江華機(jī)械有限公司聯(lián)合研制出4OZ-3型自走式水壓蓮藕采挖機(jī)（劉義滿等 2014）。主要由水泵、行走裝置、供水軟管組成。工作時(shí)水泵至于田邊，抽取田間的水作為挖藕動(dòng)力，同時(shí)在田間由行走裝置采機(jī)水下蓮藕，水泵中的水在供水軟管的承載下對泥土中的蓮藕進(jìn)行沖刷，噴頭設(shè)置有30mm、25mm、20mm三種型號(hào)，可對不同水源中的蓮藕工作，靈活方便。但是此種挖藕機(jī)動(dòng)力較為分散，藕農(nóng)運(yùn)輸需要時(shí)間長，同時(shí)準(zhǔn)備工作較多。對于蓮藕的采集完整率低，大范圍推廣相對困難。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生王維在導(dǎo)師姬長英指導(dǎo)下，通過實(shí)施江蘇省農(nóng)機(jī)三項(xiàng)工程項(xiàng)目田藕機(jī)械化生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)開發(fā)，成功研制出4SW

19、O-1.2型船式水力挖藕機(jī)（劉義滿等 2014）。該挖藕機(jī)由動(dòng)力輸出裝置、蓄水裝置、牽引裝置、擺動(dòng)裝置、工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)和船體6部分組成（王維 2009）。其挖藕方式為柴油機(jī)帶動(dòng)整機(jī)行走，一部分動(dòng)力傳給水泵，帶動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)。水泵將蓄水裝置中的水源輸送給分水器一，再通過分水器二將高壓水從噴頭沖出進(jìn)行挖藕，噴頭分為多種型號(hào)，可對不同環(huán)境下的蓮藕工作。設(shè)有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過液壓缸來調(diào)節(jié)，可以達(dá)到一定的工作幅寬。這種挖藕機(jī)極大的提升了挖藕效率，造價(jià)也相對較低，解決了大部分藕農(nóng)的擔(dān)憂。2016年肖科星在導(dǎo)師夏俊芳指導(dǎo)下，通過湖北省大面積種植的“鄂蓮5號(hào)”為研究對象，做了蓮藕的力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行了蓮藕物料特

20、性研究、蓮藕水力沖刷采收影響因素理論分析、蓮藕水力采收實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)、蓮藕水力沖刷性能實(shí)驗(yàn)研究（肖科星 2016）。對蓮藕有了一個(gè)定性認(rèn)識(shí)，同時(shí)設(shè)計(jì)了一種噴頭能夠自動(dòng)控制的水力式蓮藕采收試驗(yàn)裝置，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺母沿絲桿左右移動(dòng)，從而帶動(dòng)與滑臺(tái)連接工作平面左右移動(dòng)，而折彎板用螺絲固定在工作臺(tái)面上，從而實(shí)現(xiàn)安裝在折彎板上的噴頭的左右移動(dòng)。噴頭的前后運(yùn)動(dòng)采用側(cè)面齒輪齒條嚙合傳動(dòng)，使得噴頭較為靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)不同作業(yè)下的工作。2018年吳昊以第一作者發(fā)表于農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)的自旋射流式挖藕機(jī)，該機(jī)主要由水泵 HONDA WB30XH、機(jī)架、浮圈和旋轉(zhuǎn)管路組成（吳昊等 2018）。該挖藕機(jī)的挖藕方式

