BYD-1水草收割船驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì),byd,水草,收割,驅(qū)動(dòng),裝置,設(shè)計(jì) 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 系 別： 工程技術(shù)系 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 2014 年 3 月 1 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 教授 單 位 課題性質(zhì) 設(shè)計(jì)t 論文□ 課題來(lái)源 科研t 教學(xué)□ 生產(chǎn)□ 其它□ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 BYD-1水草收割船驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的目的和意義： 水草在養(yǎng)殖、生態(tài)和景觀三方面有重要的價(jià)值體現(xiàn)，但由于種植量大，同時(shí)缺乏相應(yīng)的管理措施，導(dǎo)致人工種植的水草一度發(fā)展到瘋狂的狀態(tài)。為了保持水域的生態(tài)平衡，維持水質(zhì)的清澈，需要在景觀水域中大量種植水草，但是在每年5～9月的高溫時(shí)段，水草生長(zhǎng)非常迅速，必須及時(shí)進(jìn)行收割清理，否則會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化學(xué)清除法和物理收割法兩種?；瘜W(xué)清除法會(huì)引起水質(zhì)污染與惡化，破壞水域的生態(tài)環(huán)境，并對(duì)其他生物的生存造成很大影響。所以，人們大都采用更為環(huán)保的人工收割和機(jī)械收割的物理方法來(lái)治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打撈的速度跟不上水草生長(zhǎng)的速度，因而機(jī)械收割就成為理想的水草治理方式。 針對(duì)河道、水塘等水域具有航道窄、面積小，一般的大型水草收割機(jī)難以實(shí)現(xiàn)水草收割的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，適合在中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置。這種新型的水草收割船可在水下實(shí)現(xiàn)切割，撿拾、傳送一體化連續(xù)作業(yè)方式，能夠達(dá)到清除泛濫的水草，凈化水質(zhì)的目的。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的研究現(xiàn)狀： 國(guó)外關(guān)于水草收割機(jī)的研制比較早，荷蘭等國(guó)早在50年代就開(kāi)始使用專(zhuān)門(mén)的水利機(jī)械進(jìn)行河道的清淤除草作業(yè)。荷蘭的IHC CO Konljn機(jī)械廠1958年研制出H系列兩棲式挖泥船共6種機(jī)型，隨后又相繼開(kāi)發(fā)出M 系列、s系列和FB系列等多種清淤機(jī)械：荷蘭的HERDER公司也開(kāi)始研制各種機(jī)型的河道除草機(jī)。起初他們一般是把切割器安裝在液壓挖掘機(jī)或農(nóng)用拖拉機(jī)上，把溝渠、河道內(nèi)的蒲草、雜草切割后撈起放于岸邊，其整機(jī)需停在岸邊或沿岸邊行駛進(jìn)行作業(yè)，這就是陸用割草機(jī)。由于陸用割草機(jī)的使用范圍有較大限制．河道、溝渠旁常揎有樹(shù)木，無(wú)法停機(jī)，遠(yuǎn)離岸邊的水草又無(wú)法切割到，因此研制一種能在河道中航行的水中割草機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。60年代．英國(guó)的Rolbe公司開(kāi)發(fā)出Oibeaux系列水中割草機(jī)，英國(guó)的John wider(工程)公司也開(kāi)發(fā)出自己的系列產(chǎn)品．3O多年來(lái)，這些產(chǎn)品至今還在世界各地廣泛使用。 國(guó)內(nèi)也有一些相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)進(jìn)入該領(lǐng)域，并且取得了一定的研究成果，如寧波 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所、桂林象山農(nóng)機(jī)廠、紹興縣農(nóng)林管理總部聯(lián)合研究的WH1800型河道清草機(jī)，北京市水利局聯(lián)合數(shù)家單位共同開(kāi)發(fā)的的SGY-2.5型水草收割機(jī)，上海電器集團(tuán)現(xiàn)代化裝備有限公司新液壓長(zhǎng)研究開(kāi)發(fā)的GC2230型號(hào)河道割草保潔船以及GC2000型小型河道割草作業(yè)機(jī)械。 經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，水草收割機(jī)的設(shè)計(jì)，由開(kāi)始的岸邊切割水草作業(yè)，水中水草作業(yè)，水中收割水草作業(yè)，到現(xiàn)在的水中切割、收獲、后續(xù)處理一體化作業(yè)模式，功能日益完善，而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索和經(jīng)驗(yàn)積累，其工作模式也發(fā)生了很大的改變。其主要是朝著小型化、自動(dòng)化方向發(fā)展。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容和要求： 1.調(diào)研相關(guān)產(chǎn)品，搜集相關(guān)資料。 2.分析資料，擬定可行的設(shè)計(jì)方案。 3.對(duì)比方案，確定最終方案。 4.詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括受力分析、支撐固定等。 5.繪制零件圖。 6.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 船載重5噸，工作航速2km/h，割幅1.2米，船體吃水深度0.5米，割臺(tái)在1米深度范圍內(nèi)可調(diào)，割臺(tái)位于船的頭部，零部件應(yīng)防銹。