水田蓮藕采收裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn).pdf

1、蓮藕是種植面積最大的水生蔬菜，但目前蓮藕采收難度大、成本高，因此開發(fā)實(shí)用的蓮藕采收機(jī)械具有廣闊的市場前景，而蓮藕采收機(jī)的設(shè)計(jì)離不開性能參數(shù)的選擇。本文首先對蓮藕的力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對蓮藕水力式采收的影響因素——水泵功率、噴頭形狀、射流方向、沖刷時(shí)間、土壤條件、靶距等進(jìn)行了理論分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套水力式蓮藕采收試驗(yàn)平臺，實(shí)現(xiàn)了噴頭移動(dòng)幅度、噴射角度和噴頭安裝間距在一定范圍內(nèi)可調(diào)，同時(shí)開展了對應(yīng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可控制噴頭前后、

2、左右自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)及自動(dòng)停止等動(dòng)作。利用試制的試驗(yàn)平臺開展試驗(yàn)，探究了噴頭形狀、噴頭直徑、噴頭安裝角度、水流量、流速及沖刷時(shí)間等因素對水力沖刷采收蓮藕效果的影響。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以湖北省廣泛種植的“鄂蓮5號”蓮藕為研究對象，開展蓮藕力學(xué)特性試驗(yàn)研究。分析了藕身的抗壓強(qiáng)度、藕塊的軸向和徑向抗壓強(qiáng)度、藕段的軸向抗壓強(qiáng)度、藕身的軸向和徑向壓潰力等力學(xué)參數(shù)，及藕節(jié)拉伸特性和彎曲特性等力學(xué)特性。得出蓮藕藕身材料具有各向異性的特點(diǎn)

3、，且徑向易受損，其徑向抗壓強(qiáng)度范圍是2.22～2.90MPa，平均值為2.71MPa，因此設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺水力部分時(shí)，噴頭出水口水流作用在蓮藕上的壓強(qiáng)須小于2.22MPa。藕節(jié)Ⅰ、藕節(jié)Ⅱ、藕節(jié)Ⅲ的平均抗彎強(qiáng)度分別為1.337MPa、1.227MPa、1.153MPa，使藕節(jié)斷裂所需的壓力范圍是84.466N～212.166N，因此必須保證水力采收蓮藕機(jī)械裝備噴頭出水口的水流作用在藕節(jié)徑向上的連續(xù)作用力不能超過84N。將藕節(jié)拉斷所需拉力范圍是

4、351.366N～807.533N，因此必須保證水力采收蓮藕機(jī)械裝備噴頭的出水口水流作用在藕節(jié)軸向上的連續(xù)作用力不能超過351N。軸向拉斷力的最小值大于徑向彎曲斷裂力的最大值，說明對于藕節(jié)來說，更容易折斷。以上研究可為蓮藕水力采收裝備設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)選擇提供參考。
　　(2)分析了水力系統(tǒng)管路能量關(guān)系，研究了水泵功率、流量、揚(yáng)程與射流沖擊力之間的關(guān)系，并對蓮藕水力式采收的影響因素——水泵功率、噴頭形狀、射流方向、沖刷時(shí)間、土壤條件、靶

5、距等進(jìn)行了理論分析，得出了水力參數(shù)之間的相互關(guān)系，為蓮藕水力采收裝備設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　(3)設(shè)計(jì)了一種可實(shí)現(xiàn)噴頭的間距、安裝角度、左右運(yùn)動(dòng)幅寬及速度、前后運(yùn)動(dòng)速度均可調(diào)且可單獨(dú)自動(dòng)控制的水力式蓮藕采收試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)裝置的噴頭間距可調(diào)范圍為120～300mm，角度可調(diào)范圍為0～45°，左右運(yùn)動(dòng)幅寬可調(diào)范圍為0～300mm，左右運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)范圍為0～480mm/s，前后運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)范圍為0～300mm/s。為探究噴頭形狀對水力沖刷效

6、果的影響，設(shè)計(jì)了總長為80mm，入口直徑為50 mm，出口面積為314 mm2，形狀分別為圓形、正方形、長方形及橢圓形噴頭。
　　(4)設(shè)計(jì)了與水力式蓮藕采收試驗(yàn)裝置配套的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能控制噴頭的前后、左右自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)及自動(dòng)停止等動(dòng)作。該控制系統(tǒng)采用AT89S52模塊微處理器控制噴頭往復(fù)時(shí)序，采用NE555的PWM調(diào)制電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，采用前、后觸控開關(guān)實(shí)現(xiàn)噴頭在制定距離內(nèi)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)及自動(dòng)停止，采用大功率驅(qū)動(dòng)模塊PCB驅(qū)動(dòng)電

7、機(jī)保證系統(tǒng)可靠性。
　　(5)開展了蓮藕水力采收試驗(yàn)裝置的性能測試，確定了試驗(yàn)裝置的正常工作狀態(tài)。開展了噴頭形狀、安裝角度、功率、噴頭直徑、沖刷時(shí)間對沖刷效果的單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:圓形噴頭在安裝角度為30°時(shí)沖刷效果最佳，當(dāng)流量為24.25m3/h、噴頭直徑為30mm、噴頭左右移動(dòng)幅寬為220mm、沖刷往復(fù)次數(shù)為3次、沖刷時(shí)間為31.146s時(shí)可以將土壤堅(jiān)實(shí)度為465.3kpa的藕田泥土沖刷至30cm深以上，且可將在泥下30