挖藕机设计-莲藕收获机
挖藕机设计-莲藕收获机,挖藕机,设计,莲藕,收获
毕业设计任务书
论文（设计）课题名称
挖藕机的设计
学生姓名
院（系）
工学院
专业班级
指导教师
职称
教授
学历
毕业设计要求：
1、 在设计过程当中，要求态度端正，积极主动，认真细心；
2、 查阅大量的文献资料，按时完成设计任务；
3、 绘制零部件、各机构总装配图毕业设计；
4、 按要求完成设计说明书完成word文档（说明书7000—10000字，说明书撰写格式详见工学院网站，毕业设计有关内容），并打印装订成册；
5、 通过设计实践，使进一步了解一般机械设计的设计过程，培养学生综合运用机械设计原理分析问题和解决问题的能力，从中掌握方案设计的方法和步骤。
毕业设计内容与技术参数：
1. 设计挖藕机的框架结构，包括浮桶的设计、工作仓的设计、操作架的设计、动力选择及辅助装置等。
2. 相关装配要求参照机械设计手册，采用全焊接形式。
3. 绘制三维图，以三维图检验机构的可行性。
4. 绘制主要零件图，总装配图等，折算后共2张A0号图纸。
5. 制作手工模型，并进行实际实验。
毕业设计工作计划：
2012.12.01—2013.01.15 分析设计方案，查阅相关资料。
2013.01.16—2013.02.28 绘制设计方案图，查阅设计的相关资料，确定相关的技术参数编辑整个设计方案的思路。
2013.03.01—2013.05.08 完善设计图纸，整理设计说明书，最后完成定稿。
2013.05.09—2013.05.10 完成手工模型的制作，并进行水中实验，录制视频。
接受任务日期： 年 月 日 要求完成日期： 年 月 日
学 生 签 名：
指导教师签名： 院长（主任）签名：
本科毕业论文（设计）完成情况登记表
姓 名
性 别
学 号
学 院
工学院
专 业
机械设计制造及自动化
班 级
论文（设计）题目
挖藕机的设计
论文（设计）完成提交时间
论文（设计）取得主要成果及学生的诚信承诺
经过做几个月的毕业设计，让我巩固了大学期间学过的专业知识，同时对自己的专业有了新的认识。通过完成这次毕业设计，锻炼了我独立动手及思考的能力。
我承诺本次设计是在指导老师的帮助下独立完成的，没有抄袭！
学生（签名）：
时 间： 年 月 日
教师指导过程情况记录
（选题、试验、调研、资料收集及论文撰写等过程）
指导教师（签名）：
时 间：
指导教师对论文（设计）的审查意见
指导教师（签名）：
时 间：
注：本表作为教学档案，随论文由各学院负责保存。
本 科 毕 业 设 计
题目： 挖藕机
学 院： 工学院
姓 名：
学 号：
专 业： 机械设计制造及其自动化
年 级：
指导教师： 职 称： 教授
年 五 月
LOGO 可移动浮桶式挖藕机可移动浮桶式挖藕机可移动浮桶式挖藕机可移动浮桶式挖藕机设计：指导教师：职称：教授绪论绪论绪论绪论设计研究的背景与意义设计研究的背景与意义 江西省广昌县具有“中国莲乡”之称。莲藕种植简单且经济效益高，但是莲藕采挖困难，因此广昌县广大藕农就迫切需要挖藕机械来代替人工劳动。由于广昌县藕田属于浅水藕田，船式挖藕机不能工作，所以就设计了小型浮桶式挖藕机，该挖藕机能够很好的采挖浅水藕田的莲藕且适用性广，操作灵活。 莲藕的每一节都具有数量一定的孔，空中充满着空莲藕的每一节都具有数量一定的孔，空中充满着空气，在泥土中时由于其整个本身和根系都与泥土紧密接气，在泥土中时由于其整个本身和根系都与泥土紧密接触。如果把附着在莲藕身上的泥土用水冲掉，那莲藕就触。如果把附着在莲藕身上的泥土用水冲掉，那莲藕就只受自身的重力只受自身的重力G和水对莲藕的浮力和水对莲藕的浮力F浮。浮。（1）在水下时：在水下时：F浮浮G 由于由于F浮浮G，莲藕会在浮力的作用下上升而浮出水面。