動(dòng)力來(lái)源為液壓，液壓系統(tǒng)控制船的行走、割臺(tái)的升降以及輸送裝置的運(yùn)動(dòng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要工作： 1.確定最終方案。 2.詳細(xì)設(shè)計(jì)。 3.用計(jì)算機(jī)繪制較完整的裝配圖及相關(guān)零件圖。不少于2張0號(hào)圖紙。 4.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一篇，不少于6000字，論文格式按照科技論文的寫(xiě)作格式進(jìn)行。 5.完成3000字英文文獻(xiàn)翻譯一份。（與課題相關(guān)的內(nèi)容） 6.完成開(kāi)題報(bào)告一份 7.完成文獻(xiàn)綜述一份 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排： 1．2011年12月10日——20日，查閱資料并撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告。 2．2011年12月21日——22日，指導(dǎo)教師審核開(kāi)題報(bào)告,學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)老師意見(jiàn)做進(jìn)一步修改。 3．2011年12月21日——22日，系里組織開(kāi)開(kāi)題報(bào)告會(huì)。 4．2011年12月23日——31日，由指導(dǎo)老師指導(dǎo)查閱資料，并翻譯外文資料。 5．2012年1月1日——20日，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述，經(jīng)指導(dǎo)老師審閱后著手畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫(xiě)作。 6．2012年1月21日——3月6日，開(kāi)始編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)。 7．2012年4月29日——30日，整改畢業(yè)設(shè)計(jì)。 8．2012年5月5日——24日，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要參考資料： [1] 秦四成編著. 工程機(jī)械設(shè)計(jì) [M]. 北京：科學(xué)出版社，2003. [2] 《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組編． 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998. [3] Machinery's handbook : a reference book for the mechanical engineer, draftsman., toolmaker machinist [M]. New York: Industrial Press Inc., 1979. [4] Mechanical analysis and design [M]. New York: Elsevier [M]，1981. [5] 濮良貴編等.機(jī)械設(shè)計(jì).[M].西安：高等教育出版社，2005. [6] 孫桓編等.機(jī)械原理.[M].西安.高等教育出版社，2003. [7] 徐金詳.小型水下清淤機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.[J].排灌機(jī)械，2003，21（3）：29～32. [8] 韓青松.基于P ro／E的水草收割機(jī)明輪裝置建模與仿真.[J].農(nóng)機(jī)化研究，2001，53（8）：105～108 [9] 揚(yáng)詩(shī)鴻．SYG-2.5型水草割草機(jī)的設(shè)計(jì)和研制.[J]．水利電力施T機(jī)械，1997，19(4)：12～15． [10] 孫明敏.河道清單機(jī)的研制.[J]．中國(guó)農(nóng)機(jī).2005(6)：9l～94． 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見(jiàn)： 審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□ 教研室主任簽名： 年 月 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 系 別： 工程技術(shù)系 專(zhuān) 　業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 　 2014年　　1月　　8日 1 本課題的研究意義 水草在養(yǎng)殖、生態(tài)和景觀三方面有重要的價(jià)值體現(xiàn)，正是因?yàn)樗萦腥绱硕嗟淖饔?，吸引了人們?nèi)シN植。由于種植量大，同時(shí)缺乏相應(yīng)的管理措施，導(dǎo)致人工種植的水草一度發(fā)展到瘋狂的狀態(tài)。 為了保持水域的生態(tài)平衡，維持水質(zhì)的清澈，需要在景觀水域中大量種植水草，但是在每年5～9月的高溫時(shí)段，水草生長(zhǎng)非常迅速，必須及時(shí)進(jìn)行收割清理，否則會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化學(xué)清除法和物理收割法兩種?；瘜W(xué)清除法會(huì)引起水質(zhì)污染與惡化，破壞水域的生態(tài)環(huán)境，并對(duì)其他生物的生存造成很大影響。所以，人們大都采用更為環(huán)保的人工收割和機(jī)械收割的物理方法來(lái)治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打撈的速度跟不上水草生長(zhǎng)的速度，因而機(jī)械收割就成為理想的水草治理方式。 目前，市場(chǎng)上的水草收割機(jī)產(chǎn)品有WH1800型河道清草機(jī)、SGY一2．5型水草收割機(jī)、GC2230型河道割草保潔船、GC200O型小型河道割草作業(yè)機(jī)械、9GSCC 1．