生態(tài)稻田魚蟹飛蟲捕食裝置的優(yōu)化設計

李鵬艷，宋秋紅，張鑫宇，楊 帆

（上海海洋大學，上海 201306）

目前投放市場的飛蟲捕食裝置都是一體化的直桿狀的底架桿[1]，但是由于生態(tài)稻田中的作物隨著時間的推移，作物生長的高度也不同，而誘蟲燈的高度對捕食效果有較大的影響[2]，所以需要調節(jié)捕蟲燈的高度，避免燈過高捕食不到飛蟲或者過低被作物遮擋，而影響誘蟲燈的捕蟲效率。因此，基于目前研究現(xiàn)狀的處理方案弊端進行改善，優(yōu)化設計了一種具有伸縮支架的生態(tài)稻田飛蟲捕捉裝置，該設計裝置的主要核心是將傳統(tǒng)的一體化底架桿拆分成固定桿和調節(jié)桿兩大部分，可以便捷地調節(jié)架體高度，從而達到根據(jù)生態(tài)稻田中的作物高度調節(jié)捕蟲燈及捕蟲電網(wǎng)的高度來提高捕蟲效率。

1 優(yōu)化方案的具體要求

基于目前研究現(xiàn)狀的處理方案弊端，本文優(yōu)化設計了一種具有伸縮支架的生態(tài)稻田飛蟲捕捉裝置，該方案的最大優(yōu)勢是機械可伸縮的底架桿能在稻苗生長的各個時期達到最高效率地捕殺蚊蟲，由太陽能和風能提供夜間誘蟲燈和電網(wǎng)所需的能源，保證能源的清潔環(huán)保，并且在捕蟲網(wǎng)內部結構作出了一定的補充完善。使結構設計裝置達到合理化，更好的解決生態(tài)稻田魚蟹的飛蟲問題。

由于稻田魚蟹生態(tài)系統(tǒng)每年會有大量的爛魚蟹，如何利用魚蟹的氣味來吸引更多的害蟲進入捕蟲電網(wǎng)。因此在設計時，在捕蟲電網(wǎng)內部設計一個小網(wǎng)格來放置爛魚蟹。

調節(jié)桿件在固定桿中的高度固定。在固定桿兩側側壁設計了兩排等距離的調節(jié)槽和抵接塊，而在調節(jié)桿上設計了同樣距離的通孔，通過簡單的螺栓連接，來達到調節(jié)高度的目的。

減小調節(jié)桿和固定桿在調節(jié)過程中產(chǎn)生的摩擦，延長使用壽命。在調節(jié)桿一側設計了滑輪導軌，兩桿之間上下滑移。不僅方便省力，而且大大延長了桿的使用壽命。

調節(jié)桿和固定桿之間留有一定空間的縫隙。在臺風地區(qū)或者風大的時候容易晃動，因此設計了滑動連接于調節(jié)桿上方的滑塊和固定于調節(jié)桿側壁的撥塊，在二者的共同作用下，可以增強調節(jié)桿的穩(wěn)定性，從而提高飛蟲捕食效率。

由于調節(jié)桿上端架有捕蟲電網(wǎng),太陽能電池板等，對桿的強度要求很大。通過調查后發(fā)現(xiàn)：上海沿海地區(qū)最大風速為28.4m/s[3]。

標準狀態(tài)下風壓W=v^2/1600=500N/m；國內常用304不銹鋼在常溫下的最大許用應力為137 MPa；由32W/πd^3小于等于137 MPa可計算伸縮桿的直徑為34 mm。

2 結構優(yōu)化設計方案

2.1 生態(tài)稻田魚蟹飛蟲捕食裝置的總體設計

該機械裝置外型是由架體的調節(jié)桿和固定桿兩部分組成，如圖1所示。調節(jié)桿頂端包含了幾乎所有傳統(tǒng)飛蟲捕食的核心裝置，包括誘蟲燈、捕蟲電網(wǎng)、太陽能電池板和與蓄電池相連接的風力發(fā)電機[4]四部分，通過太陽能電池板和風能發(fā)電機轉換的電能儲存在蓄電池中，供捕蟲燈和捕蟲電網(wǎng)使用。該裝置下方是本論文的重點優(yōu)化部分，通過調節(jié)桿，固定桿以及它們之間的調節(jié)組件共同構成了桿的高度調節(jié)機制。

圖1 生態(tài)稻田魚蟹飛蟲捕食裝置

2.2 捕蟲電網(wǎng)的結構優(yōu)化設計

為了充分利用生態(tài)系統(tǒng)中的魚蟹資源，設計捕蟲電網(wǎng)設置為內外兩層，如圖2，內外兩側捕蟲電網(wǎng)之間設置有供魚蝦放置的誘捕網(wǎng)格，誘捕網(wǎng)格與電網(wǎng)之前為普通的螺栓連接,如圖3所示。當飛蟲受到爛魚蟹的氣味吸引飛向電網(wǎng)后擊落。這一簡單的裝置不僅使爛魚蟹廢物利用，也增加了捕殺飛蟲的效率。

圖2 捕蟲電網(wǎng)整體結構

圖3 捕蟲電網(wǎng)局部

2.3 架體結構設計

由于架體優(yōu)化的最主要功能是能自由地調節(jié)高度。所以用螺栓連接的方式來達到調節(jié)高度的目的。如圖4所示，在固定桿的側壁開設調節(jié)槽和抵接塊，而調節(jié)桿上開有通孔可以穿過螺紋，簡單的螺紋螺母連接便使得調節(jié)桿的高度得以固定。另外，為了避免在調節(jié)高度的過程中產(chǎn)生調節(jié)桿過重而費力的現(xiàn)象，設計中分別在調節(jié)桿的側壁和固定桿的側壁安裝有導軌和軌道，降低兩桿之間的摩擦力而延長該裝置的使用壽命。最后，考慮到調節(jié)桿與固定桿之間在風力較大的情況下產(chǎn)生的不穩(wěn)定性問題，在調節(jié)桿與固定桿有側隙的一端設計了滑塊與限位塊的組合結構，限位塊的寬度略大于側隙，這樣便很好地保證了底架的穩(wěn)定性。同時為了在調節(jié)的時候限制限位塊的滑移，在調節(jié)桿的側壁一定高度上安裝了兩個小撥塊和連接柱，可以使限位塊固定在該高度上，如圖5。

圖4 架體結構

圖5 限位塊與撥塊

3 設計總結

該設計與前人設計相比在架體桿的結構、功能、捕蟲裝置的誘蟲方式等方面進行了一定的改進和創(chuàng)新。首先突出了整體機械結構的方案設計及其需要解決的主要問題，裝置在設計上有一定程度的創(chuàng)新。但是還有部分問題需要進一步改進解決，如太陽能風能發(fā)電如何更有效地互補，魚蟹誘蟲如何達到更好的效果等。希望后續(xù)研究工作中能夠更加完善，將其更加智能化，使其設計節(jié)能有效，方便使用。