海带夹苗机设计及夹苗绳索力学性能研究

发布时间：2020-06-17 15:39

【摘要】：海带夹苗作业具有劳作周期短、劳动强度大、质量要求高等难点,成为水产养殖业发展急需解决的问题之一。受威海市寻山集团有限公司委托,设计一款高高效、可靠、结构合理的海带夹苗样机。对所作用的夹苗绳进行理论分析,建立成绳原理及力学理论模型并对其仿真。对受扭形成开口的绳索提供力学理论依据,为绳索大变形的力学性能研究奠定了基础。完成了海带夹苗样机的装配、调试和试生产。基于福建海带夹苗机进行改进研制第一代夹苗机,通过研制过程对出现问题的总结,对运动参数、功能需求及优缺点得到感性的认识。进而重新设计新一代单螺旋海带夹苗机。应用拓扑学理论和弹性力学的最小势能原理,阐述绳索的成绳机理。利用能量守恒原理,建立绳索的捻转数与缠绕数关系模型。利用Kirchhoff方程推导出夹苗绳索在平衡状态下的六个微分力学控制方程及轴向扭矩方程。针对绳索形成间隙的问题,进行以绳索开口扭矩为主要研究对象的力学模型仿真。完成了单螺旋海带夹苗机零件的加工、采购、装配和调试,通过基于绳索形成开口的夹苗机关键技术研究,解决了影响夹苗成功率的主要问题。采用仿真参数进行了海带夹苗实验,实验结果表明该海带夹苗机在海带苗与夹苗绳索有较高质量的前提下,夹苗成功率达到97%以上,该样机的研制成功为海带夹苗机的产业化生产奠定了坚实的基础,对相关柔性体力学性能研究具有一定指导意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S969.24
【图文】：

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化程度发展时间较短，尚未成熟[1-2]。中国海带养殖业的蓬勃发展可以极大的促进相关海洋产业的发展，尤为主要原料的海藻类化工产业的形成，而我国的产业规模居世界首位[3]种海洋初级生产力，不仅作为海洋动物的诱饵和生活在海洋生态系统而且在固定光能，吸收二氧化碳，合成有机物质，释放氧气和净化水着尤为重要的作用[4]。由于海带已经成为我国海水养殖的大型经济品种独具规模优势和产品特色，据山东省水产部门测算，全省海带产量过百行精深加工、综合利用、可实现产值几百亿元[5]。但现在，产业总处于低平、低附加值、低效益状态。这种潜在的需求远远没有变成现实的消费植是制约海带产业发展主要原因之一，尤其是海带种植中海带幼苗分然采用手动，如图 1-1 为工人夹苗的场景，人手将绳索反拧松，使夹苗隙，插入海带苗。在海带根等附着物作用下，旧夹苗绳三股绞结的更加开绳索需要一定力气，拧一次绳插一次苗，频繁的重复拧绳，往往劳度大、经常弄得双手红肿、手指磨破渗血、导致脱皮等现象，影响生产劳动强度大，而且海带夹苗季节短，需要人工多，导致夹苗成本高[7]。

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解决问题的关键是成型化的设备，国内外在海带夹苗设备、工艺等方面的研究都处于较低的水平，国内对其研究的一些设备还是存在很多方面的缺陷，对设备的设计和研究很不够深入。研究此项目意义在于：第一，海带夹苗季节一般在每年的 11 月份[8]，天气较冷，手工劳动力不愿意干这种脏活累活，雇佣工人成本逐渐升高；第二，夹苗周期短，工人每天的工作时间要 10 个小时左右，劳动强度大；第三，手工夹苗的质量不一，海带养殖过程中出现中途脱落水底的现象。本课题针对海带夹苗作业出现的问题，设计一台高效安全、性能可靠、设计科学、实用性强、成本低的海带夹苗样机。在海产养殖业方兴未艾的今天，此自动化设备的研究将具有广阔的市场空间，提高了海带种植机械化水平，对提高海带种植面积、产量和质量等方面具由较大的促进作，同时，对扩大海洋自动化产业的未来的展具有十分重要的意义。1.2 课题研究现状及分析1.2.1 海带夹苗设备的研究现状a) 初始状态 b) 开口状态图 1-2 苗绳两种状态

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