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浅海海底植被修复播种机的设计与试验

作　者: 刘雷
导　师: 张晓辉
学　校: 山东农业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 海洋海草床修复播种机系统控制试验
分类号: S223.26
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要

目前所采用的浅海海草床修复方法中，生境恢复法投入少、代价低，但周期长；移植法成活率高，但是对海草床又具有破坏作用；种子法是一种对海草床无破坏的修复方法，但是其修复时间比较长，种子的流失率损失率也比较高，因此研制一种适合我国海域情况的小型播种机迫在眉睫，对我国生态恢复的发展具有极其重要的意义，符合可持续发展的需要。本文在经过大量查询资料的基础上，提出了符合我国海域的浅海海底植被修复播种机，改变了目前我国海草床修复只有移栽的现状，为我国海草床的修复提供了另一种思路，从根本上修复浅海海草床。研究的具体内容如下：（1）本文研究了大叶藻种子的物理特性；（2）以大叶藻种子的物理特性为依据，设计了播深、粒距和行距根据需要可调的浅海海底植被修复播种机，实现了连续、高效、智能化作业。主要由水下播种机构、液流输送装置、提升机构、排种系统、控制系统等组成；（3）通过理论计算完成各部分的设计和选型，通过UG进行对零件进行绘制和整机的三维设计，使得更加直观形象；并对关键零件进行了试验分析，使得设计更加可靠，缩短了设计和制造周期，减少了成本；（4）通过GPS可以实现船速与步进电机的协调，保证了粒距的一致性，另外工作模式为人工调节模式和自动模式两种，保证了浅海海底植被修复播种机工作的有效性；水下播种机构随时将播下的种子覆盖，减少了种子的流失，提高了成活率；（5）通过利用ANSYS对关键零部件进行了应力分析优化设计，利用流体模拟软件FLUENT对浅海海底植被修复播种机的种子与水流的混合装置进行了流场模拟，选择合理的管径和夹角等参数。对浅海海底植被修复播种机的排种均匀性、分布均匀性进行试验，对浅海海底植被修复播种机的开沟性能以及覆盖性能进行试验。试验结果表明：四个转速水平的各行排量一致性均达标小于国家要求3.9％，最合适转速为60r/min，种子破碎率d<0.5％；排种均匀性检测最大变异系数为18.5%，小于国家要求45%，达到试验要求；开沟深度最深处为5cm，最浅处为1cm，平均深度为2.9cm，覆盖良好，覆盖率达到95%以上，技术性能参数均达到了技术指标要求。

全文目录

中文摘要  7-8
Abstract  8-10
1 引言  10-17
  1.1 课题的研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外浅海海底植被修复的研究现状  11-15
    1.2.1 国外浅海海底植被修复技术研究  11-15
    1.2.2 国内研究现状  15
  1.3 研究内容与技术路线  15-17
    1.3.1 主要研究内容  15-16
    1.3.2 技术路线  16-17
2 大叶藻种子物理特性试验研究  17-22
  2.1 材料与仪器设备  17
  2.2 试验方法  17-20
    2.2.1 千粒重测定方法  17-18
    2.2.2 粒度测量  18
    2.2.3 密度和体积测量  18
    2.2.4 滑动角测量  18-19
    2.2.5 休止角测量  19-20
    2.2.6 容积密度测定  20
  2.3 试验结果和分析  20-22
    2.3.1 基本特征分析  20-22
3 浅海海底植被修复播种机设计  22-47
  3.1 整机方案与工作原理  22-24
    3.1.1 整机方案确定  22
    3.1.2 工作原理  22-24
    3.1.3 主要技术参数  24
  3.2 关键零部件设计与选型  24-35
    3.2.1 提升机构设计  24-27
      3.2.1.1 钢丝绳选型  25
      3.2.1.2 卷筒计算  25-26
      3.2.1.3 升降电机选型  26
      3.2.1.4 升降电机调速器选型  26-27
    3.2.2 排种机构设计  27-28
      3.2.2.1 种子箱的要求  27
      3.2.2.2 种子箱容积确定  27-28
    3.2.3 窝眼排种器设计  28-30
      3.2.3.1 窝眼轮直径和线速度的确定  28-29
      3.2.3.2 窝眼轮型孔数 Z  29
      3.2.3.3 种子的充填圆弧  29
      3.2.3.4 刮种器  29-30
      3.2.3.5 护种板  30
    3.2.4 液流输送装置设计  30-33
      3.2.4.1 泵的选型与计算  30-31
      3.2.4.2 分配器均匀性试验  31-33
    3.2.5 水下播种机构的设计  33-35
      3.2.5.1 陷深压强试验  33-34
      3.2.5.2 开沟压强试验  34-35
  3.3 控制系统的控制  35-43
    3.3.1 控制系统方案的设计  36-37
    3.3.2 系统电路的设计  37-38
    3.3.3 排种器播量控制系统的设计  38-41
      3.3.3.1 步进电机和伺服驱动器的计算和选型  38-39
      3.3.3.2 GPS 传感器  39-40
      3.3.3.3 GPS 传感器测定速度校正试验  40-41
    3.3.4 防腐工艺的设计  41-43
  3.4 关键零部件的仿真模拟和优化设计  43-47
    3.4.1 混合装置的仿真模拟设计  43-45
      3.4.1.1 模拟结果和分析  44-45
    3.4.2 卷筒轴的优化设计  45-47
      3.4.2.1 模拟结果和分析  46-47
4 性能试验  47-53
  4.1 排种性能试验  47
  4.2 均匀性试验  47-49
  4.3 开沟及覆土试验  49
  4.4 现场试验  49-51
  4.5 样机的改进与试验  51-53
    4.5.1 样机改进  51
    4.5.2 样机改进试验  51-53
5 结论与建议  53-54
  5.1 结论  53
  5.2 创新点  53
  5.3 建议  53-54
参考文献  54-58
附录：部分试验数据  58-65
致谢  65-66
研究生期间发表论文以及专利  66

浅海海底植被修复播种机的设计与试验

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