21、為浮圈里面充有氣體可調(diào)節(jié)挖藕機(jī)在水中的浮力大小以達(dá)到既定的工作深度，同時(shí)旋轉(zhuǎn)管路有兩個(gè)距離1000mm的噴頭組成，可以繞機(jī)組進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，水泵提供的水源經(jīng)管路到達(dá)噴頭，在噴頭旋轉(zhuǎn)的過程中實(shí)現(xiàn)對蓮藕的沖刷，旋轉(zhuǎn)的反作用力帶動(dòng)整機(jī)行走，此時(shí)水流為螺旋形達(dá)到了更好的沖刷目的。此挖藕機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，造價(jià)較低，能夠滿足藕農(nóng)們的需求。我國對蓮藕開采機(jī)械的研究越來越多，很多學(xué)者和團(tuán)隊(duì)研究成果取得了成就，但是從總體上來看，我國蓮藕開采機(jī)械化程度較低，沒有出現(xiàn)很好的能夠便利，快捷的機(jī)械供于藕農(nóng)們選擇，大多數(shù)為噴水式，這種形式的機(jī)械總體來看開采效率不高，大多數(shù)深水藕很難開采出來而在泥土中腐爛掉，藕農(nóng)們前期準(zhǔn)備工

22、作較多，同時(shí)也需要人工輔助作業(yè)才能完成，如何才能制造一種提高效率，減少蓮藕損失，并且造價(jià)較低的機(jī)器才能滿足藕農(nóng)需求，還得通過不懈努力才能實(shí)現(xiàn)。1.3研究目的及意義綜上所述，目前研究的采蓮機(jī)械比人工開采效率提升很大，但是大多存在造價(jià)較高，很難使藕農(nóng)們接受?？傮w上呈現(xiàn)自動(dòng)化，便捷化，智能化低等情況，我國是蓮藕種植大國，對于蓮藕的供給已越來越大，所以小型，自動(dòng)，高效的機(jī)械出現(xiàn)在各家各戶才能滿足需求，這樣國家蓮藕行業(yè)才會(huì)蒸蒸日上。1.4主要研究內(nèi)容與目標(biāo)（1） 通過查閱資料，結(jié)合現(xiàn)存采蓮機(jī)械的優(yōu)缺點(diǎn)，提出總體設(shè)計(jì)方案；（2）開展挖藕技術(shù)與裝備研究，主要包括動(dòng)力系統(tǒng)選型、機(jī)械式挖藕裝置和輸送裝置等部件的

23、理論分析與設(shè)計(jì)，通過各零部件的合理布局，設(shè)計(jì)出適用的自走式小型挖藕機(jī)。（3）計(jì)算主要部件的性能，校核；（4）利用SolidWorks繪制三維視圖進(jìn)行可行性分析，同時(shí)完成各零部件的三維二維視圖，并且完成裝配。1.5研究方法（1）通過查閱參考文獻(xiàn)、學(xué)術(shù)期刊等，每周加強(qiáng)與指導(dǎo)老師交流溝通,了解自走式小型挖藕機(jī)的研究流程。 （2）對市場上已有的自走式小型挖藕機(jī)進(jìn)行觀察與調(diào)查，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)。 （3）查閱與蓮藕采收機(jī)械化相關(guān)的中外文文獻(xiàn)及專利等資料，了解自走式小型挖藕機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)。 （4）利用三維設(shè)計(jì)軟件 SolidWorks 對自走式小型挖藕機(jī)進(jìn)行三維模型建設(shè),二維視圖的繪制則用CAXA軟件

24、進(jìn)行。1.6技術(shù)路線圖圖1-1技術(shù)路線圖Fig. 1-1 technology roadmap1.7本章小結(jié)本章主要介紹了蓮藕開采機(jī)械的研究背景，對國內(nèi)外的研究狀況進(jìn)行分析，由分析結(jié)果來提出自身所研究的思路、方法和目標(biāo)，結(jié)合課題，確定研究內(nèi)容和技術(shù)路線圖。 2自走式小型挖藕機(jī)總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原則與方式選擇2.1.1設(shè)計(jì)原則（1） 為避免藕農(nóng)長時(shí)間浸泡在水中，需要在設(shè)計(jì)時(shí)能夠在機(jī)體工作，同時(shí)能夠在適應(yīng)各種條件下的挖藕工作。（2） 由于蓮藕脆且易斷，在工作部件設(shè)計(jì)能夠盡量減少損失，同時(shí)應(yīng)提高挖藕效率，加大開采力度。（3） 深水藕一直是一個(gè)挖掘開采的難題，很多由于沒有開采出而腐爛在土壤里面，這就需