4型水生植物收割機(jī)船隊(duì)和LW5000多功能水草收割船等，但這些產(chǎn)品外型大，長(zhǎng)度都大于8 m，需要多人及輔助機(jī)械協(xié)同作業(yè)，適用于大型水域水草的收割。而景觀水域的設(shè)計(jì)通常都采用自然造型，有各種不同的曲線，且水面較為狹小，不利于大型機(jī)械作業(yè)。 現(xiàn)在，這些水域中的水草的收割都由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。而且往往在水草瘋長(zhǎng)時(shí)，人工收割跟不上生長(zhǎng)速度，一部分水草因未及時(shí)收割而腐爛水中，造成水質(zhì)惡化。在大型的水草收割船t一般有2～3人進(jìn)行操作。但隨著水草收割機(jī)的小型化，它的收割和集草都要在同一條船上進(jìn)行，由于窄間有限，最多只能由一人操控，若都是手動(dòng)操作的話，會(huì)不太方便，所以應(yīng)該提高水草收割機(jī)的自動(dòng)化程度，特別是遙控式的水草收割機(jī)不僅能進(jìn)一步減小船體的尺寸，增大儲(chǔ)草空間，而且安全。 所以智能化的小型水草收割機(jī)的需求量會(huì)越來(lái)越大，小型輕便、美觀環(huán)保的水草收割機(jī)將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。本文主要對(duì)小型水草收割機(jī)的水下部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 國(guó)外關(guān)于水草收割機(jī)的研制比較早，荷蘭等國(guó)早在50年代就開(kāi)始使用專(zhuān)門(mén)的水利機(jī)械進(jìn)行河道的清淤除草作業(yè)。荷蘭的IHC CO Konljn機(jī)械廠1958年研制出H系列兩棲式挖泥船共6種機(jī)型，隨后又相繼開(kāi)發(fā)出M 系列、s系列和FB系列等多種清淤機(jī)械：荷蘭的HERDER公司也開(kāi)始研制各種機(jī)型的河道除草機(jī)。起初他們一般是把切割器安裝在液壓挖掘機(jī)或農(nóng)用拖拉機(jī)上，把溝渠、河道內(nèi)的蒲草、雜草切割后撈起放于岸邊，其整機(jī)需停在岸邊或沿岸邊行駛進(jìn)行作業(yè)，這就是陸用割草機(jī)。由于陸用割草機(jī)的使用范圍有較大限制．河道、溝渠旁常揎有樹(shù)木，無(wú)法停機(jī)，遠(yuǎn)離岸邊的水草又無(wú)法切割到，因此研制一種能在河道中航行的水中割草機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。60年代．英國(guó)的Rolbe公司開(kāi)發(fā)出Oibeaux系列水中割草機(jī)，英國(guó)的John wider(工程)公司也開(kāi)發(fā)出自己的系列產(chǎn)品．3O多年來(lái)，這些產(chǎn)品至今還在世界各地廣泛使用。 國(guó)內(nèi)也有一些相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)進(jìn)入該領(lǐng)域，并且取得了一定的研究成果，如寧波農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所、桂林象山農(nóng)機(jī)廠、紹興縣農(nóng)林管理總部聯(lián)合研究的WH1800型河道清草機(jī)，北京市水利局聯(lián)合數(shù)家單位共同開(kāi)發(fā)的的SGY-2.5型水草收割機(jī)，上海電器集團(tuán)現(xiàn)代化裝備有限公司新液壓長(zhǎng)研究開(kāi)發(fā)的GC2230型號(hào)河道割草保潔船以及GC2000型小型河道割草作業(yè)機(jī)械。 經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，水草收割機(jī)的設(shè)計(jì)，由開(kāi)始的岸邊切割水草作業(yè)，水中水草作業(yè)，水中收割水草作業(yè)，到現(xiàn)在的水中切割、收獲、后續(xù)處理一體化作業(yè)模式，功能日益完善，而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索和經(jīng)驗(yàn)積累，其工作模式也發(fā)生了很大的改變。其主要是朝著小型化、自動(dòng)化方向發(fā)展。 3 水草收割船的發(fā)展趨勢(shì) 研發(fā)一種適合在河道、池塘等中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割機(jī)。目前市場(chǎng)上的水草收割機(jī)一般是大型機(jī)械，在大的湖波水域可以進(jìn)行切割，但不適于在小型水域的作業(yè)。 所研制的小型水草收割機(jī)，可以有效取代在中小水域的人工收割，有效減輕了勞動(dòng)輕度，大大調(diào)高了切割效率，符合水草收割機(jī)小型化與智能化的發(fā)展方向。 4 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置采用動(dòng)蹼式明輪設(shè)計(jì)。明輪推進(jìn)器由沿船寬方向水平布置于水線以上的中心軸和在該軸兩端旋轉(zhuǎn)的輪及輪周緣上的蹼板構(gòu)成。一般每一舷側(cè)輪裝有7—11葉蹼板。當(dāng)明輪在低速主機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹼板依次進(jìn)出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生反作用力推船前進(jìn)。當(dāng)船舶吃水有限時(shí)，明輪的結(jié)構(gòu)比螺旋槳的結(jié)構(gòu)能保證更大的水力斷面。因而對(duì)于吃水淺的船舶來(lái)說(shuō)，采用明輪推進(jìn)器能提高推進(jìn)系數(shù)。所以至今在某些內(nèi)河客貨船和拖船上還有使用明輪推進(jìn)器的。 明輪是一種局部入水的推進(jìn)器，根據(jù)蹼板在明輪上的安裝形式，分為“定蹼式明輪”和“動(dòng)蹼式明輪”。 動(dòng)蹼明輪可以借偏心裝置控制蹼板，以調(diào)節(jié)出水和入水的角度，消除了蹼板入水時(shí)產(chǎn)生的拍水現(xiàn)象與出水時(shí)產(chǎn)生的提水現(xiàn)象；其次，還可以增大明輪的劃水面積從而提高推進(jìn)效率。 