摘要
藕，它的根根葉葉，花須果實，無不為寶，都可滋補入藥，而且蓮藕的種植技術非常簡單，產量高，成本低，但是蓮藕是難收的農場品。自古以來，采挖蓮藕的工作主要靠人工一鍬一鏟來完成，在采挖蓮藕時需要將蓮藕田中水排干，這種方式采挖蓮藕效率低，蓮藕損傷嚴重。據(jù)統(tǒng)計每年因采挖不及時或者無法采挖而造成的損失就達億元?，F(xiàn)階段，蓮藕在我國的種植面相當廣，并且種植面積還在不斷的擴大，我國現(xiàn)有蓮藕種植面積6000多萬畝，平均畝產1500千克。因蓮藕經濟效益高，但采挖困難，因此廣大藕農就希望能有挖藕機來代替人工采挖蓮藕，來減輕人工勞動，并提高蓮藕質量。近年來，不少單位已經進行了挖藕機的研制工作，并且也取得了一定的成效。但是,國內的挖藕機產品存在機器笨重、工作不穩(wěn)定、挖藕效果不理想等問題,且大部分挖藕機都以挖掘湖藕為主,不適宜淺水藕種植地區(qū)。如果能夠開發(fā)出一種高效、靈活且造價低廉的淺水藕田挖藕機產品,將會大大加快蓮藕產業(yè)發(fā)展。本文正是基于這種想法,設計了噴頭可移動浮桶式水力挖藕機。查閱有關挖藕機資料[15-19]的基礎上,分析了不同挖藕機的優(yōu)缺點,提出了浮桶式與可移動高壓噴頭沖藕的設計方案。并繪制了該挖藕機所有零部件的CAD圖紙和PROE裝配效果圖,采用標準化零部件提高機器的標準化程度,為該挖藕機批量生產及進一步開發(fā)與推廣奠定基礎。
關鍵詞：藕；挖藕機；浮桶式；機械設計；高壓噴頭
Abstract
Lotus root, its leaf, and the flower fruit, are all treasure, and can be used as a piece of nourishing medicine. The lotus root planting technique is simple, yet with high yield, and low cost, but the lotus is difficult to collect as farm products. Since ancient times, lotus root digging mainly relies on manual labor with a spade and a shovel, and during the process of digging, the water needs to be drained, and thus the efficiency is low, and can cause serious damages. According to statistics, due to delayed or inappropriate excavation, a few billion Yuan can be caused every year. At present, the lotus root planted in China is quite large in number, and the planting area is still expanding, our existing lotus root planting area is about 60000000 mu, with the average yield of 1500 kilogram per-mu. Though lotus root yields high economic returns, to dig it out of water is very difficult, therefore the majority of farmers would like to have a kind of lotus root digging machine to replace spade and shovel, reduce the manual labor, and improve the quality of lotus root. In recent years, many relevant institutions have carried out research work of the lotus root digging machine, and achieved some success. However, the machine still has some problems, like unstable work, unsatisfying digging effect, and most of the lotus root digging machines are used mainly for digging lotus roots in the lake, and thus not suitable for shallow water lotus roots. If we can develop a lotus root digging machine with high efficiency, flexibility and low cost for shallow water lotus, it will greatly accelerate the development of lotus industry. This article is based on this idea, so designed the nozzle movable float type hydraulic lotus root digging machine. Based on relevant data about the lotus root digging machine, analyzes the advantages and disadvantages of different lotus root digging machine, and thus comes up with the idea of the float movable high pressure nozzle lotus design. Using CAD and PROE pictures to show assembly effect of the lotus root digging machine and all its parts, and standardized parts and components to enhance the degree of standardization of the digging machine, lay the foundation for production and further development and promotion of lotus root machine.