25、要設(shè)計(jì)一種能夠更大程度的挖掘深水藕的機(jī)械出現(xiàn)，并且在田間能夠運(yùn)行自如，對于各種環(huán)境下的蓮藕均能開采出來。（4） 希望設(shè)計(jì)出一種造價(jià)較低能夠滿足走進(jìn)各家各戶的機(jī)械，并且在運(yùn)輸上能夠載著工作人員行走的小型挖藕機(jī)械。2.1.2方式選擇隨著我國挖藕機(jī)械的日益改善的進(jìn)步，目前市場上存在兩種方式的采收類別，一種為噴流式，一種為機(jī)械式。噴流式機(jī)械在淺水藕的挖掘上有一定的優(yōu)勢，但是對于深水藕的開采存在出藕率低，采收困難等情況，而且機(jī)械整體上出現(xiàn)的問題較多，主要在于水管由于水中摩擦破損較為嚴(yán)重，一旦水管破裂，對于挖藕的動(dòng)力來源將會(huì)大打折扣，同時(shí)在運(yùn)輸上存在很大的難題，很多噴水型挖藕機(jī)都需要人工輔助其才能進(jìn)入水中

26、工作，這就需要加大很多勞動(dòng)力在運(yùn)輸方面，使得采收過程很難進(jìn)行；機(jī)械式不僅在各種環(huán)境下能夠運(yùn)行自如，而且采藕效率較快，藕農(nóng)可以在出門時(shí)駕駛其直接進(jìn)入田地工作，大大減少出行時(shí)的準(zhǔn)備工作，同時(shí)在工作過程中對于深水淺水均可開采，靈活、方便、快捷、智能，不需要太多的勞動(dòng)力投入，滿足了個(gè)體家庭對于采蓮的需求。挖藕機(jī)械的承載方式選擇，主要有自走式和船式兩種形式，自走式機(jī)械在工作過程中存在容易熄火承載重力較大等情況，但是相對較為靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)深水藕工作。而船式承載方式會(huì)比較笨重，但是由于其設(shè)計(jì)為流線型，能夠?qū)崿F(xiàn)水中行駛減少阻力，更加快捷地進(jìn)行。所以在承載方式上選擇一種能夠?qū)崿F(xiàn)兩種結(jié)合的方式進(jìn)行，同時(shí)在前方設(shè)計(jì)

27、浮筒，減少前方重力過重，這樣就會(huì)揚(yáng)長避短，達(dá)到最大程度的行走。2.2總體方案設(shè)計(jì)2.2.1整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題研究的主要目的是提高挖藕效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)挖藕作業(yè)，所以采用機(jī)械式挖藕方式，在加快出藕率的作用之下盡量減少損失。整個(gè)挖藕機(jī)結(jié)構(gòu)由四個(gè)部分組成，包括工作部分、動(dòng)力傳送裝置、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及采藕輔佐裝置。工作部分包括挖藕鏟、挖藕刀片、撥藕輪、撥齒、刮土器。其中挖藕鏟連接在支桿上，由支桿支撐其向前行走，撥藕輪上面放置液壓馬達(dá)，通過田間的水對液壓馬達(dá)進(jìn)行充水，由發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分動(dòng)力使其旋轉(zhuǎn)，通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)撥藕輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。刮土器與挖藕鏟進(jìn)行鉸接，固定在挖藕鏟上通過支桿的力量使其支撐起來。動(dòng)力輸

