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1、精选优质文档-倾情为你奉上水草切割装置摘要：水中割草机是为了清除小型湖泊或沟渠中的各种水草而研制的一种专用机械设备。中国、美国、日本和欧洲多个国家均有开发水中割草机，以前市场上存在的大多数水草收割机适用于大面积水域水草的收割，不适用于小面积、自然造型景观水域或小面积淡水养殖水草修剪的情况。随着水域生态景观的开发和淡水养殖的日益发展，小型水草收割机应运而生。水域生态景观的开发将成为今后城市环境建设的重中之重，中国的淡水养殖事业也在迅猛发展，小型水草切割装置在中国小型水草收割机在这些面积小、分散度大的水域中具有广泛的应用前景。因此水草切割装置的研究和发展具有重要意义。关键词：水中割草机；水草；切割
2、器；设计前言（引言）：目前市场上有多种水草切割机，它们的切割装置各有优缺点。因此对于不同的水域和水生植物，有其合适的切割装置。许多研发者致力于水草切割装置的优化和改进以提高其性能。随着研究的深入和发展，水草切割装置越来越成熟，性能越来越优良。随着水域生态景观的开发和养殖事业的迅猛发展，水草切割装置在中国小型水域中具有广泛的应用前景，因此水草切割装置的研究和发展也越来越重要。正文：当前，受工业化和人类活动的影响，许多江河湖泊水质恶化，以湖泊、水库、干渠内沉水植物异常繁殖为主要特征的水体富营养化状况日趋严重。在大型水生植物响应型的草型湖泊内，各种挺水植物和沉水植物过量生长，其群落盖度可达100%，
3、最大生物量(湿质量)为 22.5 kg/m2以上，形成了极大的初级生产力，河网水域杂草泛滥，一下雨一放水，水草从乡村内河内湖涌入大江大河，成为一大景观。大量沉水植物充塞水体空间，自生自灭，破坏自然景观，危害渔业生产，腐败后沉积水底，不仅污染水质 ，而且加速了生物填平作用，促进沼泽化过程，危害了湿地生态系统的良性循环。如果不及时打捞上岸，又会腐烂变臭，重新污染水质，已严重影响到航道的运输、水道的防洪排涝、城市环境的美化，有的甚至使水质恶化影响人类健康，水生植物的治理急需解决。各地曾采用过多种措施对付水草，但效果不尽人意。目前，处理水草的主要方式化学清除法和物理收割法两种。化学清除法会引起水质污染
4、与恶化，破坏水域的生态环境，并对其他生物的生存造成很大影响。如药物除草污染环境，引进生物防治风险太大。因此，人们大都采用更为环保的人工收割和机械收割的物理方法来治理水草。如果采用手工打捞为主，劳动强度大，作业效率低，往往打捞的速度跟不上水草生长的速度，因而机械收割就成为理想的水草治理方式。采用物理手段，研制实用、高效的水草清理设备，对解决传统作业方式、降低劳动强度、提高生产率、加强环境保护，具有重要的现实意义。并且大部分沉水植物含有较高的蛋白质（10.6% 15.6%），可制成优质草粉和配合饲料，如果能大面积收获沉水植物，就可以变害为利。由于水植物生长在水中，有特殊的物料特性 ，用人工收获非常
5、困难 ，而且经济性差 ，所以不可能大面积的实施，因此开发沉水植物收获机械具有重大的社会效益和经济效益。沉水植物与牧草相比，沉水植物的茎秆强度低且脆性大，沉水植物有以下特点：（1）不同种类差异大，一些种类沉水植物的茎杆脆、强度低，易堵刀而不易捡拾，另一些种类的茎杆强度较高、柔韧，极易缠绕。（2）茎杆长、水平生长，为了在水中争得光照，多数沉水植物从水底长到水面，并沿水面生长长度达数米。（3）生长无规则，茎杆相互缠绕，在水下连成一片，不易分离，连续缠绕长度可达3 m 以上，茎秆直径为 13 mm，极易在旋转部件及窄缝内缠绕，且紧实度高。（4）携水量大，生物量高，沉水植物离开水面时携有大量的水，其鲜草
