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作品名称：水草打捞切割打捆一体机
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：先锋智造
队伍编号：222188
参赛学生：苏子航邴隆旭
指导老师：魏峥
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
请在微信端进行投票。点此扫描二维码。

详细说明

当前，水域富营养化导致水葫芦、空心莲子草等水生植物过度生长，不仅破坏生态平衡、阻碍航运，还造成资源浪费。传统治理方式中，人工打捞效率低、化学治理易引发二次污染、单一机械功能局限大。为此，本作品 —— 水草打捞切割打捆一体机应运而生，它融合机械创新、智能控制与资源转化技术，打造 “打捞 - 切割 - 打捆 - 资源利用” 一体化解决方案，旨在破解传统治理难题，实现环境治理与资源循环的双重价值。

一、核心结构与功能

（一）执行系统：全流程自动化作业

打捞机构：采用可调节錾式犁头，能适配 8-12 毫米直径的不同水草，灵活调整作业角度与深度，精准捕捉水面及浅层水草并稳定输送至平台，避免脱落遗漏。
切割装置：由铰链式气缸驱动切刀，切割长度可按需调节（5-20 厘米），实现水草平整切割，为后续打捆奠定基础，每小时可处理水草 500 公斤以上。
打捆机构：搭配定制液压气缸（缸径 40 毫米、行程 200 毫米），将切割后水草压缩成 20-30 公斤的高密度草捆，减少存储与运输成本，避免运输中腐烂散落。

（二）传动系统：稳定高效传力

选用 5.5kW 三相交流异步电动机（同步转速 1500r/min），搭配高效能电池组，满足 10 小时以上连续作业需求，且电动驱动无排放，契合生态理念。采用 “带传动 + 行星齿轮减速器 + 链传动 / 齿轮传动” 组合，配合 GICL1 型鼓形齿式联轴器，总传动比 5，将电机转速降至执行部件适配的 300r/min，确保动力传递高效稳定，同时适配潮湿水域的防护设计（IP65）可防止水汽损坏部件。

（三）控制系统：智能精准调控

集成超声波传感器（探测精度 ±2 厘米）、高清摄像头与 GPS + 惯性导航模块，能实时识别水草密度、规避障碍物（如石块、桥墩），定位精度 1 米以内。搭载 STM32 主控芯片，内置 A * 路径规划算法与任务调度逻辑，可自动生成最优作业路径，支持 4G/5G 远程监控，管理人员能实时查看设备状态（电量、进度、故障），且具备过载、超温等故障自动报警停机功能，降低设备损坏风险。

二、设计验证与性能优势

设计中通过 SolidWorks 完成三维建模（精度 0.01 毫米）与运动仿真，优化传动时序，使单次作业周期（打捞 - 切割 - 打捆）控制在 30 秒内；借助 Abaqus 对切割传动轴等关键部件进行有限元分析，验证其强度（弯曲应力 29.625MPa，远低于许用值）与刚度，确保长期稳定运行。

性能上，设备日作业面积 1500-2000 平方米，是人工打捞效率的 20 倍以上，且不受高温、小雨等恶劣天气影响；无化学药剂使用，作业后水域溶解氧提升 15%-20%、透明度提升 25%，减少生态扰动；打捆水草可转化为有机肥（有机质≥45%）、生物燃料（热值 18-20MJ/kg）或饲料（蛋白质 8%-12%），每吨水草可产生 150-200 元经济价值，实现 “变废为宝”。

三、应用场景与价值

设备适用于城市河道（改善景观水质）、水产养殖区（维持池塘生态，提升虾蟹成活率 10%-15%）、自然保护区（低扰动保护生物多样性）等场景。经济上，1 台设备可替代 5-8 名工人，年省人力成本 30-48 万元，关键部件寿命超 10 年、年维护费约 5000 元；社会层面，推动环保装备技术升级，带动水草资源化产业链发展，为生态文明建设提供实践方案，助力资源节约型、环境友好型社会建设