摘要
藕，它的根根葉葉，花須果實(shí)，無(wú)不為寶，都可滋補(bǔ)入藥，而且蓮藕的種植技術(shù)非常簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，成本低，但是蓮藕是難收的農(nóng)場(chǎng)品。自古以來(lái)，采挖蓮藕的工作主要靠人工一鍬一鏟來(lái)完成，在采挖蓮藕時(shí)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(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年因采挖不及時(shí)或者無(wú)法采挖而造成的損失就達(dá)億元?，F(xiàn)階段，蓮藕在我國(guó)的種植面相當(dāng)廣，并且種植面積還在不斷的擴(kuò)大，我國(guó)現(xiàn)有蓮藕種植面積6000多萬(wàn)畝，平均畝產(chǎn)1500千克。因蓮藕經(jīng)濟(jì)效益高，但采挖困難，因此廣大藕農(nóng)就希望能有挖藕機(jī)來(lái)代替人工采挖蓮藕，來(lái)減輕人工勞動(dòng)，并提高蓮藕質(zhì)量。近年來(lái)，不少單位已經(jīng)進(jìn)行了挖藕機(jī)的研制工作，并且也取得了一定的成效。但是,國(guó)內(nèi)的挖藕機(jī)產(chǎn)品存在機(jī)器笨重、工作不穩(wěn)定、挖藕效果不理想等問(wèn)題,且大部分挖藕機(jī)都以挖掘湖藕為主,不適宜淺水藕種植地區(qū)。如果能夠開(kāi)發(fā)出一種高效、靈活且造價(jià)低廉的淺水藕田挖藕機(jī)產(chǎn)品,將會(huì)大大加快蓮藕產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本文正是基于這種想法,設(shè)計(jì)了噴頭可移動(dòng)浮桶式水力挖藕機(jī)。查閱有關(guān)挖藕機(jī)資料[15-19]的基礎(chǔ)上,分析了不同挖藕機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn),提出了浮桶式與可移動(dòng)高壓噴頭沖藕的設(shè)計(jì)方案。并繪制了該挖藕機(jī)所有零部件的CAD圖紙和PROE裝配效果圖,采用標(biāo)準(zhǔn)化零部件提高機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)化程度,為該挖藕機(jī)批量生產(chǎn)及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與推廣奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：藕；挖藕機(jī)；浮桶式；機(jī)械設(shè)計(jì)；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(guó)內(nèi)挖藕機(jī)械的研究狀況及存在的問(wèn)題 1
1.3 蓮藕的物理特性及急需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題 2
1.3.1 蓮藕的物理特性 2
1.3.2 急需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題 3
1.4 本論文研究?jī)?nèi)容、方法及方向 3
1.4.1 研究?jī)?nèi)容 3
1.4.2 研究方法 3
1.4.3 研究方向 3
2 確定可移動(dòng)噴頭浮桶式挖藕機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 4
2.1 挖藕機(jī)設(shè)計(jì)方案 4
2.2 可移動(dòng)噴頭浮桶式挖藕機(jī)結(jié)構(gòu)組成 4
2.3 可移動(dòng)噴頭浮桶式挖藕機(jī)工作流程 5
3 汽油機(jī)水泵的選擇與計(jì)算 6
3.1 水泵類型的確定 6
3.2 水泵揚(yáng)程及流量的確定 7
3.3 壓力損失的計(jì)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(jì)算 12
4 挖藕機(jī)主要工作部分的設(shè)計(jì) 13
4.1 動(dòng)力水泵室的設(shè)計(jì) 13
4.1.1 動(dòng)力水泵室形狀確定 13
4.1.2 確定動(dòng)力水泵室制作材料 14
4.1.3 確定動(dòng)力水泵室制作工藝 14
4.2 密封浮桶的設(shè)計(jì) 15
4.2.1 密封浮桶形狀的設(shè)計(jì) 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(jī)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(jī)水泵固定架材料及位置的確定 18
4.6.1 汽油機(jī)水泵固定架材料的確定 18
4.6.2 汽油機(jī)水泵固定架位置的確定 18
4.7 進(jìn)水管、高壓管的選擇 19
4.8 高壓噴嘴固定架 20
5 挖藕機(jī)總質(zhì)量、浮力計(jì)算及抬桿強(qiáng)度校核 21
5.1 挖藕機(jī)總質(zhì)量 21
5.2 浮力計(jì)算 21
5.3 抬桿強(qiáng)度校核 22
6 挖藕機(jī)3D外觀圖 24