，莲藕会在浮力的作用下上升而浮出水面。（2）在水面时：）在水面时：F浮浮=G 由于由于F浮浮=G，那么莲藕就会悬浮在水面。，那么莲藕就会悬浮在水面。可移动喷头浮桶式挖藕机采挖原理可移动喷头浮桶式挖藕机采挖原理可移动喷头浮桶式挖藕机采挖原理可移动喷头浮桶式挖藕机采挖原理挖藕机总体方案设计挖藕机总体方案设计挖藕机总体方案设计挖藕机总体方案设计 通过比较不同类型挖藕器械的优缺点和江西省广昌县的莲藕通过比较不同类型挖藕器械的优缺点和江西省广昌县的莲藕种植环境，最终确定为可移动喷头浮桶式挖藕机。种植环境，最终确定为可移动喷头浮桶式挖藕机。可移动喷头可移动喷头浮桶式挖藕机浮桶式挖藕机特点特点：结构轻巧、操作容易、转移方：结构轻巧、操作容易、转移方便、故障率低、造价低、工效高、保养简单，同样采用便、故障率低、造价低、工效高、保养简单，同样采用“浮式作浮式作业业”原理，还有采用原理，还有采用“水下采挖法水下采挖法”，其高压喷头与水面形成一，其高压喷头与水面形成一个个50度度-60度的夹角，喷头喷出的高速水流像一把刀铲削附着在莲度的夹角，喷头喷出的高速水流像一把刀铲削附着在莲藕上的泥土，能迅速将莲藕挖出。该种挖藕机能够适用于面积小，藕上的泥土，能迅速将莲藕挖出。该种挖藕机能够适用于面积小，水浅，且能够工作于不规则形状的藕田水浅，且能够工作于不规则形状的藕田，借助于可以移动的喷头，借助于可以移动的喷头和多喷头设计可以将靠近田根的莲藕挖出，弥补了之前挖藕机的和多喷头设计可以将靠近田根的莲藕挖出，弥补了之前挖藕机的缺陷缺陷。挖藕机工作流程挖藕机工作流程挖藕机工作流程挖藕机工作流程挖藕机动力源挖藕机动力源挖藕机动力源挖藕机动力源采用汽油机水泵产生高压水，完成对莲藕上泥土的冲洗。采用汽油机水泵产生高压水，完成对莲藕上泥土的冲洗。挖藕机工作部分设计挖藕机工作部分设计挖藕机工作部分设计挖藕机工作部分设计浮桶挖藕机工作部分挖藕机工作部分挖藕机工作部分挖藕机工作部分工作水仓操作架操作架挖藕机工作部分挖藕机工作部分挖藕机工作部分挖藕机工作部分挖藕机仿真图挖藕机仿真图挖藕机仿真图挖藕机仿真图挖藕机仿真图挖藕机仿真图挖藕机仿真图挖藕机仿真图PROE仿真仿真手工模型手工模型仿真视频仿真视频仿真视频仿真视频模型视频模型视频模型视频模型视频挖藕机视频挖藕机视频挖藕机视频挖藕机视频LOGO摘要
藕，它的根根叶叶，花须果实，无不为宝，都可滋补入药，而且莲藕的种植技术非常简单，产量高，成本低，但是莲藕是难收的农场品。自古以来，采挖莲藕的工作主要靠人工一锹一铲来完成，在采挖莲藕时需要将莲藕田中水排干，这种方式采挖莲藕效率低，莲藕损伤严重。据统计每年因采挖不及时或者无法采挖而造成的损失就达亿元。现阶段，莲藕在我国的种植面相当广，并且种植面积还在不断的扩大，我国现有莲藕种植面积6000多万亩，平均亩产1500千克。因莲藕经济效益高，但采挖困难，因此广大藕农就希望能有挖藕机来代替人工采挖莲藕，来减轻人工劳动，并提高莲藕质量。近年来，不少单位已经进行了挖藕机的研制工作，并且也取得了一定的成效。但是,国内的挖藕机产品存在机器笨重、工作不稳定、挖藕效果不理想等问题,且大部分挖藕机都以挖掘湖藕为主,不适宜浅水藕种植地区。如果能够开发出一种高效、灵活且造价低廉的浅水藕田挖藕机产品,将会大大加快莲藕产业发展。本文正是基于这种想法,设计了喷头可移动浮桶式水力挖藕机。查阅有关挖藕机资料[15-19]的基础上,分析了不同挖藕机的优缺点,提出了浮桶式与可移动高压喷头冲藕的设计方案。并绘制了该挖藕机所有零部件的CAD图纸和PROE装配效果图,采用标准化零部件提高机器的标准化程度,为该挖藕机批量生产及进一步开发与推广奠定基础。
