序号：编码：可快速拆装小型船用式水草收割机研究报告院（系）全称：工程学院申报者姓名（集体名称）：王向春、潘海类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文□科技发明制作A类□科技发明制作B类可快速拆装小型船用式水草收割机研究报告王向春，潘海（上海海洋大学工程学院，上海201306）摘要：国内生态景观及人工养殖区域面积广阔，分散程度高。

通过研究显示，市场对于小型灵活作业的水草收割设备需求量大，国内外现有小型水草收割设备存在成本高、结构复杂等不足。

结合小型分块水域水草生长特点，设计出一种可快速拆装小型船用式水草收割机。

产品通过建模，仿真分析，优化设计，产品样机生产，调试实验等环节。

本产品呈现结构简单、操作方便、动力传递效率高，价格低廉等特点，为小型水草收割机技术的发展提供了重要参考。

关键词：小型水草收割机；快速拆装；仿真分析；试验测试1 研究背景及目的随着人民生活水平的提高，水域生态景观旅游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，上海市2005年的理想水域覆盖率不低于8.4%，到2010年增至9%。

另外，到2020年，我国将建成300多家大型高尔夫球场[14]，每家都在都用生态的方法进行治理，其中种植水草是必不可少的，为了有效维护水域的生态平衡，收割机是不可缺少的。

中国淡水总面积约20×104平方公里，养殖总产量居世界首位，占全国水产品总产量的36.7%，有很多养殖水域需要种植水草并使水草维持在一定高度。

但是这些水域生态景观和人工养殖水域大部分面积小，分散度较大，造型不规则，有的地方非常狭小，不利于大型收割机械的行进和转弯。

当前市场上的大型水草收割机械，满足大型湖泊水草的收割，但不适合小型河道和湖泊等小水面水域中水草的收割。

目前市场存在的小型水草收割设备多，结构较复杂，用户在购买机器的同时还要购买专用的船只，成本较高。

但是无论是景观水域还是养殖池塘中都存在小型船只，为此研究成本低、小型、便捷、模块化以及可拆卸的水草收割设备，通过与普通船只安装组合实现水草收割，这样可以降低成本，增加割草机的灵活性和使用率。

所研制的小型可快速拆卸组合的水草切割装置，可以有效取代在中小型水域的人工收割，有效减轻了劳动强度，大大提高了切割效率，符合水草收割机械小型化与智能化的发展方向[35]。

可快速拆卸组合的水草切割装置将通过固定装置与任意种类的船只相结合。

当用户需要割草时，可以实现快速安装；当不需要割草时，可以快速拆卸，以免切割装置在露天环境中被侵蚀破坏，延长使用寿命。

这样不仅降低了成本，还能减少体积占用，更能在机器损坏时方便维修更换。

因此，可快速拆卸组合将是水草切割机械方面很好的发展方向。

2 国内外研究现状2.1 国内外产品技术现状由于水草的疯狂蔓延造成水域生态环境的恶化，自水中作业的水草收割机产生以来，引起了越来越多的生产厂家和研究机构的重视。

根据现有资料可知[7]，国外研究水草收割机的比较有影响的厂家有美国 advanced acquatics公司[30]，目前该公司已经开发出来的产品有H 系列，H 4、H 7、H 8、H 10四种型号数十种产品，典型产品长7.77m，宽3.05m，高2.2m，重2.1t，主机功率14.92 kW，适于收割各类水草，需要拖船、传送带等辅助作业；美国 USA James R.Meclure公司[30]，该公司研制有EH、H、HM三大系列产品，船体稳性比较差，不适合小船体作业，适合大面积水草治理；USA James l.Hawk公司生产的液压往复式单体水草收割船，采用滚筒式拔草装置，割收分开作业，需辅助设备，漏收率较高；USA joshua .Britton. 公司生产的液压往复式单体水草收割船，割收分开作业，漏收率高，切割器安装密封要求高；O'TOOLE C B公司生产的液压旋转式单体水草收割船，在吸引力的作用下，吸收割下的水草，主要为蓝藻等浮水植物；Charles B.Bryant公司生产的液压旋转式单体水草收割船，整机功率大，船体振动大，水草漏收率低，无二次污染[30]。

荷兰 IHCCOKONIJIN 机械厂和 HEEDER 公司，英国的ROLBE公司和JOHNW ILDER(工程 )公司，澳大利亚、日本、俄罗斯、德国也有相类似的产品。

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[26]，SGY-2.5型水中割草机即是其开发的产品之一。

机器长5m，宽2m，高2m，重4.4t，主机功率26.47 kW，需辅助作业。

该机与国内其它型号的割草机相比，具有不缠草、割草效果好、有避让保护系统等诸多优点。

国内也有一些相关的企业及研究机构进入该领域，并且取得了一定的研究成果，如宁波农业机械研究所、象山农机厂、绍兴县农林管理总部联合研制的WH 1800型河道清草机[8-9]，长6.1m，宽2.5m，高0.75m，重5.5t，功率14.71 kW，需辅助作业；上海电器集团现代化农业装备有限公司新液压厂开发的GC2230型河道割草保洁船以及GC2000型小型河道割草作业机械，长14.3m，宽4.25m，高2.54m，重9t，适合大型水域[10 ]；内蒙古农业大学机电工程学院设计的9GSCC-1.4型水生植物收割机船队和北京劳模亚洲环保设备有限公司设计生产的LW 5000多功能劳模水草收割船，割收一体作业，需要辅助设备协同工作，切割器受冲击，损伤比较大[11]；中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室和唐山市绿浩源科技发展有限公司研制了小型电动可遥控水草收割机，目前还在研究实验阶段[37]；山东青州拓新机械有限公司专业生产的小型割草保洁船，集水草收割、水面垃圾清理于一体的水面保洁设备，割刀割幅1.4米，配有长4.2米，宽1.3米，型高0.6米的保洁船，还有超小型浅水区专用电动水草收割机，动力低，需人工背负工作，适合池塘沟渠角落等水草切割作业。

