55.小型智能水草清理装置选题推荐表
第十届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛
选题推荐表项目名称 小型智能水草清理装置
项目类型 科技作品类：节能类□、减排类 、节能减排类□；
社会实践类□
项目推荐人情
况 教师
姓名 单位 职称 联系电话 学生 姓名
专业 联系电话
班级
项目简介（重点说
明选题与竞赛宗旨
和主
题的
关系）
1研究背景与现状
1.1研究背景
由于人类生活以及生产的影响，从农田退水、工业废水、生活污水以及地表
有机物的流失中输入到湖泊、水库及河道中的氮、磷营养盐越来越多，富营养化已经成为世界范围内一个突出的环境问题。我国二分之一的湖泊、水库都面临着
日益严重的富营养化危害，在大型水生植物的草型湖泊内，各种挺水植物和沉水植物过量生长，形成了极大的初级生产力，其群落盖度可达100％，最大生物量为 干重2.25 。
水草疯长时会充塞水体空间、破坏自然景观。进入秋季，水草沉落腐败后对
水体造成一次污染。此外，水草过多时可以覆盖整个水域表面，水中的大量溶解
氧被其所消耗，使得鱼苗等都无法放养，危害渔业生产。此外，景区湖泊内水草过多时会缠绕游乐船，影响游客游玩，严重时危害游客健康。 1.2国内外研究现状
针对在公园，池塘，小型河道等小型连通水域水草泛滥的情况，以水葫芦为代表的大型水生植物的清理成为当前十分必要的一项研究任务，目前对此采取的治理措施主要有以下三种方式：
（1）生态治理方式，这种方法对环境的影响最小，治理的效果也最好，但是治理水草所需周期长，在水草疯 长季节，治理效果十分微小。 （2）化学药物治理方式，由于需要对水体喷洒一下化学药物，势必对环境造成危害，同时对在水中生存的其他植物也产生较大影响。
（3）机械治理方式，近年来在世界各国机械治理方式备受推崇，它的治理效果最理想，对环境影响也较小，治理水草所需时间最短。
但是小型水域生态景观和人工湖泊，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。目前这些水域中的水草的收割都由人工完成，劳动强度大，效率低，所以小型智能化水草清理装置的研制十分重要。
⑷水草压缩环节：通过多级齿轮传动将电机主轴的滚动转变为压缩隔板的进给运动，实现对水草的压缩。
⑸明轮驱动环节：明轮放在船体两侧，上面的蹼板通过向后拨水使清理装置在水面运动。
⑹智能控制环节：装置整体通过PC控制，通过陀螺仪实现清理装置在水面直行，通过传感器检测岸边距离实现自动转弯，使清理装置自动行驶并清理整个水面。
图1 整体装置图
4.1 水草切割装置
割刀切割是水草收割的第一步。切割器的主要构造为成对的刀片每对刀片中一把刀片做往复运动，与另一刀片形成相对的切割。前刀和侧刀一体式，安装时构成一带弧刀的U型。侧刀与前刀实现同步工作，只需一个动力输入端。在实际作业中根据不同的工作环境（如水草的杆径、韧性等）来选择合适的刀具参数。整个切割装置宽1.3米，刀刃长0.1米，刀刃数量24对。其装置图如图所示。
图2 水草切割装置
4.2水草传送装置
水草传送环节由传送带和电机组成，其中传送带由铁网、链条、横杆和边缘
加高等部件组成。水草传送的流程为：收割装置向前运动，与割掉的水草相撞，使水草与传送带相接触，之后电机驱动，带动链条转动，使铁网以匀速传动，带动水草传送至粉碎装置。
传送装置长2米，链条带动，两侧有加高装置，避免水草掉落，提高效率。传送装置的倾角可以调。针对不同水域，整个传送装置可在凹槽内通过上下滑动进行调试。传送装置避免头重脚轻。电机在传送装置后方一侧。其装置图如图所示。
图3 水草传送装置
4.3水草脱水装置
该环节的主要功能是将水草通过两个滚筒挤压实现水草脱水，减轻水草重量，且为后面水草压缩成型做准备。增大水草紧实度，使单位体积能容纳更多水草，降低水草转运频率。双滚筒脱水装置如图所示。
水草从此处脱水处
图4 脱水辊轴
4.4水草压缩装置
通过电机带动主轴旋转，从而带动齿轮间传动，将力转化为对隔板的推力，对水草进行挤压成型，增大水草紧实度，使单位体积能容纳更多水草，降低水草转运频率。压缩装置如图所示。
图5 水草压缩装置
4.5动蹼式明轮驱动环节
驱动部分主要负责整个装置的运行，采用动蹼式明轮驱动。动蹼式明轮通过蹼板和轮体自身以铰接的方式相连，再连接偏心环作复合运动。通过采用可以活动的动蹼，蹼板垂直入水、出水的程度比定蹼式明轮高，因此明轮的直径可以降低定蹼式明轮的2 倍或更多，动蹼对于相对较小的明轮直径和较深的浸深有较高的效率，其效率可以接近于当螺旋桨直径受到吃水和水深限制时的效率。动蹼式明轮结构如图所示。
图6 明轮驱动装置
5 项目创新点
作品的创新点有如下几点。
⑴将割刀与传送带联动，节省电机，降低机构复杂度。
⑵采用双滚筒反向转动来压榨水草进行脱水，减少水草重量，方便后面对水草进一步压缩成型。
⑶通过陀螺仪感知船体偏移角度并驱动尾舵实现水草清理装置行驶时保持方向不变，通过红外测距仪感知清理装置到岸边距离，从而使装置自动行驶并清理整个水域。
⑷通过PC控制与各传感器间信息传输，得到水草清理装置储料情况，运行速度等等数据，实现对水草清理的精密控制。
6 应用前景
清理水草能极大地减少其对湖泊造成的水体污染，而现有水草清理装置体积大，自动化程度低，不能适用于小型水域。本装置具有小型化和智能化的特点，与人工清理相比较，极大提高清理效率，且节约人力资源，对解决小型湖泊水草污染问题有很大的意义。
7 应用价值
以湖北省为例，虽然水域面积大、湖泊数量多，但大多数湖泊属于小型水域范畴。因此小型智能化水草收割机可以有效解决我省众多小水面湖泊、沟渠以及城市公园等景观水域水草清理，经济社会效益显著。
另外，到2020年，我国将建成300多家大型高尔夫球场，每家高尔夫球场面积都在100以上，，每个球场配套建设2.67以上的人工湖泊，在全国范围内，高尔夫球场内的人工湖泊在800以上。这些水域生态景观和人工湖泊现在都用
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，水草清理机是不可缺少的，所以小型智能水草清理装置具有十分广阔的市场前景。
预期取得的成果预期成果：
⑴一套全自动小型水草清理装置；
⑵一项发明专利；
⑶一项实用新型专利。