关键词：藕；挖藕机；浮桶式；机械设计；高压喷头
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
目录
摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 本论文研究的目的与意义 1
1.2 现阶段国内挖藕机械的研究状况及存在的问题 1
1.3 莲藕的物理特性及急需解决的关键性问题 2
1.3.1 莲藕的物理特性 2
1.3.2 急需解决的关键性问题 3
1.4 本论文研究内容、方法及方向 3
1.4.1 研究内容 3
1.4.2 研究方法 3
1.4.3 研究方向 3
2 确定可移动喷头浮桶式挖藕机总体设计方案 4
2.1 挖藕机设计方案 4
2.2 可移动喷头浮桶式挖藕机结构组成 4
2.3 可移动喷头浮桶式挖藕机工作流程 5
3 汽油机水泵的选择与计算 6
3.1 水泵类型的确定 6
3.2 水泵扬程及流量的确定 7
3.3 压力损失的计算 8
3.3.1 管道的沿程压力损失 8
3.3.2 高压喷嘴压力损失 11
3.3.3 管接头、分水器及其他部件局部损失计算 12
4 挖藕机主要工作部分的设计 13
4.1 动力水泵室的设计 13
4.1.1 动力水泵室形状确定 13
4.1.2 确定动力水泵室制作材料 14
4.1.3 确定动力水泵室制作工艺 14
4.2 密封浮桶的设计 15
4.2.1 密封浮桶形状的设计 15
4.2.2 密封浮桶材料及制作工艺的确定 16
4.3 滤网的选择 16
4.4 泵机固定架材料的确定 16
4.5 抬杆及操作杆材料的确定 17
4.6 汽油机水泵固定架材料及位置的确定 18
4.6.1 汽油机水泵固定架材料的确定 18
4.6.2 汽油机水泵固定架位置的确定 18
4.7 进水管、高压管的选择 19
4.8 高压喷嘴固定架 20
5 挖藕机总质量、浮力计算及抬杆强度校核 21
5.1 挖藕机总质量 21
5.2 浮力计算 21
5.3 抬杆强度校核 22
6 挖藕机3D外观图 24
7 总结 26
参考文献 27
致谢 28
1 绪论
1.1 本论文研究的目的与意义
莲藕是一种种植技术简单、产量高、成本低、经济效益好，具有很高食用、药用价值的特色农产品，也是一种易种难收的农产品。自古以来，莲藕的采挖主要靠人工一锹一铲的完成，不仅劳动强度极大，作业环境特别恶劣，而且挖净率低，藕的损伤严重，商品质量差。同时，还需排干藕田、堰塘中的水，像湖区挖藕也只能在周边无水处进行。因此，需要花费很大的人力、物力及能源，造成大面积湖区莲藕的浪费。据统计，仅湖北洪湖每年因采挖不及时或无法采挖而造成莲藕自生自灭的损失达亿元以上。随着农业产业结构的调整，我国的莲藕种植面积仍在不断的扩大，据不完全统计，全国已有莲藕种植面积6000多万亩。但其挖掘方法仍然停留在原始的生产方式上，因此，广大藕农和莲藕主产区都迫切希望能有挖藕机械的出现来替代人工劳动。
挖藕机的出现，给莲藕产业带来的经济效益是巨大的，据调察，全国平均人工采挖莲藕的费用在0.5元／斤，而采用挖藕机的综合费用不到0.05元。整整相差了十倍，莲藕销售旺季，以湖北为例，莲藕的销售价格一般在一元左右，仅是挖藕费用就占去了收益的一半。如果采用挖藕机进行采挖，按每亩产量3500斤计算，每挖一斤藕节省0.45元计算，每亩可节约1500余元，这节约下来的钱就是净增的利润。种植100亩莲藕，仅此一项就可增收十五万元。采用挖藕机还具有抵御市场风险的能力，以湖南为例，2011年由于湖南毒藕事件影响及市场原因，莲藕价格一度低至0.7-0.8元／斤，除去0.5元／斤的挖藕费用，地租、水电、化肥、农药、人工等，许多莲藕种植大户有巨大的亏损。如果采用挖藕机挖藕，那么亏损的风险就等于零，不论做什么生意，降低成本和费用就等于获得了更高的利润。这是做生意的王道，种植莲藕也是这个道理。