7 總結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 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(shù)簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高、成本低、經(jīng)濟(jì)效益好，具有很高食用、藥用價(jià)值的特色農(nóng)產(chǎn)品，也是一種易種難收的農(nóng)產(chǎn)品。自古以來(lái)，蓮藕的采挖主要靠人工一鍬一鏟的完成，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度極大，作業(yè)環(huán)境特別惡劣，而且挖凈率低，藕的損傷嚴(yán)重，商品質(zhì)量差。同時(shí)，還需排干藕田、堰塘中的水，像湖區(qū)挖藕也只能在周邊無(wú)水處進(jìn)行。因此，需要花費(fèi)很大的人力、物力及能源，造成大面積湖區(qū)蓮藕的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅湖北洪湖每年因采挖不及時(shí)或無(wú)法采挖而造成蓮藕自生自滅的損失達(dá)億元以上。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國(guó)的蓮藕種植面積仍在不斷的擴(kuò)大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)已有蓮藕種植面積6000多萬(wàn)畝。但其挖掘方法仍然停留在原始的生產(chǎn)方式上，因此，廣大藕農(nóng)和蓮藕主產(chǎn)區(qū)都迫切希望能有挖藕機(jī)械的出現(xiàn)來(lái)替代人工勞動(dòng)。
挖藕機(jī)的出現(xiàn)，給蓮藕產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的，據(jù)調(diào)察，全國(guó)平均人工采挖蓮藕的費(fèi)用在0.5元／斤，而采用挖藕機(jī)的綜合費(fèi)用不到0.05元。整整相差了十倍，蓮藕銷(xiāo)售旺季，以湖北為例，蓮藕的銷(xiāo)售價(jià)格一般在一元左右，僅是挖藕費(fèi)用就占去了收益的一半。如果采用挖藕機(jī)進(jìn)行采挖，按每畝產(chǎn)量3500斤計(jì)算，每挖一斤藕節(jié)省0.45元計(jì)算，每畝可節(jié)約1500余元，這節(jié)約下來(lái)的錢(qián)就是凈增的利潤(rùn)。種植100畝蓮藕，僅此一項(xiàng)就可增收十五萬(wàn)元。采用挖藕機(jī)還具有抵御市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的能力，以湖南為例，2011年由于湖南毒藕事件影響及市場(chǎng)原因，蓮藕價(jià)格一度低至0.7-0.8元／斤，除去0.5元／斤的挖藕費(fèi)用，地租、水電、化肥、農(nóng)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(jī)挖藕，那么虧損的風(fēng)險(xiǎn)就等于零，不論做什么生意，降低成本和費(fèi)用就等于獲得了更高的利潤(rùn)。這是做生意的王道，種植蓮藕也是這個(gè)道理。
1.2 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)挖藕機(jī)械的研究狀況及存在的問(wèn)題
據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)能夠檢索到的有關(guān)挖藕的器具主要有以下幾種類型：
1：武漢市農(nóng)機(jī)服務(wù)總站研制的是“自走水沖式蓮藕采挖機(jī)”，它由田間自走式水力作業(yè)機(jī)和岸邊水泵機(jī)組兩部分組成，水力作業(yè)機(jī)前端配置有兩個(gè)壓力式噴槍，在噴槍噴射出的高壓水流作用下，蓮藕周?chē)哪嗤帘磺虚_(kāi)和推翻，進(jìn)而露出蓮藕，岸邊水泵機(jī)組從有水源的田間取水供作業(yè)機(jī)循環(huán)使用。
2：微山湖船式水力挖藕機(jī)，其特征是固定在船體上的動(dòng)力機(jī)分別與水泵和減速器傳動(dòng)連接，減速器通過(guò)一支臂連桿與船體尾部的挖頭連接，可帶動(dòng)挖頭在船體尾部作往復(fù)平行移動(dòng)，水泵的輸出通過(guò)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?chē)哪嗤寥コ徟涸诟×Φ淖饔孟伦詣?dòng)浮出水面[16]。
3：武漢興盛農(nóng)機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司研制的“浮桶鴨嘴式挖藕機(jī)”[15,17]，它由底盤(pán)架、動(dòng)力水泵室、泵機(jī)固定架、進(jìn)水管、高壓管、高壓噴嘴等組成，該挖藕機(jī)左右兩側(cè)設(shè)有密封浮桶，負(fù)責(zé)將整機(jī)浮于水面之上，另外工作水倉(cāng)后部設(shè)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(cāng)焊接為一個(gè)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)，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(jī)整機(jī)笨重，不便于移動(dòng)，而且只能在面積較大的湖中工作；
4、 浮桶鴨嘴式挖藕機(jī)體積小、結(jié)構(gòu)新穎、整機(jī)輕巧、靈活、造價(jià)低，但是高壓噴頭只有兩個(gè)，且只是位于工作倉(cāng)的后部，對(duì)于比較靠近蓮藕田岸邊的蓮藕無(wú)法挖掘。