Keywords: lotus root; lotus root digging machine; float; mechanical design; high pressure nozzle
II
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本論文研究的目的與意義 1
1.2 現(xiàn)階段國內挖藕機械的研究狀況及存在的問題 1
1.3 蓮藕的物理特性及急需解決的關鍵性問題 2
1.3.1 蓮藕的物理特性 2
1.3.2 急需解決的關鍵性問題 3
1.4 本論文研究內容、方法及方向 3
1.4.1 研究內容 3
1.4.2 研究方法 3
1.4.3 研究方向 3
2 確定可移動噴頭浮桶式挖藕機總體設計方案 4
2.1 挖藕機設計方案 4
2.2 可移動噴頭浮桶式挖藕機結構組成 4
2.3 可移動噴頭浮桶式挖藕機工作流程 5
3 汽油機水泵的選擇與計算 6
3.1 水泵類型的確定 6
3.2 水泵揚程及流量的確定 7
3.3 壓力損失的計算 8
3.3.1 管道的沿程壓力損失 8
3.3.2 高壓噴嘴壓力損失 11
3.3.3 管接頭、分水器及其他部件局部損失計算 12
4 挖藕機主要工作部分的設計 13
4.1 動力水泵室的設計 13
4.1.1 動力水泵室形狀確定 13
4.1.2 確定動力水泵室制作材料 14
4.1.3 確定動力水泵室制作工藝 14
4.2 密封浮桶的設計 15
4.2.1 密封浮桶形狀的設計 15
4.2.2 密封浮桶材料及制作工藝的確定 16
4.3 濾網(wǎng)的選擇 16
4.4 泵機固定架材料的確定 16
4.5 抬桿及操作桿材料的確定 17
4.6 汽油機水泵固定架材料及位置的確定 18
4.6.1 汽油機水泵固定架材料的確定 18
4.6.2 汽油機水泵固定架位置的確定 18
4.7 進水管、高壓管的選擇 19
4.8 高壓噴嘴固定架 20
5 挖藕機總質量、浮力計算及抬桿強度校核 21
5.1 挖藕機總質量 21
5.2 浮力計算 21
5.3 抬桿強度校核 22
6 挖藕機3D外觀圖 24
7 總結 26
參考文獻 27
致謝 28
1 緒論
1.1 本論文研究的目的與意義
蓮藕是一種種植技術簡單、產量高、成本低、經濟效益好，具有很高食用、藥用價值的特色農產品，也是一種易種難收的農產品。自古以來，蓮藕的采挖主要靠人工一鍬一鏟的完成，不僅勞動強度極大，作業(yè)環(huán)境特別惡劣，而且挖凈率低，藕的損傷嚴重，商品質量差。同時，還需排干藕田、堰塘中的水，像湖區(qū)挖藕也只能在周邊無水處進行。因此，需要花費很大的人力、物力及能源，造成大面積湖區(qū)蓮藕的浪費。據(jù)統(tǒng)計，僅湖北洪湖每年因采挖不及時或無法采挖而造成蓮藕自生自滅的損失達億元以上。隨著農業(yè)產業(yè)結構的調整，我國的蓮藕種植面積仍在不斷的擴大，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國已有蓮藕種植面積6000多萬畝。但其挖掘方法仍然停留在原始的生產方式上，因此，廣大藕農和蓮藕主產區(qū)都迫切希望能有挖藕機械的出現(xiàn)來替代人工勞動。
挖藕機的出現(xiàn)，給蓮藕產業(yè)帶來的經濟效益是巨大的，據(jù)調察，全國平均人工采挖蓮藕的費用在0.5元／斤，而采用挖藕機的綜合費用不到0.05元。整整相差了十倍，蓮藕銷售旺季，以湖北為例，蓮藕的銷售價格一般在一元左右，僅是挖藕費用就占去了收益的一半。如果采用挖藕機進行采挖，按每畝產量3500斤計算，每挖一斤藕節(jié)省0.45元計算，每畝可節(jié)約1500余元，這節(jié)約下來的錢就是凈增的利潤。種植100畝蓮藕，僅此一項就可增收十五萬元。采用挖藕機還具有抵御市場風險的能力，以湖南為例，2011年由于湖南毒藕事件影響及市場原因，蓮藕價格一度低至0.7-0.8元／斤，除去0.5元／斤的挖藕費用，地租、水電、化肥、農藥、人工等，許多蓮藕種植大戶有巨大的虧損。如果采用挖藕機挖藕，那么虧損的風險就等于零，不論做什么生意，降低成本和費用就等于獲得了更高的利潤。這是做生意的王道，種植蓮藕也是這個道理。
1.2 現(xiàn)階段國內挖藕機械的研究狀況及存在的問題