28、送裝置主要包括動(dòng)力輸出軸、鏈傳動(dòng)以及各種傳動(dòng)部件組成，主要為機(jī)體提供動(dòng)力來源。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要有油缸和液壓馬達(dá)組成，通過油缸來調(diào)節(jié)撥藕輪與挖藕鏟的相對位置以達(dá)到更大的工作深度。輔助裝置主要包括浮筒、機(jī)體、駕駛體等組成，浮筒為減少前方工作部分重力而設(shè)定，其他部件能使藕農(nóng)有一個(gè)很好地駕駛體驗(yàn)。圖2-1 自走式小型挖藕機(jī)三維裝配圖Fig. 2-1 3 d assembly drawing of a small self-propelled coupler2.2.2挖藕機(jī)工作過程機(jī)器工作時(shí)，刮土器將上層泥漿和藕桿向工作幅寬外側(cè)推開；挖藕鏟深入到下層泥漿中進(jìn)行挖藕，與此同時(shí)，撥藕輪的撥指將挖藕鏟上的藕向

29、后上方輸送，并與泥漿分離。通過液壓缸，可以調(diào)節(jié)挖藕深度、撥藕輪與挖藕鏟相對位置?？梢栽谥U上安裝網(wǎng)袋收集藕，或者安裝柵條式輸送裝置進(jìn)一步分離泥漿與藕，并輸送至船體內(nèi)集堆。動(dòng)力輸出軸可以給撥藕輪和輸送裝置提供動(dòng)力。支桿和支架是左右對稱布置。前方過重時(shí)，在挖藕鏟上面設(shè)置有浮筒，可拆卸使用。在線水藕挖掘過程中可安裝達(dá)到既定工作深度，在深水藕挖掘過程中將其取出來，這樣前方由于重力因素會(huì)自動(dòng)下沉至結(jié)藕面進(jìn)行挖掘。2.3本章小結(jié)本章介紹了此挖藕機(jī)械的設(shè)計(jì)原則與挖藕方式的選擇，確定采收原理為機(jī)械式，確定整體設(shè)計(jì)方案介紹工作原理，并繪制出了三維實(shí)體造型。3關(guān)鍵組成部件的選擇與設(shè)計(jì)3.1動(dòng)力選擇由于蓮藕主要生長

30、在南方地區(qū)，且南方地區(qū)陰雨較多，機(jī)體總體都是金屬制造，如果電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)整機(jī)行走，容易發(fā)生觸電危險(xiǎn)，故本次課題將柴油機(jī)作為動(dòng)力源，同時(shí)配合液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整機(jī)各個(gè)部分工作，這樣既可以在充滿水的惡劣環(huán)境中有動(dòng)力保障，并且液壓系統(tǒng)能夠保障各部分工作運(yùn)行平穩(wěn)，較長時(shí)間的在水下工作。經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)本次動(dòng)力裝置適合采用YSAD380柴油機(jī)，該機(jī)行程90(mm),缸心距100mm，功率/轉(zhuǎn)速(kW/r/min)20.5/3000，外特性最低燃油消耗率(g/kW.h)247，最大扭矩(N.m)72.2，壓縮比18，排量(L)1.357,噴油壓力(kPa)220.5外形尺寸(長寬高)mmmmmm587474628，

31、凈重量165kg 。該機(jī)與同類型柴油機(jī)相比具有質(zhì)量輕、功率大、油耗小的優(yōu)點(diǎn)（王維 2009）。由于此種柴油機(jī)沒有動(dòng)力輸出軸，故在動(dòng)力輸出位置將一部分動(dòng)力利用減速器配合鏈傳動(dòng)帶動(dòng)水田輪轉(zhuǎn)動(dòng)，水田輪支撐機(jī)器向前推進(jìn)，鏈傳動(dòng)特點(diǎn)表現(xiàn)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，在水田里適合運(yùn)用。分出另一部分動(dòng)力給液壓泵，采用帶傳動(dòng)平穩(wěn)，通過液壓泵帶動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的工作可以調(diào)節(jié)撥藕輪與挖藕鏟相對位置，以便達(dá)到既定的工作幅寬，同時(shí)通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)撥藕輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣整個(gè)機(jī)器就會(huì)運(yùn)作起來。3.2挖藕鏟的設(shè)計(jì)3.2.1挖藕鏟整體設(shè)計(jì)挖藕鏟是進(jìn)行挖藕工作尤為重要的一個(gè)組成部分，由于長期在水下工作，需要較大的強(qiáng)度與硬度指標(biāo)，故采用Q235碳