1.3 蓮藕的物理特性及急需解決的關(guān)鍵性問(wèn)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(shí)由于其整個(gè)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(duì)蓮藕的浮力F浮。
經(jīng)過(guò)測(cè)量之后得出：
(1)在水下時(shí)：
F浮>G
由于F浮>G ，那么蓮藕會(huì)在浮力的作用下上升而浮出水面。
（2）在水面時(shí)：
F浮=G
由于F浮=G ，那么蓮藕就會(huì)懸浮在水面。
根據(jù)蓮藕的這個(gè)獨(dú)特的物理性質(zhì)，只要能夠把蓮藕上的泥土弄掉，就能輕松完成對(duì)蓮藕的采挖。
1.3.2 急需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題
（1）降低蓮藕采挖破損率。
（2）提高采挖完成度，減少因無(wú)法采挖而導(dǎo)致的蓮藕損失。
（3）改善挖藕器具的可移動(dòng)性，方便性。
（4）擴(kuò)大挖藕器具的適用面，并且使其兼容性更強(qiáng)。
1.4 本論文研究?jī)?nèi)容、方法及方向
1.4.1 研究?jī)?nèi)容
本論文題目來(lái)源于本科階段學(xué)位證書(shū)的畢業(yè)設(shè)計(jì)。要求為：設(shè)計(jì)一挖藕機(jī)，用于對(duì)江西省廣昌縣淺泥田里蓮藕的采挖。因當(dāng)?shù)嘏恨r(nóng)對(duì)現(xiàn)有的挖藕設(shè)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(shè)備，響應(yīng)這個(gè)要求，就設(shè)計(jì)研究了可移動(dòng)噴頭浮桶式挖藕機(jī)。
1.4.2 研究方法
通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)挖藕器械的相關(guān)資料，比較各種器械的優(yōu)劣，并結(jié)合江西省廣昌縣當(dāng)?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(diǎn)，然后經(jīng)過(guò)一系列改進(jìn)，確定適當(dāng)?shù)膭?dòng)力系統(tǒng)和對(duì)重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核。
1.4.3 研究方向
本論文設(shè)計(jì)研究的挖藕機(jī)是針對(duì)江西省廣昌縣的藕田，但是適用面相當(dāng)廣，且兼容性強(qiáng)，能夠使用于全國(guó)大部分地區(qū)的淺泥藕田，該挖藕機(jī)還有另外一個(gè)功能就是對(duì)水稻田泥土的攪拌，對(duì)犁田后結(jié)巴的水稻田具有相當(dāng)不錯(cuò)的效果。該挖藕器具以后的研究方向是盡量擴(kuò)大適用面，使其兼容性更強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化就更好。
2 確定可移動(dòng)噴頭浮桶式挖藕機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
2.1 挖藕機(jī)設(shè)計(jì)方案
根據(jù)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)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(jī)：笨重，操作缺乏靈敏性，而且不便于移動(dòng)。但是船式挖藕機(jī)也有以下優(yōu)點(diǎn)：一是采用船式“浮式作業(yè)”原理，可成功實(shí)現(xiàn)對(duì)水中蓮藕的機(jī)械化采挖。二是采用“水下采挖法”，可成功實(shí)現(xiàn)以采挖蓮藕為主要目的多重功能和先進(jìn)技術(shù)。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(jī)械的經(jīng)濟(jì)性能。四是采用“液壓傳動(dòng)及操作法”，利用液壓傳動(dòng)，提高了整機(jī)傳動(dòng)效率和可靠性。
盡管船式挖藕機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但這種挖藕機(jī)只適用于種植面積廣的湖面型種植方式。
浮桶式挖藕機(jī)：結(jié)構(gòu)輕巧、操作容易、轉(zhuǎn)移方便、故障率低、造價(jià)低、工效高、保養(yǎng)簡(jiǎn)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(gè)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(jī)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(shè)計(jì)要求，該挖藕機(jī)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(jī)不能正常工作，只能選擇輕便型浮桶式挖藕機(jī)。
2.2 可移動(dòng)噴頭浮桶式挖藕機(jī)結(jié)構(gòu)組成
該挖藕機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括：汽油機(jī)水泵、泵機(jī)固定架、動(dòng)力水泵室、密封浮桶、抬桿、操作桿、進(jìn)水管、高壓管、高壓噴嘴、高壓噴嘴固定桿。