據(jù)調查，目前國內能夠檢索到的有關挖藕的器具主要有以下幾種類型：
1：武漢市農機服務總站研制的是“自走水沖式蓮藕采挖機”，它由田間自走式水力作業(yè)機和岸邊水泵機組兩部分組成，水力作業(yè)機前端配置有兩個壓力式噴槍，在噴槍噴射出的高壓水流作用下，蓮藕周圍的泥土被切開和推翻，進而露出蓮藕，岸邊水泵機組從有水源的田間取水供作業(yè)機循環(huán)使用。
2：微山湖船式水力挖藕機，其特征是固定在船體上的動力機分別與水泵和減速器傳動連接，減速器通過一支臂連桿與船體尾部的挖頭連接，可帶動挖頭在船體尾部作往復平行移動，水泵的輸出通過軟管與挖頭上的噴頭連接。利用高壓噴頭噴出高速水流將蓮藕周圍的泥土去除，蓮藕在浮力的作用下自動浮出水面[16]。
3：武漢興盛農機技術開發(fā)有限公司研制的“浮桶鴨嘴式挖藕機”[15,17]，它由底盤架、動力水泵室、泵機固定架、進水管、高壓管、高壓噴嘴等組成，該挖藕機左右兩側設有密封浮桶，負責將整機浮于水面之上，另外工作水倉后部設有兩高壓噴頭，且兩噴頭與水平面形成一定的夾角，并且該噴頭與水倉焊接為一個整體。具有一定角度的噴頭就像一把刀在切削附著在蓮藕上的泥土，能很輕松的將蓮藕弄出水面。
從以上幾種挖藕器具的工作原理和結構中可以看出其有以下明顯不足：
1、 挖藕部分和泵體為分體設計，只適用于有水源條件的稻田采挖；
2、 挖藕部分和泵體為分體設計，同樣需要比較多的人力，且這種方式蓮藕破損率較高；
3、 船式水力挖藕機整機笨重，不便于移動，而且只能在面積較大的湖中工作；
4、 浮桶鴨嘴式挖藕機體積小、結構新穎、整機輕巧、靈活、造價低，但是高壓噴頭只有兩個，且只是位于工作倉的后部，對于比較靠近蓮藕田岸邊的蓮藕無法挖掘。
1.3 蓮藕的物理特性及急需解決的關鍵性問題
1.3.1 蓮藕的物理特性
蓮藕的每一節(jié)都具有數(shù)量一定的孔，空中充滿著空氣，在泥土中時由于其整個本身和根系都與泥土緊密接觸。如果把附著在蓮藕身上的泥土用水沖掉，那蓮藕就只受自身的重力G和水對蓮藕的浮力F浮。
經過測量之后得出：
(1)在水下時：
F浮>G
由于F浮>G ，那么蓮藕會在浮力的作用下上升而浮出水面。
（2）在水面時：
F浮=G
由于F浮=G ，那么蓮藕就會懸浮在水面。
根據(jù)蓮藕的這個獨特的物理性質，只要能夠把蓮藕上的泥土弄掉，就能輕松完成對蓮藕的采挖。
1.3.2 急需解決的關鍵性問題
（1）降低蓮藕采挖破損率。
（2）提高采挖完成度，減少因無法采挖而導致的蓮藕損失。
（3）改善挖藕器具的可移動性，方便性。
（4）擴大挖藕器具的適用面，并且使其兼容性更強。
1.4 本論文研究內容、方法及方向
1.4.1 研究內容
本論文題目來源于本科階段學位證書的畢業(yè)設計。要求為：設計一挖藕機，用于對江西省廣昌縣淺泥田里蓮藕的采挖。因當?shù)嘏恨r對現(xiàn)有的挖藕設備的采挖效果并不滿意，所以迫切需要一種比較理想的挖藕設備，響應這個要求，就設計研究了可移動噴頭浮桶式挖藕機。
1.4.2 研究方法
通過查閱國內挖藕器械的相關資料，比較各種器械的優(yōu)劣，并結合江西省廣昌縣當?shù)氐沫h(huán)境條件，蓮藕種植情況，去不同挖藕器械的優(yōu)點，然后經過一系列改進，確定適當?shù)膭恿ο到y(tǒng)和對重要結構進行強度校核。
1.4.3 研究方向
本論文設計研究的挖藕機是針對江西省廣昌縣的藕田，但是適用面相當廣，且兼容性強，能夠使用于全國大部分地區(qū)的淺泥藕田，該挖藕機還有另外一個功能就是對水稻田泥土的攪拌，對犁田后結巴的水稻田具有相當不錯的效果。該挖藕器具以后的研究方向是盡量擴大適用面，使其兼容性更強，能實現(xiàn)全自動化就更好。
2 確定可移動噴頭浮桶式挖藕機總體設計方案
2.1 挖藕機設計方案
根據(jù)現(xiàn)階段國內出現(xiàn)的各種挖藕器械，大體上可以分為兩種：船式和浮桶式。
船式挖藕機：笨重，操作缺乏靈敏性，而且不便于移動。但是船式挖藕機也有以下優(yōu)點：一是采用船式“浮式作業(yè)”原理，可成功實現(xiàn)對水中蓮藕的機械化采挖。二是采用“水下采挖法”，可成功實現(xiàn)以采挖蓮藕為主要目的多重功能和先進技術。三是采用“噴頭和鏟泥板組合采挖法”，增加了挖泥深度，提高了采挖效率，從而提高了挖藕機械的經濟性能。四是采用“液壓傳動及操作法”，利用液壓傳動，提高了整機傳動效率和可靠性。