5 選題的理由 近年來(lái),隨著水草在養(yǎng)殖、生態(tài)和景觀三方面有重要的價(jià)值體現(xiàn)，由于種植量大，同時(shí)缺乏相應(yīng)的管理措施，導(dǎo)致人工種植的水草一度發(fā)展到瘋狂的狀態(tài)。環(huán)保設(shè)施已經(jīng)廣泛引起各界人士的關(guān)注。國(guó)內(nèi)水草收割船的發(fā)展處于初級(jí)階段，選此題有助于自己對(duì)機(jī)械制造業(yè)更加了解和深入發(fā)展?，F(xiàn)在普通的機(jī)械在逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所替代。隨著產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，就業(yè)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化。企業(yè)對(duì)較高層次的第一線應(yīng)用型人才的需要將要明顯的增加。而借助國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，當(dāng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)期，與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高度化匹配、培養(yǎng)相當(dāng)數(shù)量的具有高等文化水平的職業(yè)人才成為迫切需要。因此，為了適應(yīng)當(dāng)前的就業(yè)趨勢(shì)，滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造人才的需要，因此選擇了課題水草收割船驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)本課題的進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，不但可以提高我的機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且還可以增強(qiáng)我的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。 6 綜述 水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)是水草收割船研究中重要一個(gè)環(huán)節(jié)，而在設(shè)計(jì)水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)明輪設(shè)計(jì)有是必不可少的部分。只有正確的明輪設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，精確的模擬實(shí)際使用條件，才能得到實(shí)用性好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以利于研究和實(shí)際應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) [1] 秦四成編著. 工程機(jī)械設(shè)計(jì) [M]. 北京：科學(xué)出版社，2003. [2] 《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組編． 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998. [3] Machinery's handbook : a reference book for the mechanical engineer, draftsman., toolmaker machinist [M]. New York: Industrial Press Inc., 1979. [4] Mechanical analysis and design [M]. New York: Elsevier [M]，1981. [5] 濮良貴編等.機(jī)械設(shè)計(jì).[M].西安：高等教育出版社，2005. [6] 孫桓編等.機(jī)械原理.[M].西安.高等教育出版社，2003. [7] 徐金詳.小型水下清淤機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.[J].排灌機(jī)械，2003，21（3）：29～32. [8] 韓青松.基于P ro／E的水草收割機(jī)明輪裝置建模與仿真.[J].農(nóng)機(jī)化研究，2001，53（8）：105～108 [9] 揚(yáng)詩(shī)鴻．SYG-2.5型水草割草機(jī)的設(shè)計(jì)和研制.[J]．水利電力施T機(jī)械，1997，19(4)：12～15． [10] 孫明敏.河道清單機(jī)的研制.[J]．中國(guó)農(nóng)機(jī).2005(6)：9l～94． 5 BYD-1水草收割船驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) BYD-1水草收割船驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 摘 要 針對(duì)河道、水塘等水域具有航道窄、面積小，一般的大型水草收割機(jī)難以實(shí)現(xiàn)水草收割的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，適合在中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置。 論文概述了水草收割機(jī)的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀及分類(lèi)；完成了水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)取，主要包括明輪驅(qū)動(dòng)及各部位驅(qū)動(dòng)部分的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；闡述了總體設(shè)計(jì)方案、工作原理、參數(shù)計(jì)算以及試驗(yàn)校核；同時(shí)按照任務(wù)要求完成了裝置總裝圖與各主要零部件圖的繪制。 結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的小型水草收割船具有結(jié)構(gòu)合理、緊湊，適應(yīng)性強(qiáng)，切割效率高等優(yōu)點(diǎn)。