小型水草收割机设计

摘要

中国淡水养殖总产量居世界首位，众多养殖水域需要种植沉水植物，同时还有大量景观水域也需要种植水草以维护生态平衡。这些水域中的水草都需要维护使其保持在一定高度。由于这些小型水域水面较浅，分布零散，市场上现有的大型的水草收割设备不适合在这些水域进行水草的收割工作。而现有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买配套的船只，成本较高。针对这种情况，用户需要一种可以安装在普通船只的水草收割设备，而且具备装拆方便，简单廉价的特点。
　　在对淡水养殖地区进行调研后，本着以简单实用、可靠廉价为目的，专门设计了可以与小型水域普通船只搭配的可拆卸小型水草收割机。本小型水草收割机通过特制的安装架可安装于普通的船只上，在工作完成后可快速拆卸以进行保养，延长了机器的使用寿命。采用独特的传动机构，在保证收割深度可调的基础上，最大限度地提高了传动效率。
　　本文首先介绍了可拆卸组合式小型水草收割装置的设计方案，装置采用前置往复式切割器，选用汽油机作为动力装置，动力通过可拉伸传动轴传动到切割器的偏心轮，偏心轮带动两个动刀片进行往复运动，实现切割水草的功能。其中切割器焊接在刀架上，刀架安装在槽钢加工的支撑结构上，支撑结构上开设多个槽孔，以便调节刀架的高度，实现切割不同深度的水草的功能。
　　其次，对设计方案中的零部件进行了尺寸设计和受力分析，确定出零部件的尺寸和选材。用SolidWorks2010对该装置进行了三维建模，并且用Adams软件对模型进行了机器运行的平稳性分析，主要针对刀片加速度和碰撞曲线，分析了割刀在运行过程中的平稳性，结果显示所设计的小型水草收割机运行较为平稳，基本满足设计要求。
　　再次，针对所研发的小型水草收割机中的传动机构的振动问题，分别基于机构自身原因和装配误差两个方面，对传动机构进行了分析。首先应用拉格朗日方程建立小型水草收割机传动系统在一般位置的动力学关系，建立了机构振动系统的数学模型，基于MATLAB对传动机构自身产生的振动进行了仿真分析，得出传动机构自身导致的振动会产生较大的扭转冲击力矩，在保证传动机构强度要求的前提下要进一步选用密度更小的材料以降低转动惯量。随后建立了装配误差的数学模型并进行了分析，得出轴线的不平行误差是偏心轮和与刀片的接触点的运动产生的振动主要影响因素，在传动系机构中采用弹性联轴器等方法能有效地减小轴线的不平行度。
　　另外，以最大限度减小水草收割过程中的重割区和漏割区面积为目标，建立了各工作区域的数学模型，对割刀的尺寸参数进行了优化设计。
　　最后，进行了样机的试制和切割实验，所研制的小型水草收割机能够完成基本的水草收割工作，并且获得了机器的一些基本参数。

目录

封面

声明

上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 前 言

1.1本课题研究的背景和目的

1.2水草收割机的研究现状

1.3课题主要研究内容

1.4本章小结

第二章 小型水草收割机方案的确定

2.1小型水草收割机的设计要求

2.2水草收割机的工作场合

2.3小型水草收割机的结构方案拟定

2.4本章小结

第三章 小型水草收割机的尺寸计算和受力分析

3.1割刀的设计校核

3.2偏心轮的设计校核

3.3传动轴的设计校核

3.4水草收割机总功率的计算

3.5本章小结

第四章 小型水草收割机的仿真分析

4.1虚拟样机的建立

4.2小型水草收割机切割器的平稳性仿真分析

4.3小型水草收割机传动系统的振动仿真分析

4.4本章小结

第五章 小型水草收割机的割刀参数优化研究

5.1切割过程原理介绍

5.2切割器收割工作中各区域的数学模型的建立

5.3割刀尺寸参数的优化分析

5.4本章小结

第六章 样机的试制实验

6.1样机的试制

6.2样机的实验

6.3本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

发表的学术论文

科研成果

学术交流

附录