盡管船式挖藕機有諸多優(yōu)點，但這種挖藕機只適用于種植面積廣的湖面型種植方式。
浮桶式挖藕機：結構輕巧、操作容易、轉移方便、故障率低、造價低、工效高、保養(yǎng)簡單，同樣采用“浮式作業(yè)”原理，還有采用“水下采挖法”，其高壓噴頭與水面形成一個50度-60度的夾角，噴頭噴出的高速水流像一把刀鏟削附著在蓮藕上的泥土，能迅速將蓮藕挖出。該種挖藕機能夠適用于面積小，水淺，且能夠工作于不規(guī)則形狀的藕田。
按畢業(yè)設計要求，該挖藕機將用于江西省廣昌縣藕田的采挖。該地的蓮藕種植于淺泥田里，且藕田的形狀不規(guī)則，船式挖藕機不能正常工作，只能選擇輕便型浮桶式挖藕機。
2.2 可移動噴頭浮桶式挖藕機結構組成
該挖藕機結構組成包括：汽油機水泵、泵機固定架、動力水泵室、密封浮桶、抬桿、操作桿、進水管、高壓管、高壓噴嘴、高壓噴嘴固定桿。
特征為：挖藕機動力由汽油機提供，然后汽油機輸出軸與高壓離心水泵通過聯(lián)軸器相連，另外該挖藕機設置有左右密封浮桶，在左右密封浮桶之間設有工作水倉，在工作水倉外側與左右密封浮桶之間均焊接有底部、前后及頂面過濾網(wǎng)，所述左右密封浮桶、工作水倉、泵機固定架、操作桿、抬杠焊接為一個整體。汽油機水泵通過螺釘固定于泵機固定架上，水泵進水管與動力水泵室連通，動力水泵室兩側設有進水窗，水泵出水口連接一轉四通管，四通管與高壓噴嘴經過高壓管相連，并分別設有調節(jié)閥。高壓噴嘴固件在噴嘴固定架上，但可水平移動。
2.3 可移動噴頭浮桶式挖藕機工作流程
3 汽油機水泵的選擇與計算
3.1 水泵類型的確定
查《工業(yè)泵選用手冊》[9]知，水泵主要有以下類型：
水泵的適用范圍和特性比較表
表3-1 水泵參數(shù)及性能比較
-
因為水泵需要工作在水中雜質比較多的環(huán)境下，綜合考慮流量、揚程等因素下，離心泵是最佳的選擇。
離心泵的工作原理：
??? 水泵開動前，先將泵和進水管灌滿水，水泵運轉后，在葉輪高速旋轉而產生的離心力的作用下，葉輪流道里的水被甩向四周，壓入蝸殼，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經蝸殼而進入出水管。
離心泵是由于在葉輪的高速旋轉所產生的離心力的作用下，將水提相高處的，故稱離心泵。
3.2 水泵揚程及流量的確定
通過查閱互聯(lián)網(wǎng)資料得知：高壓噴嘴噴水壓力在2.6~2.8Kg/cm2,在這個壓力下，對蓮藕的損傷最小，即為最佳噴水壓力。
經過單位換算后得：
根據(jù)所得的壓力初步確定水泵的揚程為25m，該水泵需要汽油機或者柴油機提供動力，調查市面上浮桶型挖藕機使用的為汽油機水泵或者柴油機水泵。根據(jù)揚程25m確定選用以下汽油機水泵，其具體參數(shù)為：
產品型號
進出口水徑
最大流量
最大揚程
吸程
配套動力
功率/轉速
體積
重量
汽油機水泵圖片
動力源
固定架
水泵出水口
水泵進水口
水泵
圖3-1 汽油器水泵成品圖
3.3 壓力損失的計算
3.3.1 管道的沿程壓力損失
1）確定當量糙粒高度：
表3-2 各種管道壁面的當量糙粒高度
管道類型
管道類型
玻璃管、黃銅管
0-0.002
舊鑄鐵管
0.5-1.5
新氯乙烯管
0-0.002
銹蝕舊鋼管
0.5-0.8
新無縫鋼管
0.01-0.08
鋼板焊制管
0.35
精制鍍鋅鋼管
0.25
橡膠軟管
0.2-0.3
普通鍍鋅鋼管
0.3-0.4
純水泥壁面
0.25-1.25
新鑄鐵管
0.2-0.8
選用橡膠軟管，則當量糙粒高度為0.25。
相對粗糙度為：
d—管道直徑，
2）確定雷諾數(shù)：
對于圓管壓力流，在數(shù)值上等于d.所以采用水力直徑雷諾數(shù)時，工程中判別流態(tài)的標準為：
一切有壓流：
一切無壓流：
—平均流速，
—水力直徑，
—液體運動粘度，
表3-3 水在不同溫度下運動粘度
流體種類
溫度/
運動粘度/
水
0
5
10
20
30
40
60
常溫下水的溫度為25，因此該溫度下水的運動粘度為
—流量，
則流體流態(tài)為紊流
雷諾數(shù)作為判別流體流態(tài)的標準，是流體沿程損失計算的關鍵。
3）確定阻力系數(shù)的值：