32、素結(jié)構(gòu)鋼，在其表面鍍有一層抗氧化性物質(zhì)避免生銹。由于是小型挖藕機(jī)械，不需要太大的工作幅寬，所以在寬度上選擇1200mm作為挖藕機(jī)械整體的工作幅寬，同時(shí)挖藕鏟承載著挖掘出來的蓮藕，要與撥藕輪配合才能將這些蓮藕運(yùn)轉(zhuǎn)出去，在中間部分設(shè)計(jì)有圓弧型凹板與撥藕輪配合使用，圓弧凹板半徑為909mm。高度較小，為300mm.這樣可以很好的將蓮藕分離出去。鏟面設(shè)計(jì)為三角刀型，輔助挖藕刀片挖藕工作，挖藕鏟整體上懸空在水中，通過支桿將其拖動(dòng)起來，在鏟背部分進(jìn)行鉸接，支桿后面與大油缸鉸接，通過大油缸來控制挖藕鏟的擺動(dòng)，以便調(diào)節(jié)挖藕深度。圖3-1挖藕鏟外觀三維設(shè)計(jì)Figure 3-1 appearance design

33、 of digging lotus root shovel圖3-2挖藕鏟二維設(shè)計(jì)Figure 3-2 two-dimensional design of digging lotus root shovel3.2.2挖藕刀片的設(shè)計(jì)挖藕刀片用來將泥土切碎，同時(shí)深入泥土進(jìn)行挖藕工作，查閱資料可得蓮藕的直徑為80-120mm,每條根長約80-140mm,藕體長約1000-1200mm。所以在設(shè)計(jì)時(shí)在刀片對蓮藕損傷較小的情況下能夠?qū)⑸徟嚎焖偻诰虺鰜?，刀片整體呈圓形，應(yīng)對于水中所受應(yīng)力較大的情況，此刀片直徑為70mm，長度為200mm。在圓柱形上面做成了片狀用來更好的深入泥土，刀片焊接在挖藕鏟面上進(jìn)行挖藕

34、工作，在挖藕鏟面上分布有6個(gè)刀片，每個(gè)刀片之間距離190mm，保證大于蓮藕的直徑以免發(fā)生堵塞并且減少損傷。圖3-3挖藕刀片F(xiàn)igure. 3-3 lotus root digging blade3.3撥藕輪設(shè)計(jì)3.3.1撥藕輪選擇撥藕輪的設(shè)計(jì)與撥禾輪類似，但有些地方又存在不同。目前市面上存在的撥禾輪主要有兩種，一種是普通形式，一種為偏心式撥禾輪，由于挖藕輪要與刮土器還有挖藕鏟配合使用，尤其在與挖藕機(jī)配合時(shí)需要與挖藕鏟的凹板相對應(yīng)，使得偏心式挖藕輪的偏心程度很難確定，所以選擇普通式撥藕輪。其軸通過支桿支撐，同時(shí)在軸外加入液壓馬達(dá)帶動(dòng)撥藕輪轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3.2撥藕輪參數(shù)確定（1） 撥藕輪的半徑確定由公