6、含水率约为 85% ，已收获的物料需通过漏水装置才能输入装载船。（5）密度高，多集中在水深为0.71.5 m 的水域，水底有淤泥，一般在浅水域（0.8m）为1019Kg/m，平均生产量(干质量)为0.87 kg/m2。在实验中，当切割速度达到0.7m/s就可以很好地切割 。水草切割器的顺利作业一般要满足下列条件：（1）必须在水下完成切割，捡拾和输送。切割深度能在较大范围内任意可调，不应发生漏割、漏收现象，水下输送通畅。（2）有较高的生产率。要求根据不同的切割深度，割幅和作业速度合理配置动力。（3）防缠绕 。各机构，零部件在航行和作业时，不能发生被物料缠绕现象。（4）作业连续。沉水植物收获机械需
7、有相应的配套设备 ，如装载船，运输牵引船等，配套设备的运载能力和数量应与收获机械生产能力协调，设备间有良好的衔接。（5）较高的航速和适中的作业速度。航速应在5/h以上，作业速度应高于2.5/h。（6）操纵灵活，转弯半径小于5.5米（7）安全性。在航行和作业时整机平稳，且在4级风速下不发生走偏。（8）可靠性。沉水植物收获机械为季节性作业，保养和维护均在水中进行，难度较大。（9）防腐性。要求船体及相关零件进行防腐处理，以降低水及腐烂的物料造成的腐蚀。荷兰等国早在50年代就开始使用专门的水利机械进行河道的清淤除草作业。荷兰的 IHC CO Konijn机械厂1958年研制出H系列两栖式挖泥船共6种机
8、型，随后又相继开发出M系列、S系列和FB系列等多种清淤机械;荷兰的HERDER公司也开始研制各种机型的河道除草机。起初他们一般是把切割器安装在液压挖掘机或农用拖拉机上，把沟渠、河道内的蒲草、杂草切割后捞起放于岸边，其整机需停在岸边或沿岸边行驶进行作业，这就是陆用割草机。由于陆用割草机的使用范围有较大限制，河道、沟渠旁常植有树木，无法停机，远离岸边的水草又无法切割到，因此研制一种能在河道中航行的水中割草机应运而生。60年代，英国的Rolbe公司开发出Gibeaux系列水中割草机，英国的John Wilder（工程）公司也开发出自己的系列产品，30多年来，这些产品至今还在世界各地广泛使用。目前，市
9、场上的水草收割机产品有WH1800 型河道清草机、SGY-2.5型水草收割机、GC2230型河道割草保洁船、GC2000型小型河道割草作业机械、9GSCC-1.4型水生植物收割机船队和LW5000多功能水草收割船等，但这些产品外型大，长度都大于8 m，需要多人及辅助机械协同作业，适用于大型水域水草的收割。而景观水域的设计通常都采用自然造型，有各种不同的曲线，且水面较为狭小，不利于大型机械作业。1992年北京市水利局为了清除京密运河上的各类水草，加快水的流速，减少沿路水的损耗，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机，SGY-2.5型水中割草机即是其开发的产品之一。该机与国内其它型号
10、的割草机相比，具有不缠草、割草效果好、有避让保护系统等诸多优点。国内割草机多采用农业机械上广泛使用的往复式切割器，它由护刀器、动刀片、定刀片和压刀器成。为了保证动刀片的前端能顺利地切入农作物茎杆，动刀片和定刀片之间必须保持23的倾角，以使动定刀片之间有0.20.3的间隙。当切割细长而又柔软的水草时，动刀片极容易把水草拉入动、定刀片间的缝隙中，造成切割器堵塞。另外，这种切割器只能把草的根和茎切断，但对丛生于水下的互相交叉缠绕的水草茎叶却不能切开，这样就会产生捆草、捆船现象，使作业效率大大下降，甚至无法作业。该水草切割机采用的U字形切割器就彻底解决了上述问题，它由以下几部分组成：1.横梁。呈矩形断
11、面，中间装有切割刀具的驱动马达，两端与刀架相连，内部装有连杆且与动刀片连。2.弓形刀架。由槽型断面构成，其上铆有定刀片和压刀器。整个刀架呈U字形，左、下、右三面都有切割刀刃，当动刀片错动时，三面同时切割，这样水草成块状切下，避免了互相缠绕产生的捆草和缠刀现象。3.动刀片。整条锯用弹性钢片制成，其上装有控制横向和径向运动的滚轮，确保其沿刀架按固定路线运动。滚轮由耐磨性良好的MC铸型尼龙制成。动刀片靠自身的弹力（可调节绷紧度）压紧在定刀片，避免了堵刀现象的发生。收割机切割装置由切割器和割刀传动装置组成。水草收割机的作业类似牧草收获机械和稻麦收获机械，切割器是切割装置中的一个重要部件，它影响作业质量