利用和，可以從莫迪圖中查出阻力系數(shù)的值。
圖3-2 莫迪圖
根據(jù)和，從圖中查得阻力系數(shù)的值為0.03。
4）確定沿程損失：
沿程計算公式為：
—阻力系數(shù)
—管道長度，
—管道直徑，
—液體流速，
—重力加速度，
代入數(shù)值得：
壓力損失為:
3.3.2 高壓噴嘴壓力損失
高壓噴嘴可看成為漸縮管。該挖藕機高壓噴嘴的形狀大致為：
圖3-3 高壓噴嘴外形
高壓噴嘴處的壓力損失屬于局部損失，所有局部裝置的局部阻力損失都可以用流速水頭乘上一個系數(shù)來表示，即：
—指發(fā)生在局部損失之后的漸變流斷面上的平均流速，
漸縮管局部阻力系數(shù)的計算式為：
—平均沿程阻力系數(shù)
—高壓噴嘴進出口截面面積，
代入數(shù)據(jù)得：
高壓噴嘴出口處水流速度為：
將代入公式得: .
則:
高壓噴頭局部損失為：
壓力損失為:
3.3.3 管接頭、分水器及其他部件局部損失計算
由于管接頭、分水器和其他部件局部損失相對沿程和高壓噴嘴損失小好多，即可忽略不計[1,3]。
4 挖藕機主要工作部分的設計
4.1 動力水泵室的設計
4.1.1 動力水泵室形狀確定
動力水泵室承擔著給汽油機水泵提供足量水的工作，因為水泵對水質有一定的要求，因此動力水泵室就應該有特殊的結構。
查閱其它挖藕器械相關資料[15,17]，設計動力水泵室形狀如下：
圖4-1 水泵室及進水口
圖中小框為進水口，挖藕機工作時，這些小框需要在水面之下，這樣才能保證水泵有足夠的水量供應。
圖4-2 水泵室外形圖
圖中圓形孔為汽油機水泵進水口，口徑為。水泵通過管道到達水泵室的底部。另外水泵室兩頭傾斜設計有利于挖藕機在水中行走，如果垂直連接的話，挖藕機在水中行走時水的阻力比較大，傾斜設計可以減少操作的勞動量。
4.1.2 確定動力水泵室制作材料
不銹鋼板表面光潔，有較高的塑性、韌性和機械強度，耐酸、堿性氣體、溶液和其他介質的腐蝕，它是一種不容易生銹的合金鋼。因此不銹鋼板是動力水泵室最佳材料選擇。
表4-1 不銹鋼板厚度標準 GB3280-2007[8,10]
查不銹鋼板厚度標準，選擇厚度為，寬的不銹鋼板
4.1.3 確定動力水泵室制作工藝
動力水泵室上部分由規(guī)格尺寸的不銹鋼板焊接而成，下部分圓弧面由不銹鋼板沖壓彎曲而成。
表4-2 推薦焊接材料的烘干溫度、保溫時間
類 別
牌 號
溫度（℃）
時間（h）
不銹鋼焊條
A102
150
1
A107
250
1
A132
150
1
A137、 A207
250
1
A202、A302、A402
150
1
A307、A407
250
1
A002、A022、A212、A242
150
G202、G302
150
G207、307
250
燒結焊劑
SJ101、SJ102
300~350
2
熔煉焊劑
HJ431
250
2
HJ250
300~250
2
表4-3 常用不銹鋼推薦選用的焊條牌號
鋼 號
手工電弧焊
埋弧焊
氬弧焊
焊條型號
焊條牌號
焊絲牌號
焊劑型號
焊絲牌號
0Gr18Ni9
E308-16/ E308-15
A102/A107
H0Gr21Ni10
HJ260
H0Gr21Ni10
0Gr18Ni10Ti
E347-16/ E347-15
A132/A137
H0Gr21Ni10Ti
HJ260
H0Gr21Ni10Ti
1Gr18Ni9Ti
E347-16/ E347-15
A132/A137
H0Gr21Ni10Ti
HJ260
H0Gr21Ni10Ti
0Gr17Ni12Mo2
E316-16/ E316-15
A202/A207
H0Gr19Ni12Mo2
HJ260
H0Gr19Ni12Mo2
0Gr18Ni12Mo2Ti
E316-16/ E318-16
A022/A212
H00Gr19Ni12Mo2
HJ260
H00Gr19Ni12Mo2
00Gr19Ni10
E308L-16
A002
H00Gr21Ni10
HJ260
H00Gr21Ni10
00Gr17Ni14Mo2
E316L-16
A022
00Gr19Ni13Mo3
E317-16
A242
焊接時根據(jù)表4-2和表4-3確定合適的烘干溫度、保溫時間及選用的焊條，焊接時每塊不銹鋼板之間不能有縫隙，焊縫需平整。
4.2 密封浮桶的設計