1.2 现阶段国内挖藕机械的研究状况及存在的问题
据调查，目前国内能够检索到的有关挖藕的器具主要有以下几种类型：
1：武汉市农机服务总站研制的是“自走水冲式莲藕采挖机”，它由田间自走式水力作业机和岸边水泵机组两部分组成，水力作业机前端配置有两个压力式喷枪，在喷枪喷射出的高压水流作用下，莲藕周围的泥土被切开和推翻，进而露出莲藕，岸边水泵机组从有水源的田间取水供作业机循环使用。
2：微山湖船式水力挖藕机，其特征是固定在船体上的动力机分别与水泵和减速器传动连接，减速器通过一支臂连杆与船体尾部的挖头连接，可带动挖头在船体尾部作往复平行移动，水泵的输出通过软管与挖头上的喷头连接。利用高压喷头喷出高速水流将莲藕周围的泥土去除，莲藕在浮力的作用下自动浮出水面[16]。
3：武汉兴盛农机技术开发有限公司研制的“浮桶鸭嘴式挖藕机”[15,17]，它由底盘架、动力水泵室、泵机固定架、进水管、高压管、高压喷嘴等组成，该挖藕机左右两侧设有密封浮桶，负责将整机浮于水面之上，另外工作水仓后部设有两高压喷头，且两喷头与水平面形成一定的夹角，并且该喷头与水仓焊接为一个整体。具有一定角度的喷头就像一把刀在切削附着在莲藕上的泥土，能很轻松的将莲藕弄出水面。
从以上几种挖藕器具的工作原理和结构中可以看出其有以下明显不足：
1、 挖藕部分和泵体为分体设计，只适用于有水源条件的稻田采挖；
2、 挖藕部分和泵体为分体设计，同样需要比较多的人力，且这种方式莲藕破损率较高；
3、 船式水力挖藕机整机笨重，不便于移动，而且只能在面积较大的湖中工作；
4、 浮桶鸭嘴式挖藕机体积小、结构新颖、整机轻巧、灵活、造价低，但是高压喷头只有两个，且只是位于工作仓的后部，对于比较靠近莲藕田岸边的莲藕无法挖掘。
1.3 莲藕的物理特性及急需解决的关键性问题
1.3.1 莲藕的物理特性
莲藕的每一节都具有数量一定的孔，空中充满着空气，在泥土中时由于其整个本身和根系都与泥土紧密接触。如果把附着在莲藕身上的泥土用水冲掉，那莲藕就只受自身的重力G和水对莲藕的浮力F浮。
经过测量之后得出：
(1)在水下时：
F浮>G
由于F浮>G ，那么莲藕会在浮力的作用下上升而浮出水面。
（2）在水面时：
F浮=G
由于F浮=G ，那么莲藕就会悬浮在水面。
根据莲藕的这个独特的物理性质，只要能够把莲藕上的泥土弄掉，就能轻松完成对莲藕的采挖。
1.3.2 急需解决的关键性问题
（1）降低莲藕采挖破损率。
（2）提高采挖完成度，减少因无法采挖而导致的莲藕损失。
（3）改善挖藕器具的可移动性，方便性。
（4）扩大挖藕器具的适用面，并且使其兼容性更强。
1.4 本论文研究内容、方法及方向
1.4.1 研究内容
本论文题目来源于本科阶段学位证书的毕业设计。要求为：设计一挖藕机，用于对江西省广昌县浅泥田里莲藕的采挖。因当地藕农对现有的挖藕设备的采挖效果并不满意，所以迫切需要一种比较理想的挖藕设备，响应这个要求，就设计研究了可移动喷头浮桶式挖藕机。
1.4.2 研究方法
通过查阅国内挖藕器械的相关资料，比较各种器械的优劣，并结合江西省广昌县当地的环境条件，莲藕种植情况，去不同挖藕器械的优点，然后经过一系列改进，确定适当的动力系统和对重要结构进行强度校核。
1.4.3 研究方向
本论文设计研究的挖藕机是针对江西省广昌县的藕田，但是适用面相当广，且兼容性强，能够使用于全国大部分地区的浅泥藕田，该挖藕机还有另外一个功能就是对水稻田泥土的搅拌，对犁田后结巴的水稻田具有相当不错的效果。该挖藕器具以后的研究方向是尽量扩大适用面，使其兼容性更强，能实现全自动化就更好。