這種新型的水草收割船可在水下實(shí)現(xiàn)切割，撿拾、傳送一體化連續(xù)作業(yè)方式，能夠達(dá)到清除泛濫的水草，凈化水質(zhì)的目的?？偟膩?lái)說(shuō)，是一種較為理想的水草收獲機(jī)具。 關(guān)鍵詞：小型水草收割船；明輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓泵；液壓馬達(dá)；動(dòng)蹼式明輪； ABSTRACT Aimed at the river, pond waters with narrow fairways, small area, large-scale aquatic weed harvesters generally difficult to achieve the status of harvested plants, this paper discusses the design of a compact structure, smooth transmission, high efficiency, suitable for small scale water of small aquatic reaping boat driving device. The paper outlines the harvester development background, research status and classification; completed aquatic reaping boat driving device design, mainly including the paddle wheel drive and parts of drive mechanism design; described the overall design scheme, working principle, parameter calculation and test verification; at the same time according to the task requirements completed device assembly drawings and the main components of drawing. The results show that: the smaller aquatic reaping boat has the advantages of reasonable structure, compact, strong adaptability, high cutting efficiency. The new aquatic reaping boat in the water to realize the cutting, collecting, transmitting continuous integration mode of operation, to clear the flood water, the purpose of purifying water quality. In general, it is an ideal aquatic weed harvester. ? ? Key words：Small aquatic reaping boat paddle; mechanism design; hydraulic pump; hydraulic motor; hydraulic cylinder； 目 錄 引 言 1 1 緒 論 1 1.1 課題研究背景 1 1.2 水草收割船的發(fā)展過(guò)程 2 1.3 課題研究的目的及意義 2 2 明輪簡(jiǎn)介 2 2.1 明輪裝置的特點(diǎn) 2 2.2定蹼式明輪 3 2.3動(dòng)蹼式明輪 3 2.4動(dòng)蹼式明輪的工作原理 4 3 明輪機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算 4 3.1 BYD-1水草收割船的基本參數(shù) 4 3.2 行進(jìn)阻力計(jì)算 5 3.2.1 公式的確定 5 3.2.2 粘性阻力系數(shù)的計(jì)算 6 3.2.3 興波阻力系數(shù)的計(jì)算 7 3.2.4 輸送帶阻力的計(jì)算 7 3.3 明輪推進(jìn)力分析 8 3.4 明輪偏心率的確定 8 3.4 明輪尺寸參數(shù)的確定 10 4 明輪軸的設(shè)計(jì) 11 4.1 軸的材料及結(jié)構(gòu) 11 4.1.1軸的材料 11 4.1.2軸的結(jié)構(gòu) 11 4.1.3軸的支承結(jié)構(gòu) 12 4.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 12 4.2 軸承的設(shè)計(jì)與校核 15 4.3 聯(lián)軸器的選擇 16 5 液壓件及內(nèi)燃機(jī)的選擇 16 5.1 聯(lián)接明輪軸的液壓馬達(dá)的選擇 16 5.2 聯(lián)接收割機(jī)的液壓馬達(dá)的選擇 16 5.3 聯(lián)接傳送帶的液壓馬達(dá)的選擇 16 5.4 電動(dòng)液壓泵站的選擇 17 5.4 發(fā)電機(jī)組的選擇 17 6 結(jié) 論 18 參考文獻(xiàn) 19 致 謝 20 引 言 水草在養(yǎng)殖、生態(tài)和景觀三方面有重要的價(jià)值體現(xiàn)，正是因?yàn)樗萦腥绱硕嗟淖饔茫巳藗內(nèi)シN植。由于種植量大，同時(shí)缺乏相應(yīng)的管理措施，導(dǎo)致人工種植的水草一度發(fā)展到瘋狂的狀態(tài)。 為了保持水域的生態(tài)平衡，維持水質(zhì)的清澈，需要在景觀水域中大量種植水草，但是在每年5～9月的高溫時(shí)段，水草生長(zhǎng)非常迅速，必須及時(shí)進(jìn)行收割清理，否則會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化學(xué)清除法和物理收割法兩種?；瘜W(xué)清除法會(huì)引起水質(zhì)污染與惡化，破壞水域的生態(tài)環(huán)境，并對(duì)其他生物的生存造成很大影響。所以，人們大都采用更為環(huán)保的人工收割和機(jī)械收割的物理方法來(lái)治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打撈的速度跟不上水草生長(zhǎng)的速度，因而機(jī)械收割就成為理想的水草治理方式。 