4.2.1 密封浮桶形狀的設計
密封浮桶在該挖藕機中起著至關重要的作用，基本上所有的浮力都是有兩個密封浮桶提供。浮桶的密封性及體積大小直接影響到挖藕機能否正常工作。
密封浮桶的形狀設計如下：
圖4-3 浮桶形狀正視圖
該密封浮桶的長度為。
密封浮桶的體積為：
4.2.2 密封浮桶材料及制作工藝的確定
因密封浮桶與動力水泵室相似，所以采用相同材料的不銹鋼板。同樣采用彎曲沖壓和焊接工藝，密封浮桶只有最底部和側面有焊縫，其他成型采用彎曲沖壓，這樣可以減少由于焊接引起密封性不好的問題。
密封浮桶焊接完之后需要進行水中浮力測試，檢測浮桶的密封性能。
4.3 濾網(wǎng)的選擇
濾網(wǎng)在挖藕機上的主要作用是過濾水中的雜質，使進入動力水泵室的水中不含有較大的物體，對水泵有著極大的保護作用。
該挖藕機上采用不銹鋼絲粗濾網(wǎng)，濾網(wǎng)口徑大小為，不銹鋼絲直接為。其尺寸大小見零件圖紙。
4.4 泵機固定架材料的確定
泵機固定架的作用為支撐汽油機水泵和操作桿。采用國家標準方管焊接而成。查國標[20]知：
表4-4 方管型號及理論重量表
型號
理論重量（kg/m）
型號
理論重量（kg/m）
20*20*1.2
0.75
70*70*4
8.22
25*25*1.2
0.94
70*70*5
10.2
40*40*2
2.29
80*60*3
7.09
40*40*2.5
3.02
80*60*4
8.22
40*40*4
4.68
80*60*5
10.25
50*30*2.5
3.02
80*80*4
9.96
50*30*3
3.6
80*80*6
13.85
50*32*2
2.2
90*40*2.5
5.19
50*35*2.5
3.32
90*60*5
10.47
50*50*2.5
3.81
100*60*3
7.3
50*50*3
4.44
100*60*4
9.16
50*50*4
5.74
100*60*5
11.53
根據(jù)表4-4該挖藕機選擇的方管型號為25*25*1.2。
4.5 抬桿及操作桿材料的確定
挖藕機在搬運過程中需要一個方便人操作的部件，這個就是抬桿。在搬運挖藕機時，挖藕機所有的重量都壓在兩根抬桿上，因此抬桿在設計之后要進行強度校核，在選材上需要選用強度高，韌性好的鋼材。
根據(jù)人類手握東西的習慣，圓形的部件手握是感覺最好。因此抬桿就選用圓形鋼管。查圓管國標[20]得：
表4-5 圓形鋼管規(guī)格及其理論重量表
外徑
/mm
壁? 厚/mm
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.5
1.6
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
3.2
3.5
鋼管理論質量/(kg/m)
5
0.055
0.065
0.083
0.099
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
8
0.092
0.109
0.142
0.173
0.201
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
10
0.117
0.139
0.181
0.222
0.260
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
12
0.142
0.169
0.221
0.271
0.320
0.366
0.388
0.410
?
?
?
?
?
?
?
?
13
?
0.183
0.241
0.296
0.343
0.400
0.425
0.450
?
?
?
?
?
?
?
?
14
?
0.198
0.260
0.321
0.379
0.435
0.462
0.489
?
?
?
?
?
?
?
?
15
?
0.123
0.280
0.345
0.408
0.470
0.499
0.529
?
?
?
?
?
?
?
?
16
?
0.228
0.300
0.370
0.438
0.504
0.536
0.568
?
?
?
?
?
?
?
?
17
?
0.243
0.320
0.395
0.468
0.359
0.573
0.608
?
?
?