2 确定可移动喷头浮桶式挖藕机总体设计方案
2.1 挖藕机设计方案
根据现阶段国内出现的各种挖藕器械，大体上可以分为两种：船式和浮桶式。
船式挖藕机：笨重，操作缺乏灵敏性，而且不便于移动。但是船式挖藕机也有以下优点：一是采用船式“浮式作业”原理，可成功实现对水中莲藕的机械化采挖。二是采用“水下采挖法”，可成功实现以采挖莲藕为主要目的多重功能和先进技术。三是采用“喷头和铲泥板组合采挖法”，增加了挖泥深度，提高了采挖效率，从而提高了挖藕机械的经济性能。四是采用“液压传动及操作法”，利用液压传动，提高了整机传动效率和可靠性。
尽管船式挖藕机有诸多优点，但这种挖藕机只适用于种植面积广的湖面型种植方式。
浮桶式挖藕机：结构轻巧、操作容易、转移方便、故障率低、造价低、工效高、保养简单，同样采用“浮式作业”原理，还有采用“水下采挖法”，其高压喷头与水面形成一个50度-60度的夹角，喷头喷出的高速水流像一把刀铲削附着在莲藕上的泥土，能迅速将莲藕挖出。该种挖藕机能够适用于面积小，水浅，且能够工作于不规则形状的藕田。
按毕业设计要求，该挖藕机将用于江西省广昌县藕田的采挖。该地的莲藕种植于浅泥田里，且藕田的形状不规则，船式挖藕机不能正常工作，只能选择轻便型浮桶式挖藕机。
2.2 可移动喷头浮桶式挖藕机结构组成
该挖藕机结构组成包括：汽油机水泵、泵机固定架、动力水泵室、密封浮桶、抬杆、操作杆、进水管、高压管、高压喷嘴、高压喷嘴固定杆。
特征为：挖藕机动力由汽油机提供，然后汽油机输出轴与高压离心水泵通过联轴器相连，另外该挖藕机设置有左右密封浮桶，在左右密封浮桶之间设有工作水仓，在工作水仓外侧与左右密封浮桶之间均焊接有底部、前后及顶面过滤网，所述左右密封浮桶、工作水仓、泵机固定架、操作杆、抬杠焊接为一个整体。汽油机水泵通过螺钉固定于泵机固定架上，水泵进水管与动力水泵室连通，动力水泵室两侧设有进水窗，水泵出水口连接一转四通管，四通管与高压喷嘴经过高压管相连，并分别设有调节阀。高压喷嘴固件在喷嘴固定架上，但可水平移动。
2.3 可移动喷头浮桶式挖藕机工作流程
3 汽油机水泵的选择与计算
3.1 水泵类型的确定
查《工业泵选用手册》[9]知，水泵主要有以下类型：
水泵的适用范围和特性比较表
表3-1 水泵参数及性能比较
-
因为水泵需要工作在水中杂质比较多的环境下，综合考虑流量、扬程等因素下，离心泵是最佳的选择。
离心泵的工作原理：
水泵开动前，先将泵和进水管灌满水，水泵运转后，在叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下，叶轮流道里的水被甩向四周，压入蜗壳，叶轮入口形成真空，水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。
离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提相高处的，故称离心泵。
3.2 水泵扬程及流量的确定
通过查阅互联网资料得知：高压喷嘴喷水压力在2.6~2.8Kg/cm2,在这个压力下，对莲藕的损伤最小，即为最佳喷水压力。
经过单位换算后得：
根据所得的压力初步确定水泵的扬程为25m，该水泵需要汽油机或者柴油机提供动力，调查市面上浮桶型挖藕机使用的为汽油机水泵或者柴油机水泵。根据扬程25m确定选用以下汽油机水泵，其具体参数为：
产品型号
进出口水径
最大流量
最大扬程
吸程
配套动力
功率/转速
体积
重量
汽油机水泵图片
动力源
固定架
水泵出水口
水泵进水口
水泵
图3-1 汽油器水泵成品图
3.3 压力损失的计算
3.3.1 管道的沿程压力损失