特征為：挖藕機(jī)動(dòng)力由汽油機(jī)提供，然后汽油機(jī)輸出軸與高壓離心水泵通過(guò)聯(lián)軸器相連，另外該挖藕機(jī)設(shè)置有左右密封浮桶，在左右密封浮桶之間設(shè)有工作水倉(cāng)，在工作水倉(cāng)外側(cè)與左右密封浮桶之間均焊接有底部、前后及頂面過(guò)濾網(wǎng)，所述左右密封浮桶、工作水倉(cāng)、泵機(jī)固定架、操作桿、抬杠焊接為一個(gè)整體。汽油機(jī)水泵通過(guò)螺釘固定于泵機(jī)固定架上，水泵進(jìn)水管與動(dòng)力水泵室連通，動(dòng)力水泵室兩側(cè)設(shè)有進(jìn)水窗，水泵出水口連接一轉(zhuǎn)四通管，四通管與高壓噴嘴經(jīng)過(guò)高壓管相連，并分別設(shè)有調(diào)節(jié)閥。高壓噴嘴固件在噴嘴固定架上，但可水平移動(dòng)。
2.3 可移動(dòng)噴頭浮桶式挖藕機(jī)工作流程
3 汽油機(jī)水泵的選擇與計(jì)算
3.1 水泵類型的確定
查《工業(yè)泵選用手冊(cè)》[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?yàn)樗眯枰ぷ髟谒须s質(zhì)比較多的環(huán)境下，綜合考慮流量、揚(yáng)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(kāi)動(dòng)前，先將泵和進(jìn)水管灌滿水，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，在葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)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(bǔ)充了這個(gè)空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經(jīng)蝸殼而進(jìn)入出水管。
離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)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(yáng)程及流量的確定
通過(guò)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(gè)壓力下，對(duì)蓮藕的損傷最小，即為最佳噴水壓力。
經(jīng)過(guò)單位換算后得：
根據(jù)所得的壓力初步確定水泵的揚(yáng)程為25m，該水泵需要汽油機(jī)或者柴油機(jī)提供動(dòng)力，調(diào)查市面上浮桶型挖藕機(jī)使用的為汽油機(jī)水泵或者柴油機(jī)水泵。根據(jù)揚(yáng)程25m確定選用以下汽油機(jī)水泵，其具體參數(shù)為：
產(chǎn)品型號(hào)
進(jìn)出口水徑
最大流量
最大揚(yáng)程
吸程
配套動(dòng)力
功率/轉(zhuǎn)速
體積
重量
汽油機(jī)水泵圖片
動(dòng)力源
固定架
水泵出水口
水泵進(jìn)水口
水泵
圖3-1 汽油器水泵成品圖
3.3 壓力損失的計(jì)算
3.3.1 管道的沿程壓力損失
1）確定當(dāng)量糙粒高度：
表3-2 各種管道壁面的當(dāng)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(wú)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(dāng)量糙粒高度為0.25。
相對(duì)粗糙度為：
d—管道直徑，
2）確定雷諾數(shù)：
對(duì)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(shí)，工程中判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)為：
一切有壓流：
一切無(wú)壓流：
—平均流速，
—水力直徑，
—液體運(yùn)動(dòng)粘度，
表3-3 水在不同溫度下運(yùn)動(dòng)粘度
流體種類
溫度/
運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，是流體沿程損失計(jì)算的關(guān)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(jì)算公式為：
—阻力系數(shù)
—管道長(zhǎng)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(jī)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(gè)系數(shù)來(lái)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(jì)算式為：
—平均沿程阻力系數(shù)
—高壓噴嘴進(jìn)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(jì)算
由于管接頭、分水器和其他部件局部損失相對(duì)沿程和高壓噴嘴損失小好多，即可忽略不計(jì)[1,3]。
4 挖藕機(jī)主要工作部分的設(shè)計(jì)
4.1 動(dòng)力水泵室的設(shè)計(jì)
4.1.1 動(dòng)力水泵室形狀確定
動(dòng)力水泵室承擔(dān)著給汽油機(jī)水泵提供足量水的工作，因?yàn)樗脤?duì)水質(zhì)有一定的要求，因此動(dòng)力水泵室就應(yīng)該有特殊的結(jié)構(gòu)。