?
?
?
?
?
18
?
0.257
0.339
0.419
0.497
0.573
0.610
0.647
?
?
?
?
?
?
?
?
19
?
0.272
0.359
0.444
0.527
0.608
0.647
0.687
?
?
?
?
?
?
?
?
20
?
0.287
0.379
0.469
0.556
0.642
0.684
0.726
0.808
0.888
?
?
?
?
?
?
21
?
?
0.399
0.493
0.586
0.677
0.721
0.765
0.852
0.937
?
?
?
?
?
?
22
?
?
0.418
0.518
0.616
0.704
0.758
0.805
0.897
0.986
1.074
?
?
?
?
?
25
?
?
0.477
0.592
0.704
0.815
0.869
0.923
1.030
1.134
1.237
1.387
?
?
?
?
28
?
?
0.537
0.666
0.793
0.918
0.980
1.0412
1.163
1.282
1.400
1.572
1.740
?
?
?
30
?
?
0.576
0.715
0.852
0.987
1.054
1.121
1.252
1.381
1.508
1.695
1.878
1.997
?
?
32
?
?
?
0.764
0.911
1.065
1.128
1.199
1.341
1.480
1.617
1.1819
2.016
2.145
?
?
查表后選擇外徑為厚度為的圓管。
4.6 汽油機水泵固定架材料及位置的確定
4.6.1 汽油機水泵固定架材料的確定
為了汽油機水泵的安裝及水泵固定架自身的固定，角鋼是很好的選擇。角鋼型號具有國家標準[21,22]，部分標準如下：
表4-6 等邊角鋼型號規(guī)格
根據(jù)表4-6選擇規(guī)格為2.5#厚度為的角鋼。
4.6.2 汽油機水泵固定架位置的確定
由于高壓噴嘴噴出的高速水流對水有一定的沖擊力，因此也受到水的反作用力，且高壓噴嘴與水平面呈一定夾角，為平衡這個作用力，汽油機水泵的位置就應該稍微靠近操作者。
挖藕機本身重力與浮力平衡，汽油機水泵安裝位置計算過程如下[2,14]：
圖4-4 水泵固定位置及受力分析
由力對點A的力矩平衡得：
列式為：
—水對高壓噴嘴的反作用力，
—汽油機水泵重量，
計算得：
4.7 進水管、高壓管的選擇
進水管一頭連接著水泵進水口，另一頭插入動力水泵室的水中。由于水泵進水口直徑為，所以進水管選擇直徑的不銹鋼管。
高壓管要能承受一定的壓力，連接著高壓噴嘴和分水器。高壓噴嘴的大口直徑為，因此高壓管選擇的橡膠軟管，但軟管中要有一圈一圈的鋼絲[3]。
4.8 高壓噴嘴固定架
高壓噴嘴固定架使用的是規(guī)格為2.5#厚度的角鋼，角鋼需要加工出三個槽，以便高壓噴嘴能安裝且能在一定范圍內移動。效果圖如下：
圖4-5 高壓噴嘴固定角鋼
高壓噴嘴能夠在槽內移動，可以調整高速水流的噴射范圍，這樣就增加了挖藕機的適用性。
5 挖藕機總質量、浮力計算及抬桿強度校核
5.1 挖藕機總質量
總質量=汽油機水泵+動力水泵室+密封浮桶+底盤固定架+噴頭+其他
=
其中
方管：
圓管：
角鋼：
5.2 浮力計算
浮力計算公式為：
密封浮桶提供的浮力：
動力水泵室底部圓弧型浮桶提供的浮力：
總浮力為：
挖藕機總重力為：
因此挖藕機能正常工作[1]。
5.3 抬桿強度校核
抬桿如圖所示：
圖5-1 抬桿仿真
受力分析圖為[5,6,12]：
圖5-2 抬桿受力分析
極慣性矩
彎曲正應力的強度條件為
其中
因此
所以抬桿材料尺寸選擇合理[2]。
6 挖藕機3D外觀圖
圖6-1 挖藕機仿真圖
圖6-2 挖藕機仿真圖
圖6-3 挖藕機仿真圖
圖6-4 挖藕機仿真圖
7 總結
經過一個多月的時間，終于把畢業(yè)設計搞定了。期間經常呆在學校圖書館查閱相關的書籍，另外借助現(xiàn)在發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)也獲取了相當多的國內與挖藕機相關的資料和現(xiàn)階段國內挖藕機的研究程度。本挖藕機雖有不少優(yōu)點且相對以往的挖藕機在高壓噴嘴部分有所改進，但也有一定的局限性，如晚間不能工作；不能將采挖出的蓮藕采收。
經過這次的畢業(yè)設計，明白了一個產品一整套的生產過程。從最初的客戶要求，然后進行市場調查，查閱國內外的相關資料，了解現(xiàn)階段產品的優(yōu)缺點。再進行設計，在設計過程中，需要查閱大量的資料，在這次設計的過程中，我清楚了應該怎么樣快速查閱到自己想要的數(shù)據(jù)及各種設計參數(shù)，很多材料都有國家標準，只需要選擇相應的尺寸即可。另外互聯(lián)網(wǎng)也可以很快的幫你解決你在設計時遇到的一些問題，這樣就可以加快了設計速度。設計完之后，然后要對該產品的某些重要部件進行強度校核，可能因為某個部件強度不合格，造成不可挽回的損失，如人的生命。之后就是圖紙的繪制，利用PROE將產品的3D圖畫好，再導成二維加工圖紙，導出的二維圖紙需要經過CAD稍作處理，加上必要的參數(shù)，保證能正常加工出產品零件。