1）确定当量糙粒高度：
表3-2 各种管道壁面的当量糙粒高度
管道类型
管道类型
玻璃管、黄铜管
0-0.002
旧铸铁管
0.5-1.5
新氯乙烯管
0-0.002
锈蚀旧钢管
0.5-0.8
新无缝钢管
0.01-0.08
钢板焊制管
0.35
精制镀锌钢管
0.25
橡胶软管
0.2-0.3
普通镀锌钢管
0.3-0.4
纯水泥壁面
0.25-1.25
新铸铁管
0.2-0.8
选用橡胶软管，则当量糙粒高度为0.25。
相对粗糙度为：
d—管道直径，
2）确定雷诺数：
对于圆管压力流，在数值上等于d.所以采用水力直径雷诺数时，工程中判别流态的标准为：
一切有压流：
一切无压流：
—平均流速，
—水力直径，
—液体运动粘度，
表3-3 水在不同温度下运动粘度
流体种类
温度/
运动粘度/
水
0
5
10
20
30
40
60
常温下水的温度为25，因此该温度下水的运动粘度为
—流量，
则流体流态为紊流
雷诺数作为判别流体流态的标准，是流体沿程损失计算的关键。
3）确定阻力系数的值：
利用和，可以从莫迪图中查出阻力系数的值。
图3-2 莫迪图
根据和，从图中查得阻力系数的值为0.03。
4）确定沿程损失：
沿程计算公式为：
—阻力系数
—管道长度，
—管道直径，
—液体流速，
—重力加速度，
代入数值得：
压力损失为:
3.3.2 高压喷嘴压力损失
高压喷嘴可看成为渐缩管。该挖藕机高压喷嘴的形状大致为：
图3-3 高压喷嘴外形
高压喷嘴处的压力损失属于局部损失，所有局部装置的局部阻力损失都可以用流速水头乘上一个系数来表示，即：
—指发生在局部损失之后的渐变流断面上的平均流速，
渐缩管局部阻力系数的计算式为：
—平均沿程阻力系数
—高压喷嘴进出口截面面积，
代入数据得：
高压喷嘴出口处水流速度为：
将代入公式得: .
则:
高压喷头局部损失为：
压力损失为:
3.3.3 管接头、分水器及其他部件局部损失计算
由于管接头、分水器和其他部件局部损失相对沿程和高压喷嘴损失小好多，即可忽略不计[1,3]。
4 挖藕机主要工作部分的设计
4.1 动力水泵室的设计
4.1.1 动力水泵室形状确定
动力水泵室承担着给汽油机水泵提供足量水的工作，因为水泵对水质有一定的要求，因此动力水泵室就应该有特殊的结构。
查阅其它挖藕器械相关资料[15,17]，设计动力水泵室形状如下：
图4-1 水泵室及进水口
图中小框为进水口，挖藕机工作时，这些小框需要在水面之下，这样才能保证水泵有足够的水量供应。
图4-2 水泵室外形图
图中圆形孔为汽油机水泵进水口，口径为。水泵通过管道到达水泵室的底部。另外水泵室两头倾斜设计有利于挖藕机在水中行走，如果垂直连接的话，挖藕机在水中行走时水的阻力比较大，倾斜设计可以减少操作的劳动量。
4.1.2 确定动力水泵室制作材料
不锈钢板表面光洁，有较高的塑性、韧性和机械强度，耐酸、碱性气体、溶液和其他介质的腐蚀，它是一种不容易生锈的合金钢。因此不锈钢板是动力水泵室最佳材料选择。
表4-1 不锈钢板厚度标准 GB3280-2007[8,10]
查不锈钢板厚度标准，选择厚度为，宽的不锈钢板
4.1.3 确定动力水泵室制作工艺
动力水泵室上部分由规格尺寸的不锈钢板焊接而成，下部分圆弧面由不锈钢板冲压弯曲而成。
表4-2 推荐焊接材料的烘干温度、保温时间
类 别
牌 号
温度（℃）
时间（h）
不锈钢焊条
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
烧结焊剂
SJ101、SJ102
300~350
2
熔炼焊剂
HJ431
250
2
HJ250
300~250
2
表4-3 常用不锈钢推荐选用的焊条牌号
钢 号
手工电弧焊
埋弧焊