查閱其它挖藕器械相關(guān)資料[15,17]，設(shè)計(jì)動(dòng)力水泵室形狀如下：
圖4-1 水泵室及進(jìn)水口
圖中小框?yàn)檫M(jìn)水口，挖藕機(jī)工作時(shí)，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(yīng)。
圖4-2 水泵室外形圖
圖中圓形孔為汽油機(jī)水泵進(jìn)水口，口徑為。水泵通過(guò)管道到達(dá)水泵室的底部。另外水泵室兩頭傾斜設(shè)計(jì)有利于挖藕機(jī)在水中行走，如果垂直連接的話，挖藕機(jī)在水中行走時(shí)水的阻力比較大，傾斜設(shè)計(jì)可以減少操作的勞動(dòng)量。
4.1.2 確定動(dòng)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(jī)械強(qiáng)度，耐酸、堿性氣體、溶液和其他介質(zhì)的腐蝕，它是一種不容易生銹的合金鋼。因此不銹鋼板是動(dòng)力水泵室最佳材料選擇。
表4-1 不銹鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn) GB3280-2007[8,10]
查不銹鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn)，選擇厚度為，寬的不銹鋼板
4.1.3 確定動(dòng)力水泵室制作工藝
動(dòng)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(shí)間
類 別
牌 號(hào)
溫度（℃）
時(shí)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(jié)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(hào)
鋼 號(hào)
手工電弧焊
埋弧焊
氬弧焊
焊條型號(hào)
焊條牌號(hào)
焊絲牌號(hào)
焊劑型號(hào)
焊絲牌號(hào)
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(shí)根據(jù)表4-2和表4-3確定合適的烘干溫度、保溫時(shí)間及選用的焊條，焊接時(shí)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(shè)計(jì)
4.2.1 密封浮桶形狀的設(shè)計(jì)
密封浮桶在該挖藕機(jī)中起著至關(guān)重要的作用，基本上所有的浮力都是有兩個(gè)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(jī)能否正常工作。
密封浮桶的形狀設(shè)計(jì)如下：
圖4-3 浮桶形狀正視圖
該密封浮桶的長(zhǎng)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(dòng)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(cè)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(wèn)題。
密封浮桶焊接完之后需要進(jìn)行水中浮力測(cè)試，檢測(cè)浮桶的密封性能。
4.3 濾網(wǎng)的選擇
濾網(wǎng)在挖藕機(jī)上的主要作用是過(guò)濾水中的雜質(zhì)，使進(jìn)入動(dòng)力水泵室的水中不含有較大的物體，對(duì)水泵有著極大的保護(hù)作用。
該挖藕機(jī)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(jiàn)零件圖紙。
4.4 泵機(jī)固定架材料的確定
泵機(jī)固定架的作用為支撐汽油機(jī)水泵和操作桿。采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方管焊接而成。查國(guó)標(biāo)[20]知：
表4-4 方管型號(hào)及理論重量表
型號(hào)
理論重量（kg/m）
型號(hào)
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(jī)選擇的方管型號(hào)為25*25*1.2。
4.5 抬桿及操作桿材料的確定
挖藕機(jī)在搬運(yùn)過(guò)程中需要一個(gè)方便人操作的部件，這個(gè)就是抬桿。在搬運(yùn)挖藕機(jī)時(shí)，挖藕機(jī)所有的重量都?jí)涸趦筛U上，因此抬桿在設(shè)計(jì)之后要進(jìn)行強(qiáng)度校核，在選材上需要選用強(qiáng)度高，韌性好的鋼材。
根據(jù)人類手握東西的習(xí)慣，圓形的部件手握是感覺(jué)最好。因此抬桿就選用圓形鋼管。查圓管?chē)?guó)標(biāo)[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(zhì)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(jī)水泵固定架材料及位置的確定
4.6.1 汽油機(jī)水泵固定架材料的確定
為了汽油機(jī)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(hào)具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[21,22]，部分標(biāo)準(zhǔn)如下：