12、和生产率，目前采用的主要有3种：绳索式，国外曾采用，适合只割不收的切割船上。旋转式，湖北监利县农机研究所设计的收获机上采用，缠绕问题十分严重。如采用圆盘式割刀，由于旋转轴极易缠绕沉水植物，轴架支承部分易拖挂成团沉水植物且与捡拾输送器不易配置而无法正常工作。经实验在水下切割沉水植物以往复式切割器为宜。从设计条件考虑选用标准无护刃器双动大刀片式较理想。割刀传动装置将动力传递给割刀，同时将旋转运动改变为往复式直线运动，实现切割过程。水草收获机械的割刀传动装置位于切割器的侧面，其曲柄连杆机构与切割器在同一平面内或通过分析可以简化在同一平面内， 曲柄连杆机构与切割器所受力系为平面力系。割刀传动装置要与水
13、面成一定的入水角度驱动切割器在水下做平行于水面的往复直线运动对水草进行切割。往复式割刀的运动是一种变速度运动，切割过程中随着切割速度的增加，切割阻力下降，但惯性力增加，一般收获牧草的平均切割速度大于1 m/s。沉水植物收获机械在设计上应满足水域工作条件、沉水植物的物料特性和切割、捡拾及输送的工作特性要求，防止沉水植物在切割器、捡拾器前部堵塞，在曲柄连杆机构挂草及在旋转部件上缠草，等等。水草切割装置部件的造型、设计和参数计算应根据设计学的要求和物料特性。沉水植物在收割过程中遇到旋转部件均会产生缠绕现象，造成脱链、跳链现象及增加功率消耗，严重者导致无法正常生产。因此在结构设计上必须采取防缠绕措施，
14、如在旋转部件与非旋转部件中间的间隙处设防缠绕罩，使沉水植物无法通过这一缝隙，从而避免缠绕在旋转部件上。选择往复式切割器则能避免切割器被缠绕和堵转的问题，即使遇到强度、韧性比较大的水草，切割器的刀片也能依靠高速运动将水草割断。在参考大量切割器资料后，选用浙江省湖州市万杰刀具有限公司生产的切割器，其前切割器刀具长度为 1 200 mm，侧切割器刀具长度为700 mm。由于切割器的安装位置远离动力装置，并且转动方向与主轴夹角很大，所以动力输入端采用软轴传动，以曲柄滑块机构作为驱动机构，曲柄转速选择为500 r/ min。水域生态景观的开发将成为今后城市环境建设的重中之重。拿上海来说， 根据规划，到
15、2020 年上海市政府将投资500 亿元，筹划建设 8 个大型水域生态景观人工湖泊。到2020 年，我国将产生 300 多家大型高尔夫球场，每家高尔夫球场面积都在 100hm以上，为了创造人与自然和谐的环境，每个球场需配套建设27 hm以上的人工湖泊。在全国范围内,高尔夫球场内的人工湖泊面积将达到 800 hm以上。同时中国的淡水养殖事业也在迅猛发展。所以小型水草收割机在这些面积小、分散度大的景观水域中具有广泛的应用前景。结论：针对当前市场上存在的大部分水草收割机适用于大面积水域水草的收割，不适用于小面积、自然造型景观水域水草修剪的情况，国内外很多机构都在致力于小型水草切割装置的研究。目前我国
16、的小型水草切割船的研究也步入国际前列，技术日趋成熟。但根据我国当前的经济水平，很多需要水草切割装置的养殖用户还无力承担小型水草切割船的费用，所以设计一款简单实用的可拆卸式水草切割装置更能满足市场的需求。可拆卸式水草切割装置可以安装在常用的普通渔船上，其切割原理类似于水草切割船上的切割器的工作原理，且工作效率不会降低，优点是可拆卸，所以不需要购买专门的水草切割船。参考文献：1 尚士友、杜健民、李旭英等. 草型湖泊沉水植物收割工程对生态改善的试验. 农业工程学报，2003，19（6）：95-1002 王志国， 尚士友，韩青松. 基于P ro/ E的水草切割装置特征建模及运动仿真，农机化研究，200
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