氩弧焊
焊条型号
焊条牌号
焊丝牌号
焊剂型号
焊丝牌号
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
焊接时根据表4-2和表4-3确定合适的烘干温度、保温时间及选用的焊条，焊接时每块不锈钢板之间不能有缝隙，焊缝需平整。
4.2 密封浮桶的设计
4.2.1 密封浮桶形状的设计
密封浮桶在该挖藕机中起着至关重要的作用，基本上所有的浮力都是有两个密封浮桶提供。浮桶的密封性及体积大小直接影响到挖藕机能否正常工作。
密封浮桶的形状设计如下：
图4-3 浮桶形状正视图
该密封浮桶的长度为。
密封浮桶的体积为：
4.2.2 密封浮桶材料及制作工艺的确定
因密封浮桶与动力水泵室相似，所以采用相同材料的不锈钢板。同样采用弯曲冲压和焊接工艺，密封浮桶只有最底部和侧面有焊缝，其他成型采用弯曲冲压，这样可以减少由于焊接引起密封性不好的问题。
密封浮桶焊接完之后需要进行水中浮力测试，检测浮桶的密封性能。
4.3 滤网的选择
滤网在挖藕机上的主要作用是过滤水中的杂质，使进入动力水泵室的水中不含有较大的物体，对水泵有着极大的保护作用。
该挖藕机上采用不锈钢丝粗滤网，滤网口径大小为，不锈钢丝直接为。其尺寸大小见零件图纸。
4.4 泵机固定架材料的确定
泵机固定架的作用为支撑汽油机水泵和操作杆。采用国家标准方管焊接而成。查国标[20]知：
表4-4 方管型号及理论重量表
型号
理论重量（kg/m）
型号
理论重量（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
根据表4-4该挖藕机选择的方管型号为25*25*1.2。
4.5 抬杆及操作杆材料的确定
挖藕机在搬运过程中需要一个方便人操作的部件，这个就是抬杆。在搬运挖藕机时，挖藕机所有的重量都压在两根抬杆上，因此抬杆在设计之后要进行强度校核，在选材上需要选用强度高，韧性好的钢材。
根据人类手握东西的习惯，圆形的部件手握是感觉最好。因此抬杆就选用圆形钢管。查圆管国标[20]得：
表4-5 圆形钢管规格及其理论重量表
外径
/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
钢管理论质量/(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
查表后选择外径为厚度为的圆管。
4.6 汽油机水泵固定架材料及位置的确定
4.6.1 汽油机水泵固定架材料的确定
为了汽油机水泵的安装及水泵固定架自身的固定，角钢是很好的选择。角钢型号具有国家标准[21,22]，部分标准如下：
表4-6 等边角钢型号规格
根据表4-6选择规格为2.5#厚度为的角钢。
4.6.2 汽油机水泵固定架位置的确定
由于高压喷嘴喷出的高速水流对水有一定的冲击力，因此也受到水的反作用力，且高压喷嘴与水平面呈一定夹角，为平衡这个作用力，汽油机水泵的位置就应该稍微靠近操作者。
挖藕机本身重力与浮力平衡，汽油机水泵安装位置计算过程如下[2,14]：
图4-4 水泵固定位置及受力分析
由力对点A的力矩平衡得：
列式为：
—水对高压喷嘴的反作用力，
—汽油机水泵重量，
计算得：
4.7 进水管、高压管的选择
进水管一头连接着水泵进水口，另一头插入动力水泵室的水中。由于水泵进水口直径为，所以进水管选择直径的不锈钢管。
高压管要能承受一定的压力，连接着高压喷嘴和分水器。高压喷嘴的大口直径为，因此高压管选择的橡胶软管，但软管中要有一圈一圈的钢丝[3]。
4.8 高压喷嘴固定架
高压喷嘴固定架使用的是规格为2.5#厚度的角钢，角钢需要加工出三个槽，以便高压喷嘴能安装且能在一定范围内移动。效果图如下：