表4-6 等邊角鋼型號(hào)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(jī)水泵固定架位置的確定
由于高壓噴嘴噴出的高速水流對(duì)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(gè)作用力，汽油機(jī)水泵的位置就應(yīng)該稍微靠近操作者。
挖藕機(jī)本身重力與浮力平衡，汽油機(jī)水泵安裝位置計(jì)算過(guò)程如下[2,14]：
圖4-4 水泵固定位置及受力分析
由力對(duì)點(diǎn)A的力矩平衡得：
列式為：
—水對(duì)高壓噴嘴的反作用力，
—汽油機(jī)水泵重量，
計(jì)算得：
4.7 進(jìn)水管、高壓管的選擇
進(jìn)水管一頭連接著水泵進(jìn)水口，另一頭插入動(dòng)力水泵室的水中。由于水泵進(jìn)水口直徑為，所以進(jìn)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(gè)槽，以便高壓噴嘴能安裝且能在一定范圍內(nèi)移動(dòng)。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(nèi)移動(dòng)，可以調(diào)整高速水流的噴射范圍，這樣就增加了挖藕機(jī)的適用性。
5 挖藕機(jī)總質(zhì)量、浮力計(jì)算及抬桿強(qiáng)度校核
5.1 挖藕機(jī)總質(zhì)量
總質(zhì)量=汽油機(jī)水泵+動(dòng)力水泵室+密封浮桶+底盤(pán)固定架+噴頭+其他
=
其中
方管：
圓管：
角鋼：
5.2 浮力計(jì)算
浮力計(jì)算公式為：
密封浮桶提供的浮力：
動(dòng)力水泵室底部圓弧型浮桶提供的浮力：
總浮力為：
挖藕機(jī)總重力為：
因此挖藕機(jī)能正常工作[1]。
5.3 抬桿強(qiáng)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(yīng)力的強(qiáng)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(jī)3D外觀圖
圖6-1 挖藕機(jī)仿真圖
圖6-2 挖藕機(jī)仿真圖
圖6-3 挖藕機(jī)仿真圖
圖6-4 挖藕機(jī)仿真圖
7 總結(jié)
經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的時(shí)間，終于把畢業(yè)設(shè)計(jì)搞定了。期間經(jīng)常呆在學(xué)校圖書(shū)館查閱相關(guān)的書(shū)籍，另外借助現(xiàn)在發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)也獲取了相當(dāng)多的國(guó)內(nèi)與挖藕機(jī)相關(guān)的資料和現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)挖藕機(jī)的研究程度。本挖藕機(jī)雖有不少優(yōu)點(diǎn)且相對(duì)以往的挖藕機(jī)在高壓噴嘴部分有所改進(jìn)，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(jīng)過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，明白了一個(gè)產(chǎn)品一整套的生產(chǎn)過(guò)程。從最初的客戶要求，然后進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，查閱國(guó)內(nèi)外的相關(guān)資料，了解現(xiàn)階段產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)。再進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要查閱大量的資料，在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我清楚了應(yīng)該怎么樣快速查閱到自己想要的數(shù)據(jù)及各種設(shè)計(jì)參數(shù)，很多材料都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，只需要選擇相應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)遇到的一些問(wèn)題，這樣就可以加快了設(shè)計(jì)速度。設(shè)計(jì)完之后，然后要對(duì)該產(chǎn)品的某些重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，可能因?yàn)槟硞€(gè)部件強(qiáng)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(chǎn)品的3D圖畫(huà)好，再導(dǎo)成二維加工圖紙，導(dǎo)出的二維圖紙需要經(jīng)過(guò)CAD稍作處理，加上必要的參數(shù)，保證能正常加工出產(chǎn)品零件。
經(jīng)過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次體系的復(fù)習(xí)，能將書(shū)籍中的知識(shí)較好的聯(lián)系起來(lái)，并知道如何利用。另外熟練了CAD和PROE，之前對(duì)PROE零件裝配不清楚，通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，能熟練的將各種零件輕松的裝配好。對(duì)繪圖軟件也有了更深的了解。