目前，市場(chǎng)上的水草收割機(jī)產(chǎn)品有WH1800型河道清草機(jī)、SGY一2．5型水草收割機(jī)、GC2230型河道割草保潔船、GC200O型小型河道割草作業(yè)機(jī)械、9GSCC 1.4型水生植物收割機(jī)船隊(duì)和LW5000多功能水草收割船等，但這些產(chǎn)品外型大，長(zhǎng)度都大于8 m，需要多人及輔助機(jī)械協(xié)同作業(yè)，適用于大型水域水草的收割。而景觀水域的設(shè)計(jì)通常都采用自然造型，有各種不同的曲線，且水面較為狹小，不利于大型機(jī)械作業(yè)。 現(xiàn)在，這些水域中的水草的收割都由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。而且往往在水草瘋長(zhǎng)時(shí)，人工收割跟不上生長(zhǎng)速度，一部分水草因未及時(shí)收割而腐爛水中，造成水質(zhì)惡化?，F(xiàn)在大型的水草收割船一般有2～3人進(jìn)行操作。但隨著水草收割機(jī)的小型化，它的收割和集草都要在同一條船上進(jìn)行，由于空間有限，最多只能由一人操控，若都是手動(dòng)操作的話，會(huì)不太方便，所以應(yīng)該提高水草收割機(jī)的自動(dòng)化程度，特別是遙控式的水草收割機(jī)不僅能進(jìn)一步減小船體的尺寸，增大儲(chǔ)草空間，而且安全。 所以智能化的小型水草收割機(jī)的需求量會(huì)越來(lái)越大，小型輕便、美觀環(huán)保的水草收割機(jī)將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。本文主要對(duì)小型水草收割船的明輪部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1 緒 論 1.1 課題研究背景 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水草收割機(jī)的研究沒(méi)有系統(tǒng)的、科學(xué)的分類(lèi)。市場(chǎng)上所有水草收割機(jī)幾乎都是大型機(jī)械，滿(mǎn)足大型湖泊水草的收割與修理，但不適合小型河道和湖泊等小水面水域中水草的收割。 小型化和智能化是水草收割機(jī)的重要發(fā)展方向。 1.2 水草收割船的發(fā)展過(guò)程 國(guó)外關(guān)于水草收割機(jī)的研制比較早，荷蘭等國(guó)早在50年代就開(kāi)始使用專(zhuān)門(mén)的水利機(jī)械進(jìn)行河道的清淤除草作業(yè)。荷蘭的IHC CO Konljn機(jī)械廠1958年研制出H系列兩棲式挖泥船共6種機(jī)型，隨后又相繼開(kāi)發(fā)出M系列、S系列和FB系列等多種清淤機(jī)械；荷蘭的HERDER公司也開(kāi)始研制各種機(jī)型的河道除草機(jī)。起初他們一般是把切割器安裝在液壓挖掘機(jī)或農(nóng)用拖拉機(jī)上，把溝渠、河道內(nèi)的蒲草、雜草切割后撈起放于岸邊，其整機(jī)需停在岸邊或沿岸邊行駛進(jìn)行作業(yè)，這就是陸用割草機(jī)。由于陸用割草機(jī)的使用范圍有較大限制．河道、溝渠旁常揎有樹(shù)木，無(wú)法停機(jī)，遠(yuǎn)離岸邊的水草又無(wú)法切割到，因此研制一種能在河道中航行的水中割草機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。60年代．英國(guó)的Rolbe公司開(kāi)發(fā)出Oibeaux系列水中割草機(jī)，英國(guó)的John wider(工程)公司也開(kāi)發(fā)出自己的系列產(chǎn)品。3O多年來(lái)，這些產(chǎn)品至今還在世界各地廣泛使用。 國(guó)內(nèi)也有一些相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)進(jìn)入該領(lǐng)域，并且取得了一定的研究成果，如寧波農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所、桂林象山農(nóng)機(jī)廠、紹興縣農(nóng)林管理總部聯(lián)合研究的WH1800型河道清草機(jī)，北京市水利局聯(lián)合數(shù)家單位共同開(kāi)發(fā)的的SGY-2.5型水草收割機(jī)，上海電器集團(tuán)現(xiàn)代化裝 備有限公司新液壓長(zhǎng)研究開(kāi)發(fā)的GC2230型號(hào)河道割草保潔船以及GC2000型小型河道割草作業(yè)機(jī)械。 經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，水草收割機(jī)的設(shè)計(jì)，由開(kāi)始的岸邊切割水草作業(yè)，水中水草作業(yè)，水中收割水草作業(yè)，到現(xiàn)在的水中切割、收獲、后續(xù)處理一體化作業(yè)模式，功能日益完善，而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索和經(jīng)驗(yàn)積累，其工作模式也發(fā)生了很大的改變。其主要是朝著小型化、自動(dòng)化方向發(fā)展。 1.3 課題研究的目的及意義 研發(fā)一種適合在河道、池塘等中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割機(jī)。目前市場(chǎng)上的水草收割機(jī)一般是大型機(jī)械，在大的湖波水域可以進(jìn)行切割，但不適于在小型水域的作業(yè)。 所研制的小型水草收割機(jī)，可以有效取代在中小水域的人工收割，有效減輕了勞動(dòng)輕度，大大調(diào)高了切割效率，符合水草收割機(jī)小型化與智能化的發(fā)展方向。 2 明輪簡(jiǎn)介 2.1 明輪裝置的特點(diǎn) 當(dāng)明輪在低速主機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹼板依次進(jìn)出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生反用力推船前進(jìn)。 水草收割機(jī)的工作的環(huán)境是水深大于0.6米，平均水深0.8米，水草植物叢生的淺水湖泊。常用的推進(jìn)裝置有螺旋推進(jìn)器、空氣螺旋推進(jìn)器和明輪推進(jìn)器。