35、式關(guān)系得到允許的最大值-撥藕輪工作速比h-割刀離地面高度L-要收獲的作物自然高度帶入數(shù)據(jù)，以及根據(jù)實(shí)際情況得到R=350mm。（2） 壓板數(shù)確定通常撥藕輪的選擇范圍為38個(gè)，根據(jù)實(shí)際需要,此處取Z=5。圖3-4撥藕輪端蓋右視圖Right view of end cover of lotus wheel圖3-5撥藕輪端蓋主視圖Figure 3-5. Main view of the end cover of lotus wheel（3） 撥藕輪安裝高度的確定 撥藕輪高度必須要和下方的挖藕鏟以及刮土器相配合，能夠最大程度的將挖藕鏟所挖的蓮藕撥離到船體或者網(wǎng)袋中。由此公式可得挖藕輪的離地高度h-割刀

36、離地面高度R-撥藕輪半徑-撥藕輪工作速比L- -要獲得的作物自然高度得到H=1082mm。在挖藕輪工作時(shí)由于液壓油缸中液壓油桿的活動(dòng)，使得撥藕輪有升有降,所以存在高度調(diào)節(jié)范圍。3.3.3撥指的確定撥齒焊接在撥板上，通過撥指來將挖藕鏟挖出的藕撥到船體或者網(wǎng)袋中，所以撥指呈現(xiàn)彎曲狀，彎曲半徑為4mm,在尖端設(shè)計(jì)成圓型形狀，圓形半徑為4mm,減少對蓮藕的損壞，同時(shí)在長度不應(yīng)太長，這樣就不會(huì)打到挖藕鏟上使其折斷。在撥指的分布上應(yīng)滿足小于蓮藕的直徑，這樣才會(huì)將所有藕全都撥離掉，所以整個(gè)撥板上排列有20個(gè)撥指。圖3-6撥指在撥板上分布三維圖 Figure 3-6 3d distribution of di

37、als on the dials圖3-7撥指二維視圖Figure 3-7 dials to a two-dimensional view3.4浮筒的設(shè)計(jì)由于前方過重，所以本次設(shè)計(jì)需要加入浮筒，通過浮筒在水中承受浮力將前方機(jī)體支撐起來，避免前方下沉嚴(yán)重引起側(cè)翻現(xiàn)象。課題中浮筒總體為圓柱形，直徑為400mm，總長度1200mm，前方阻力較大，因此設(shè)計(jì)有錐形蓋，可以在不減少總體動(dòng)力的情況下減少阻力，錐形蓋的長度為200mm。在浮筒的圓柱體上設(shè)有與刮土器相配合的軸，直徑為30mm，安裝在左右兩側(cè)保證平衡，與刮土器固定為前方承載重力。由于浮筒是為承載前方重力而確定，所以要計(jì)算受到的總體浮力，保證挖藕機(jī)能

38、夠在水中能正常工作，以達(dá)到正常的采挖效率。根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)浮=G排=液gV排, 排=水=1.0103kgm3,g=9.8Nkg?？傻玫脚潘w積，計(jì)算得出,可計(jì)算得，從計(jì)算結(jié)果來看，如果浮筒完全浸泡在水里，能夠承受前方620kg的重量，前方由于本身所受浮力加之自身重量達(dá)不到620kg，故本次設(shè)計(jì)能夠使挖藕正常工作。圖3-8浮筒三維設(shè)計(jì)Figure . 3-8 3d design of buoy3.5刮土器的設(shè)計(jì)3.5.1刮土器的選擇刮土器的主要作用是將蓮藕上方多余的泥土刮起來并且將其作用在工作幅寬之外，在不影響撥藕輪的前提之下挖藕機(jī)能夠正常工作，同時(shí)也可以減少挖藕機(jī)的壓力，挖出來的蓮藕泥土粘