本設(shè)計(jì)的順利完成，離不開(kāi)劉院長(zhǎng)的悉心指導(dǎo)，感謝劉院長(zhǎng)給我的幫助。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我懂得了很多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立工作的能力，相信這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)有著重要的影響，使我終身受益。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱愛(ài)民主編.流體力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004.12.
[2] 劉鴻文主編.材料力學(xué)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(dòng)[M].第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.5.
[4] 黃志堅(jiān).圖解液壓元件使用與維修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.1.
[5] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第1卷[M].第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11.
[6] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第5卷[M].第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11.
[7] 文斌主編.管接頭和管件選用手冊(cè)[M].北京：機(jī)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(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.工業(yè)泵選用手冊(cè)[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(cè)量技術(shù)基礎(chǔ).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.10.
[12] 何銘新，錢(qián)可強(qiáng)主編.機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社
[14] 丁淑輝主編.Pro/Engineer Wildfire 5.0 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社
[15] 曹子煒,曹強(qiáng).鴨嘴式挖藕機(jī):中國(guó),200820067234.8[P].2009-05-20.
[16] 張全壽.船式自動(dòng)挖藕機(jī):中國(guó),99238405.2[P].2000-07-26.
[17] 曹子煒,曹強(qiáng).浮桶鴨嘴式挖藕機(jī):中國(guó),201010120795.1[P].2011-11-23.
[18] 周明全.高效智能多用船式挖藕機(jī):中國(guó),200920227420.1[P].2009-08-13.
[19] 劉寶東,張亞洲.水力自動(dòng)挖藕機(jī)械:中國(guó),200520098456.2[P].2006-11-22.
[20] GB 2270-80,不銹鋼無(wú)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(shè)計(jì)是在劉教授的悉心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的選擇,到設(shè)計(jì)的編寫(xiě)、修改，每一步都有劉教授的細(xì)心指導(dǎo)和認(rèn)真的解析。劉教授以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，一絲不茍的治學(xué)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(xué)習(xí)的榜樣。謝謝您對(duì)學(xué)生無(wú)私的教誨，學(xué)生銘記在心，祝您身體健康，家庭幸福。同時(shí)感謝所有教育過(guò)我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉也是完成本論文的基礎(chǔ)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅提高了我獨(dú)立思考問(wèn)題解決問(wèn)題的能力而且培養(yǎng)了認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度。由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，能力有限，設(shè)計(jì)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(wàn)事如意、心想事成。
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