經過這次的畢業(yè)設計，對大學期間所學的知識進行了一次體系的復習，能將書籍中的知識較好的聯(lián)系起來，并知道如何利用。另外熟練了CAD和PROE，之前對PROE零件裝配不清楚，通過這次的畢業(yè)設計，能熟練的將各種零件輕松的裝配好。對繪圖軟件也有了更深的了解。
本設計的順利完成，離不開劉院長的悉心指導，感謝劉院長給我的幫助。在整個設計過程中，我懂得了很多東西，也培養(yǎng)了獨立工作的能力，相信這對我以后的學習和工作會有著重要的影響，使我終身受益。
參考文獻
[1] 朱愛民主編.流體力學基礎[M].北京：中國計量出版社，2004.12.
[2] 劉鴻文主編.材料力學Ⅰ[M].第5版.北京：高等教育出版社，2011.1.
[3] 左健民主編.液壓與氣壓傳動[M].第2版.北京：機械工業(yè)出版社，1999.5.
[4] 黃志堅.圖解液壓元件使用與維修[M].北京：中國電力出版社，2011.1.
[5] 成大先主編.機械設計手冊.第1卷[M].第5版.北京：化學工業(yè)出版社，2007.11.
[6] 成大先主編.機械設計手冊.第5卷[M].第5版.北京：化學工業(yè)出版社，2007.11.
[7] 文斌主編.管接頭和管件選用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社
[8] GB3280-2007-T,不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶[S].
[9] 全國化工設備設計技術中心站.工業(yè)泵選用手冊[M].北京：北京工業(yè)出版社
[10] GB_709-1988，熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差[S].
[11] 陳于萍，周兆元主編.互換性與測量技術基礎.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2005.10.
[12] 何銘新，錢可強主編.機械制圖.第五版[M].北京：高等教育出版社
[13] 蔣曉主編.AutoCAD 2008 中文版機械設計標準實例教程[M].北京：清華大學出版社
[14] 丁淑輝主編.Pro/Engineer Wildfire 5.0 基礎設計與實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社
[15] 曹子煒,曹強.鴨嘴式挖藕機:中國,200820067234.8[P].2009-05-20.
[16] 張全壽.船式自動挖藕機:中國,99238405.2[P].2000-07-26.
[17] 曹子煒,曹強.浮桶鴨嘴式挖藕機:中國,201010120795.1[P].2011-11-23.
[18] 周明全.高效智能多用船式挖藕機:中國,200920227420.1[P].2009-08-13.
[19] 劉寶東,張亞洲.水力自動挖藕機械:中國,200520098456.2[P].2006-11-22.
[20] GB 2270-80,不銹鋼無縫鋼管[S].
[21] GB/T 1220-2007,不銹鋼角鋼[S].
[22] GB9787-1988,熱軋等邊角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差[S].
致謝
此畢業(yè)設計是在劉教授的悉心指導下完成的。從畢業(yè)設計題目的選擇,到設計的編寫、修改，每一步都有劉教授的細心指導和認真的解析。劉教授以嚴謹求實，一絲不茍的治學態(tài)度和勤勉的工作態(tài)度深深感染了我，給我巨大的啟迪，并成為我人生路上值得學習的榜樣。謝謝您對學生無私的教誨，學生銘記在心，祝您身體健康，家庭幸福。同時感謝所有教育過我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉也是完成本論文的基礎。通過這次畢業(yè)設計不僅提高了我獨立思考問題解決問題的能力而且培養(yǎng)了認真嚴謹，一絲不茍的學習態(tài)度。由于經驗匱乏，能力有限，設計中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。最后祝老師們身體健康、萬事如意、心想事成。
28