螺旋式推進(jìn)器在淺水域中效率低，易使船體沉降，且在有水草的水域易出現(xiàn)纏繞問(wèn)題?？諝饴菪七M(jìn)器的制造工藝和使用維護(hù)要求很高且易翻船，而明輪推進(jìn)器平衡性好、不易出現(xiàn)纏繞、用于中低速小型船舶效率較高適于水中割草作業(yè)。 明輪推進(jìn)器由沿船寬方向水平布置于水線以上的中心軸和在該軸兩端旋轉(zhuǎn)的輪及輪周緣上的蹼板構(gòu)成。一般每一舷側(cè)輪裝有7～11葉蹼板。當(dāng)明輪在低速主機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹼板依次進(jìn)出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生反作用力推船前進(jìn)。當(dāng)船舶吃水有限時(shí)，明輪的結(jié)構(gòu)比螺旋槳的結(jié)構(gòu)能保證更大的水力斷面。因而對(duì)于吃水淺的船舶來(lái)說(shuō)，采用明輪推進(jìn)器能提高推進(jìn)系數(shù)。所以至今在某些內(nèi)河客貨船和拖船上還有使用明輪推進(jìn)器的。 明輪是一種局部入水的推進(jìn)器，根據(jù)蹼板在明輪上的安裝形式，分為“定蹼式明輪”和“動(dòng)蹼式明輪”。 2.2定蹼式明輪 圖2-1 定蹼式明輪簡(jiǎn)圖 圖2-2 動(dòng)蹼式明輪 定蹼式明輪的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)牢固，小直徑時(shí)效率差，蹼板在入水時(shí)壓水，而在出水前提水，因而浪費(fèi)了大部分能量，必須有很大的直徑和低的轉(zhuǎn)速才能得到較高的效率。所以它的直徑往往做得很大，入水深度一般不超過(guò)半徑的1／2，圖2-1為定蹼式明輪。 2.3動(dòng)蹼式明輪 動(dòng)蹼式明輪的蹼板以鉸接方式與輪體相連，通過(guò)偏心作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗孽氚迥芤赃m宜的角度入水和出水，提高了效率。對(duì)于相同尺寸的蹼板，由于動(dòng)蹼明輪蹼板垂直入、出水的程度要比定蹼明輪高，因而對(duì)船體產(chǎn)生的推進(jìn)力要大，推進(jìn)效率可提高15％到25％，并且濺水小。其缺點(diǎn)是制造相對(duì)復(fù)雜，造價(jià)高，但在目前的加工條件下個(gè)零部件均可制造，并且由于水草收割機(jī)一般在淺水水域作業(yè)，定蹼式明輪難以適應(yīng)，所以選用動(dòng)蹼式明輪作為水草收割機(jī)的推進(jìn)器，圖2-2為動(dòng)蹼式明輪。 2.4動(dòng)蹼式明輪的工作原理 當(dāng)動(dòng)蹼式明輪分布在船的中部?jī)蓚?cè)位置時(shí)，稱(chēng)為動(dòng)蹼腰明輪。圖2表示動(dòng)蹼腰明輪的結(jié)構(gòu)示意圖，將其簡(jiǎn)化為平面四桿機(jī)構(gòu)來(lái)分析，當(dāng)主動(dòng)桿AB以角速度∞作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，引導(dǎo)連桿BC和蹼板(與連桿銷(xiāo)連接)作平面運(yùn)動(dòng)，連桿驅(qū)動(dòng)搖桿CD繞偏心軸作圓周運(yùn)動(dòng)，蹼板撥水推動(dòng)船體行進(jìn)。幾組平面四桿機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了明輪推進(jìn)力。 動(dòng)蹼明輪可以借偏心裝置控制蹼板，以調(diào)節(jié)出水和入水的角度，消除了蹼板入水時(shí)產(chǎn)生的拍水現(xiàn)象與出水時(shí)產(chǎn)生的提水現(xiàn)象；其次，還可以增大明輪的劃水面積從而提高推進(jìn)效率。 3 明輪機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算 3.1 BYD-1水草收割船的基本參數(shù) 工作速度： V1=2.0 km/h (0.556 m/s)； 航行速度： V2=5.0 km/h (1.389 m/s)； 船重： W=5×103 Kg： 吃水深度： T=0.5 m； 船的特征長(zhǎng)度： L=5.3 m； 水的密度： ρ=l000 kg/m3； 粘性系數(shù)： v=1.417×10-6 m2/s (水溫低限7℃)； 船的特征寬度： B=1.2 m； 船的排水量： V=W/ρ=5000/1000=5.0 m3 船的方形系數(shù)： δ=V/LBT=5.0/(5.3×1.2×0.5)=1.57 船的浸濕表面積： 對(duì)于無(wú)隧道的內(nèi)河船舶按A．B卡爾波夫公式計(jì)算,即 公式（3-1） 代入數(shù)據(jù)得： Ω=5.0235.1+0.074×5.30.5-0.4×1.57=15.37 m2 相應(yīng)的弗魯?shù)聰?shù)Fr: 公式（3-2） 式中：g一重力加速度 9.8 m/s2 代入數(shù)據(jù)得： 相應(yīng)的雷諾數(shù)Re： 公式（3-3） 代入數(shù)據(jù)得： 3.2 行進(jìn)阻力計(jì)算 3.2.1 公式的確定 根據(jù)弗魯?shù)聰?shù)可以判斷，水草收割機(jī)為慢速船，因此在阻力的計(jì)算中，只考慮粘性阻力和興波阻力兩項(xiàng)，其它可忽略不計(jì)。 其公式為： 公式（3-4） 公式（3-5） 總阻力為： 公式（3-6） 式中：ξsk ——粘性阻力系數(shù)； ξw ——興波阻力系數(shù) 在總阻力中只有粘性阻力系數(shù)、興波阻力系數(shù)未知，其它各參數(shù)已確定；從而只需確定這兩項(xiàng)。 3.2.2 粘性阻力系數(shù)的計(jì)算 公式（3-7） 式中：kˊ——比例系數(shù) Δk——比例修正系數(shù) ξf0——摩擦阻力系數(shù) Δξf——阻力修正系數(shù) Δξk——附加阻力修正系數(shù) 1)比例系數(shù)kˊ、比例修正系數(shù)Δk的確定 根據(jù)船型特點(diǎn)：kˊ=1.3、Δk =0 2)摩擦阻力系數(shù)ξf0的確定 故： 3)阻力修正系數(shù)Δξf的確定 由資料可知，Δξf = (0．4～0．7)×10-3 4)附加阻力修正系數(shù)Δξk的確定 為了船的穩(wěn)定性良好，一般Δξk取=(0．1～0．