图4-5 高压喷嘴固定角钢
高压喷嘴能够在槽内移动，可以调整高速水流的喷射范围，这样就增加了挖藕机的适用性。
5 挖藕机总质量、浮力计算及抬杆强度校核
5.1 挖藕机总质量
总质量=汽油机水泵+动力水泵室+密封浮桶+底盘固定架+喷头+其他
=
其中
方管：
圆管：
角钢：
5.2 浮力计算
浮力计算公式为：
密封浮桶提供的浮力：
动力水泵室底部圆弧型浮桶提供的浮力：
总浮力为：
挖藕机总重力为：
因此挖藕机能正常工作[1]。
5.3 抬杆强度校核
抬杆如图所示：
图5-1 抬杆仿真
受力分析图为[5,6,12]：
图5-2 抬杆受力分析
极惯性矩
弯曲正应力的强度条件为
其中
因此
所以抬杆材料尺寸选择合理[2]。
6 挖藕机3D外观图
图6-1 挖藕机仿真图
图6-2 挖藕机仿真图
图6-3 挖藕机仿真图
图6-4 挖藕机仿真图
7 总结
经过一个多月的时间，终于把毕业设计搞定了。期间经常呆在学校图书馆查阅相关的书籍，另外借助现在发达的互联网也获取了相当多的国内与挖藕机相关的资料和现阶段国内挖藕机的研究程度。本挖藕机虽有不少优点且相对以往的挖藕机在高压喷嘴部分有所改进，但也有一定的局限性，如晚间不能工作；不能将采挖出的莲藕采收。
经过这次的毕业设计，明白了一个产品一整套的生产过程。从最初的客户要求，然后进行市场调查，查阅国内外的相关资料，了解现阶段产品的优缺点。再进行设计，在设计过程中，需要查阅大量的资料，在这次设计的过程中，我清楚了应该怎么样快速查阅到自己想要的数据及各种设计参数，很多材料都有国家标准，只需要选择相应的尺寸即可。另外互联网也可以很快的帮你解决你在设计时遇到的一些问题，这样就可以加快了设计速度。设计完之后，然后要对该产品的某些重要部件进行强度校核，可能因为某个部件强度不合格，造成不可挽回的损失，如人的生命。之后就是图纸的绘制，利用PROE将产品的3D图画好，再导成二维加工图纸，导出的二维图纸需要经过CAD稍作处理，加上必要的参数，保证能正常加工出产品零件。
经过这次的毕业设计，对大学期间所学的知识进行了一次体系的复习，能将书籍中的知识较好的联系起来，并知道如何利用。另外熟练了CAD和PROE，之前对PROE零件装配不清楚，通过这次的毕业设计，能熟练的将各种零件轻松的装配好。对绘图软件也有了更深的了解。
本设计的顺利完成，离不开刘院长的悉心指导，感谢刘院长给我的帮助。在整个设计过程中，我懂得了很多东西，也培养了独立工作的能力，相信这对我以后的学习和工作会有着重要的影响，使我终身受益。
参考文献
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[22] GB9787-1988,热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差[S].
致谢
此毕业设计是在刘教授的悉心指导下完成的。从毕业设计题目的选择,到设计的编写、修改，每一步都有刘教授的细心指导和认真的解析。刘教授以严谨求实，一丝不苟的治学态度和勤勉的工作态度深深感染了我，给我巨大的启迪，并成为我人生路上值得学习的榜样。谢谢您对学生无私的教诲，学生铭记在心，祝您身体健康，家庭幸福。同时感谢所有教育过我的专业老师，你们传授的专业知识是我不断成长的源泉也是完成本论文的基础。通过这次毕业设计不仅提高了我独立思考问题解决问题的能力而且培养了认真严谨，一丝不苟的学习态度。由于经验匮乏，能力有限，设计中难免有许多考虑不周全的地方，希望各位老师多加指教。最后祝老师们身体健康、万事如意、心想事成。
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