李鵬艷，宋秋紅，張鑫宇，楊 帆

（上海海洋大學(xué)，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(diào)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(jìn)行改善，優(yōu)化設(shè)計了一種具有伸縮支架的生態(tài)稻田飛蟲捕捉裝置，該設(shè)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(diào)節(jié)桿兩大部分，可以便捷地調(diào)節(jié)架體高度，從而達(dá)到根據(jù)生態(tài)稻田中的作物高度調(diào)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(shè)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(jī)械可伸縮的底架桿能在稻苗生長的各個時期達(dá)到最高效率地捕殺蚊蟲，由太陽能和風(fēng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)作出了一定的補(bǔ)充完善。使結(jié)構(gòu)設(shè)計裝置達(dá)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(jìn)入捕蟲電網(wǎng)。因此在設(shè)計時，在捕蟲電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)計一個小網(wǎng)格來放置爛魚蟹。

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

減小調(diào)節(jié)桿和固定桿在調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的摩擦，延長使用壽命。在調(diào)節(jié)桿一側(cè)設(shè)計了滑輪導(dǎo)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(diào)節(jié)桿和固定桿之間留有一定空間的縫隙。在臺風(fēng)地區(qū)或者風(fēng)大的時候容易晃動，因此設(shè)計了滑動連接于調(diào)節(jié)桿上方的滑塊和固定于調(diào)節(jié)桿側(cè)壁的撥塊，在二者的共同作用下，可以增強(qiáng)調(diào)節(jié)桿的穩(wěn)定性，從而提高飛蟲捕食效率。

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

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)壓W=v^2/1600=500N/m；國內(nèi)常用304不銹鋼在常溫下的最大許用應(yīng)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案

2.1 生態(tài)稻田魚蟹飛蟲捕食裝置的總體設(shè)計

該機(jī)械裝置外型是由架體的調(diào)節(jié)桿和固定桿兩部分組成，如圖1所示。調(diào)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(fēng)力發(fā)電機(jī)[4]四部分，通過太陽能電池板和風(fēng)能發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)桿，固定桿以及它們之間的調(diào)節(jié)組件共同構(gòu)成了桿的高度調(diào)節(jié)機(jī)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

為了充分利用生態(tài)系統(tǒng)中的魚蟹資源，設(shè)計捕蟲電網(wǎng)設(shè)置為內(nèi)外兩層，如圖2，內(nèi)外兩側(cè)捕蟲電網(wǎng)之間設(shè)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(dāng)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?fàn)€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(jié)構(gòu)

圖3 捕蟲電網(wǎng)局部

2.3 架體結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于架體優(yōu)化的最主要功能是能自由地調(diào)節(jié)高度。所以用螺栓連接的方式來達(dá)到調(diào)節(jié)高度的目的。如圖4所示，在固定桿的側(cè)壁開設(shè)調(diào)節(jié)槽和抵接塊，而調(diào)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(diào)節(jié)桿的高度得以固定。另外，為了避免在調(diào)節(jié)高度的過程中產(chǎn)生調(diào)節(jié)桿過重而費(fèi)力的現(xiàn)象，設(shè)計中分別在調(diào)節(jié)桿的側(cè)壁和固定桿的側(cè)壁安裝有導(dǎo)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(diào)節(jié)桿與固定桿之間在風(fēng)力較大的情況下產(chǎn)生的不穩(wěn)定性問題，在調(diào)節(jié)桿與固定桿有側(cè)隙的一端設(shè)計了滑塊與限位塊的組合結(jié)構(gòu)，限位塊的寬度略大于側(cè)隙，這樣便很好地保證了底架的穩(wěn)定性。同時為了在調(diào)節(jié)的時候限制限位塊的滑移，在調(diào)節(jié)桿的側(cè)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(jié)構(gòu)

圖5 限位塊與撥塊

3 設(shè)計總結(jié)

該設(shè)計與前人設(shè)計相比在架體桿的結(jié)構(gòu)、功能、捕蟲裝置的誘蟲方式等方面進(jìn)行了一定的改進(jìn)和創(chuàng)新。首先突出了整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計及其需要解決的主要問題，裝置在設(shè)計上有一定程度的創(chuàng)新。但是還有部分問題需要進(jìn)一步改進(jìn)解決，如太陽能風(fēng)能發(fā)電如何更有效地互補(bǔ)，魚蟹誘蟲如何達(dá)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(shè)計節(jié)能有效，方便使用。