2)×10-3 Δξf、Δξk均取大值，代入公式得： ξsk1 = (1.3—0)×(3.978×10-3+0.7×10-3)+0.2×10-3= 6.25×10-3 ξsk2 =(1.3—0)×(3.353×10-3+0.7×10-3)+0.2×10-3= 5.46×10-3 3.2.3 興波阻力系數(shù)的計(jì)算 公式（3-8） 其中ξwˊ根據(jù)圖可知： ξw1ˊ= 0.04×10-3； ξw2ˊ= 0.95×10-3； 代入數(shù)據(jù)得： ξw1 = 0.04×10-3×（5×0.51.2）12（7×1.25.3）54 = 0.1×10-3 ξw2 = 0.95×10-3×（5×0.51.2）12（7×1.25.3）54 = 2.43×10-3 R1 = Rsk1 + Rw1 =（6.25×10-3+0.1×10-3）×1×1000×0.556×0.5562×10.3 = 10.1 N R2 = Rsk2 + Rw2 =（5.46×10-3+2.43×10-3）×1×1000×1.389×1.3892×9.7 = 78.4 N 考慮到淺水對(duì)阻力的影響，選取層流系數(shù)Q=1.6，修正后的阻力為： R1ˊ= (1+Q) ×R1 = (1+1.6) ×10.1 = 26.3 N R2ˊ= (1+Q) ×R2 = (1+1.6) ×78.4 = 204 N 3.2.4 輸送帶阻力的計(jì)算 由于輸送帶在工作時(shí)一部分是在水中，在行進(jìn)中會(huì)產(chǎn)生行進(jìn)阻力。假設(shè)輸送帶為一個(gè)平板在水中運(yùn)動(dòng)，切割架寬1.2m，割深0.8m，即相當(dāng)于收割機(jī)必須克服一塊面積為a----1.2×0.8 m2的平板所產(chǎn)生的阻力。由基爾霍夫理論，輸送帶產(chǎn)生的阻力可由以下公式計(jì)算： Rx=c×a×ρV22 公式（3-9） 式中：a——物體垂直于運(yùn)動(dòng)方向的截面積，a = 1.2×0.8 = 0.96 m2； c——阻力系數(shù)，查得c = 1.12； 輸送帶阻力只有在收割水草時(shí)產(chǎn)生，所以V = V1 = 0.556 m/s 代入公式得：Rx = 166.19 N 考慮水草的附加阻力Rf = Rx則前輸送帶阻力： R = Rf + Rx = 332.38 N。 當(dāng)進(jìn)行水草收割作業(yè)時(shí)，水草收割機(jī)總阻力R1 = 332.38 + 26.3 = 358.68 N；航行時(shí)總阻力R2 = 204 N。 3.3 明輪推進(jìn)力分析 明輪推進(jìn)力P=Gp·ρ·n2·D2·Fp，其中：Gp——推進(jìn)力系數(shù)，λe= vπDn 查得Gp = 5.5； Fp——明輪的水力作用面積，F(xiàn)p=2 Bk·Tk ，Bk = 0.5 m ，最大入水深度Tk = 0.326m； n——明輪工作轉(zhuǎn)速，n = 0.6 rpm/s；計(jì)算得明輪總推進(jìn)力P = 854 N ，P > R0 3.4 明輪偏心率的確定 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響明輪滑水效率?，F(xiàn)從收割機(jī)整體結(jié)構(gòu)要求出發(fā)，采用解析法來(lái)討論這一問(wèn)題。 根據(jù)船體結(jié)構(gòu)要求，明輪軸線安裝高度為0.214 m，水線至船面0．15 m，故采用圖2-2所示機(jī)構(gòu)，連桿長(zhǎng)l = 0.07 m，蹼板為0.46×0.23 m2，蹼板的數(shù)量一般由明輪直徑和轉(zhuǎn)速大小來(lái)確定，因該明輪用于中低轉(zhuǎn)速，直徑較小，故取7葉，相應(yīng)的在一個(gè)明輪上要出現(xiàn)7組四桿機(jī)構(gòu)，這里只需分析一組。如圖2所示建立DXY坐標(biāo)系，并將各桿 作為桿矢量，則： DA+AB+BC=DC 公式（3-10） 將（1）式中各矢量向x、y軸投影得： E+R cosФ1+ lcosФ2 = R cosФ3 公式（3-11） R sinФ1+ lsinФ2 = R sinФ3 公式（3-12） 其中E是偏心軸軸心與明輪驅(qū)動(dòng)軸軸心的距離，從(2)、(3)式中消去Ф3并整理得： 公式（3-13） 設(shè)蹼板入水角為θ1，出水角為θ2，因?yàn)轷氚宕怪庇谶B桿，所以式(4)間接給出了機(jī)架即偏心距E與θ1、θ2的函數(shù)關(guān)系。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，傳動(dòng)角r的大小是變化的。最小傳動(dòng)角將出現(xiàn)在主動(dòng)桿與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一(見(jiàn)圖3-1)，即： 公式（3-14） 公式（3-15） 公式（3-16） 通常為保證機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性良好，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使rmin≥40。，有些尺寸較小的機(jī)構(gòu)允許小些，只要不發(fā)生自鎖即可。 將R = 575 mm，l = 70 mm，Ф1=arcsin(0.364/0.575) = 39.3。，Ф2 = 90。+θ1代入(4)～(7)式，可知： 圖 3-1 動(dòng)蹼式明輪結(jié)構(gòu)示意圖 1)當(dāng)E = O.07 m時(shí)，θ = 90。，rmin = O。，此時(shí)機(jī)構(gòu)為平行四桿機(jī)構(gòu)，蹼板垂直入、出水面，不發(fā)生濺水，明輪的推進(jìn)效果最好。至于死點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)兩組機(jī)構(gòu)同時(shí)處于死點(diǎn)位置。但這種機(jī)構(gòu)的連桿與搖桿間的相對(duì)擺動(dòng)是在整個(gè)圓周上進(jìn)行的，使得明輪結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)不好，且易出現(xiàn)纏繞。若能解決此問(wèn)題，則平行四桿機(jī)構(gòu)是最優(yōu)設(shè)計(jì)； 2)當(dāng)E=O時(shí)，屬于定蹼式明輪； 3)當(dāng)O

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