2.2 国内外产品优缺点市场上这些产品外型大，长度都大于5m，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。

而小型养殖区域及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。

2.3 本产品优势可拆卸式水草切割装置简单、廉价、可靠，适合于养殖户普通船只上，当池塘需要割草时，可以实现快速安装；当不需要割草时，可以快速拆卸，以免切割装置在露天环境中被侵蚀破坏，延长使用寿命。

在可以快速拆卸组合的基础上，通过调节刀架的高度，实现不同高度水草切割收获。

由养殖户的资金有限，这种收割装置廉价实用，绝大多数养殖户可以接受并推广。

（1）价格低廉速力(SPEED)小型水草切割机的组成简单，其材料基本为型钢，原料充足，价格低廉，一台机器所需型钢仅500元，汽油机和割刀均可直接向厂家订购，制造成本共计需3000元，加工简单，成本较低。

（2）结构简单机器的结构非常简单，汽油机和割刀之间，靠可拉伸传动轴直接传递动力，这在切割机市场上是独创的。

整台所需螺栓螺母等全部统一型号，装配简便。

（3）轻便产品主要支撑部件为型材、刀架为铝合金，机器部件少，所需汽油机排量仅49cc，总重量仅有30公斤，整个结构轻量化。

（4）便携可拆卸除了重量小，速力(SPEED)小型水草切割机可以快速拆卸组装，所以携带机器有专门的便携装备，机器的部件都以最小空间放置，占用空间只有1m2。

根据不同船只，调整链接部件，快速组装，立即用于作业。

（5）多功能性本款机器除了切割水草,也可以切割水里的水葫芦、藻类等破坏生态环境的水生植物。

机器同时可以在陆地上进行切割一般草类，具有水陆两用多功能性。

3 装置的原理及结构3.1 装置的工作原理直接传动小型船用式水草切割机作业时，船体在水中行进，汽油机输出轴通过伸缩花键轴直接带动偏心轮旋转，支架与船体通过夹子连接，夹子与支架、支架与汽油机、支架与圆管导轨均通过螺栓连接。

刀架中间开有螺纹孔，与丝杠组成丝杠螺母机构，刀架两端孔套于圆管导轨上。

下刀片焊接在刀架上，上刀片左右移动，形成剪刀式割刀，完成水草收割。

可以根据水草的高度通过旋转丝杠调节刀架的高度来调节刀片的高度，从而实现不同的割深。

直接传动小型船用式水草切割机通过夹子直接安装于不同的船只上进行作业，闲置时直接拆下进行机器的维护保养。

图1 整体装配效果图（1）操作人员在船上即可通过旋转丝杠来调节割刀在水下深度，简单快捷；（2）直接传动小型船用式水草切割机通过夹子直接安装于不同的船只上进行作业，闲置时直接拆下进行机器的维护保养。

（3）汽油机与割刀通过可拉伸伸缩轴连接，传动长度可调。

直接传动小型船用式水草切割机能方便地安装于小型船只上，在尺寸不规则以及多样化的小水域，方便自如地切割水草，简单可靠，价廉方便，从而降低劳动成本。

3.2 结构组成可快速拆装的便携式小型船用式水草切割机由汽油机底座、汽油机、传动轴、连接支架、支架、刀架、刀片和刀盒组成。

汽油机底座与船体、汽油机与汽油机底座、连接支架与汽油机底座均通过螺栓连接。

支架焊接于连接支架上，刀架通过螺母固定于支架上。

刀片由上刀片和下刀片组成。

它可替代人工收割，尺寸小，操作方便，收割水草效率高，并且可以快速拆装，可方便地从一个水域转移到另外一个水域进行割草。

适用于小型河道、景观水域和河蟹养殖池塘中沉水植物的收割。

（1）切割器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，最适宜的可直接购买的切割器刀具长度为 1100 mm。

比船稍宽，以保证船前面的水草切割干净。

图2 割刀装配体（2）刀架初步拟定刀片焊接在刀架上，为了实现刀的高度调节，刀架和支撑部分要同时设计。

支撑部分初步设计为开有槽的钢板，刀架可以装配在钢板的槽中以上下进行高度调节。

为了加强刀架的稳定性，同时阻止刀架旋转，初步设计刀架为三角形钢管焊接件。

图3 刀架（3）支撑部分因为池塘一般水深为500mm，当水草在300～400mm高时需要切割。

为节省开支，支撑部分一律用型材，初步拟定为8号槽钢。

8号槽钢高80mm，宽43mm，厚8mm。

根据上面设计的刀架，其垂直距离为230mm，那么可以设计第一个槽口圆形中心据离顶部为80+80+350-230=280mm。

因为上面刀架设计成两钢管中心距80mm，那么支撑部分立臂的槽口间距要80mm，为了满足刀架可以沿支撑立臂移动，暂且设计为由6个开槽。

那么刀架的移动范围可达80×5=400mm，完全可以满足池塘水草的切割。

图4 支架（4）传动部分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，偏心轮转速选择为500r/min。