39、結(jié)較少，相對干凈很多。在設(shè)計(jì)過程中主要存在三種方案：（1） 直接將刮土架前端做成斜面，在斜面的作用之下將上層泥土翻開，可以達(dá)到挖土的目的，但是這種方式泥土沒有側(cè)翻到工作幅寬兩側(cè)，作用的泥土大部分停留在刮土器上方甚至直接進(jìn)入撥藕輪工作區(qū)域，對撥藕輪的運(yùn)行產(chǎn)生了很大的影響。（2） 設(shè)計(jì)刮土架，同時(shí)在刮土架上面安裝一排鏵式犁，在機(jī)體向前走的過程中通過鏵式犁將上層泥土翻開并且作用到工作幅寬外面，這種情況看似可行，但是鏵式犁的安裝只能將泥土作用到一邊，對于另外一邊泥土完全涉及不到，而且中間的土壤也很難排出，需要挖藕機(jī)多次重復(fù)作用,加大了機(jī)器作用強(qiáng)度,工作效率也不高,同時(shí)，使得整體機(jī)構(gòu)價(jià)格提升了不少，所以

40、也是不可取的。（3） 為減少價(jià)格，提升效率，所以采用了第三種方案，這種方案是將刮土器做成V字形，這種形狀不僅可以將泥土作用到兩端，而且對撥藕輪的工作影響相對較小，相比于其他兩種，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行方便，更有優(yōu)勢。3.5.2刮土器主要參數(shù)本次課題設(shè)計(jì)的刮土器工作厚度為300mm，為了不影響撥藕輪工作，在后方將其寬度減小，設(shè)計(jì)了兩端側(cè)板來固定在挖藕鏟上，側(cè)板寬度僅為80mm，在側(cè)板上有30mm的孔于浮筒配合，用以固定浮筒。V型塊的張角100.39，長度為500mm，能夠?qū)⒛嗤磷饔糜诠ぷ鞣鶎捦鈧?cè)。整個(gè)刮土器總寬度為1200mm。圖3-9刮土器三維設(shè)計(jì)Figure .3-9 3d design o

41、f scraper3.6液壓油缸的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)有兩個(gè)液壓油缸，分別為作用在挖藕鏟上的大油缸和作用在撥藕輪上的小油缸，工作過程柴油機(jī)供給動(dòng)力為液壓泵,帶動(dòng)液壓泵工作，由液壓泵的容積變化來達(dá)到液壓系統(tǒng)的工作，連個(gè)液壓缸的主要作用是改變挖藕鏟與撥藕輪的相對位置，以達(dá)到既定的工作深度。（1） 大油缸的參數(shù)確定為達(dá)到工作穩(wěn)定，建立挖藕鏟與撥藕輪距離適宜的條件，所以大油缸的各項(xiàng)參數(shù)為缸體直徑150mm，長度450mm，厚度為50mm，缸桿直徑為100mm，與缸體配合使用，長度350mm。大油缸兩端分別固定在機(jī)座與挖藕鏟工作。圖3-10大油缸三維設(shè)計(jì)Figure . 3-10 3d design of la

42、rge oil cylinder（2） 小油缸的參數(shù)確定小油缸主要是對撥藕輪的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，小油缸缸體直徑較小為80mm，長度為200mm，厚度為30mm。小油缸缸桿直徑50mm，與小油缸缸體配合使用，長150mm。小油缸兩端分別固定于撥藕輪桿與機(jī)座支桿保證平衡。圖3-11小油缸三維設(shè)計(jì)Figure .3-11 3d design of a small oil cylinder3.7本章總結(jié) 本章主要介紹了主要零部件的選擇與設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力選擇，撥藕輪的設(shè)計(jì)，挖藕鏟的設(shè)計(jì)浮筒的設(shè)計(jì)和刮土器的選擇與設(shè)計(jì)及油缸的設(shè)計(jì)。并且繪制各部件的二維三維視圖。4結(jié)論與展望4.1結(jié)論現(xiàn)如今，隨著越來越多的個(gè)人和機(jī)

43、構(gòu)對挖藕機(jī)械的研究慢慢的深入，蓮藕的采摘逐漸趨向于自動(dòng)化，智能化的方向發(fā)展，雖然如此，但還是存在大量的蓮藕損傷嚴(yán)重的情況，主要問題在于沒有提高采藕效率，很多蓮藕大戶在采摘季節(jié)到來之時(shí)都會(huì)請別人幫忙采挖。這就需要一筆很大的投資，現(xiàn)在人工價(jià)格越來越貴，在沒有天災(zāi)的情況下藕農(nóng)們也只能滿足自身溫飽，所以研究一種能夠走進(jìn)個(gè)體戶的挖藕機(jī)成為了難題。（1） 本設(shè)計(jì)通過查閱大量的文獻(xiàn)對蓮藕的研究進(jìn)展有了大致了解，在考慮蓮藕的生物特性基礎(chǔ)之上提出了自走式小型挖藕機(jī)的研究。整體機(jī)構(gòu)為機(jī)械式，能夠滿足挖藕效率的提高，通過文獻(xiàn)綜合來看，大多數(shù)研究者不選擇機(jī)械式的主要問題在于對蓮藕的損傷較為嚴(yán)重，本設(shè)計(jì)采用挖藕鏟與撥藕

44、輪以及刮土器結(jié)合的方式很大程度的減少了蓮藕的損傷問題，同時(shí)又對于價(jià)格方面得到了大幅度的下降，基本能夠滿足藕農(nóng)個(gè)體戶的需求。（2） 最大的特點(diǎn)在于各部件的升降由液壓系統(tǒng)來控制，液壓系統(tǒng)的好處在于運(yùn)行的平穩(wěn)性上，使得挖藕機(jī)在水中復(fù)雜的環(huán)境能夠行走流暢，這樣不管是藕農(nóng)的駕駛體驗(yàn)，還是挖藕時(shí)對蓮藕的損傷都得到了很好解決。再者，通過液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)各部件，能夠滿足既定的工作深度，對于深水藕的采挖得到了解決。也不管在何種環(huán)境中，都能滿足工作深度的需求，更加實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，智能化這一要求。（3） 在設(shè)計(jì)中，利用三維建模軟件SolidWorks對整體機(jī)構(gòu)做了三維繪圖工作，在收集藕的過程中通過柵條式輸送裝置能夠進(jìn)一步

45、將泥土分離出去，減少了人工清洗的不必要過程。蓮藕采收直接進(jìn)入船體，藕農(nóng)們只需下水采藕，不需要多余的分揀工作。4.2展望本次設(shè)計(jì)由于本人研究水平有限加之疫情影響，投入時(shí)間較少，所以存在一些不足之處：（1） 沒有將整體機(jī)構(gòu)做出來，機(jī)體后座只是簡單的模型代替出來，發(fā)動(dòng)機(jī)如何帶動(dòng)水田輪工作，差速器，變速器的設(shè)計(jì)沒有進(jìn)行，使得藕農(nóng)們在水田中如何進(jìn)行加減檔的操作沒有說明，由于研究時(shí)間有限，對于此研究內(nèi)容不熟悉，希望可以為研究者們提供這一思路，同時(shí)后續(xù)研究可以分團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，這樣才會(huì)使整機(jī)較為完整。（2） 由于自身生活在北方，研究之前對蓮藕的了解較少，雖然查閱了很多資料有了大致了解，但是很多細(xì)節(jié)方面的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如熟悉蓮藕之人，比如現(xiàn)在蓮藕采收機(jī)械在實(shí)際情況中的工作效率如何，蓮藕采收之后下一步工作究竟如何，這都需要去了解，后續(xù)計(jì)劃采訪有關(guān)生活在蓮藕地區(qū)的同學(xué)或者朋友加強(qiáng)對機(jī)體的研究工作。（3） 本次設(shè)計(jì)的工作部分多數(shù)為金屬制品，在水中長時(shí)間工作難免會(huì)生銹，所以后續(xù)應(yīng)該找出一種價(jià)格較為便宜、與水不反應(yīng)、能夠長時(shí)間附