在提倡可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)今社會(huì)，生態(tài)型養(yǎng)殖模式將會(huì)越來越普及。為了維持生態(tài)環(huán)境，需要種植一些水草，尤其是河蟹養(yǎng)殖業(yè)，常常在水塘中種植伊樂藻等沉水性植物喂食河蟹，也為河蟹提供棲息處所。在長(zhǎng)三角地區(qū)，河蟹養(yǎng)殖面積很大，如上海崇明，江蘇的溧陽、南通、新沂、宜興，浙江的蕭山、諸暨等地，每個(gè)地區(qū)的河蟹養(yǎng)殖面積都在幾十萬畝(15畝=1hm2，下同)以上。由于河蟹養(yǎng)殖水域環(huán)境的特殊性，對(duì)蟹塘種植水草的高度和面積有一定要求，需要經(jīng)常進(jìn)行清理收割，水草栽種面積和高度尺寸的控制將直接影響?zhàn)B殖產(chǎn)量和效益。
目前，市場(chǎng)上有很多種類的水草收割設(shè)備。國(guó)外有多家水草收割機(jī)生產(chǎn)廠商，其中比較知名的有加拿大的Aquamarine公司，美國(guó)、英國(guó)、荷蘭、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)也有類似的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)也有多家企事業(yè)單位研制出多品種的水草收割設(shè)備，較具代表性的是山東青州市東方環(huán)保機(jī)械制造有限公司，該企業(yè)提供了多種類型的水草收割船。此外，上海海洋大學(xué)也成功研制出SGW1.2型水草收割船。
目前市場(chǎng)上的水草收割設(shè)備普遍存在成本高、體積大、搬運(yùn)困難等問題，無法適應(yīng)小而散、甚至是不規(guī)則的河蟹養(yǎng)殖池塘。因此，設(shè)計(jì)適應(yīng)這種特殊水域工作的小型水草切割設(shè)備是急需解決的問題。針對(duì)這種情況，可考慮利用河蟹養(yǎng)殖水域現(xiàn)有的船只，專門設(shè)計(jì)可安裝在船上的小型水草切割機(jī)。同時(shí)，因不同的河蟹養(yǎng)殖用戶，其使用的船只不同，割草面積也不同，因此水草切割機(jī)需要進(jìn)行個(gè)性化定制。筆者應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念，對(duì)小型水草切割機(jī)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)在保持各模塊功能一定的情況下，選用適合使用需求的模塊，組裝成滿足不同設(shè)計(jì)要求的個(gè)性化產(chǎn)品。
1 河蟹養(yǎng)殖業(yè)中的水草問題
水草在水產(chǎn)養(yǎng)殖中有著重要價(jià)值。水草既是養(yǎng)殖生物棲息、覓食、避敵的場(chǎng)所，又是食物中維生素、粗纖維和礦物質(zhì)的重要來源，還能進(jìn)行光合作用、釋放氧氣，促進(jìn)水和土壤中的養(yǎng)分肥料吸收、吸附部分有害物質(zhì)，對(duì)調(diào)節(jié)、凈化、穩(wěn)定和改善底層水質(zhì)有十分重要的作用。然而，養(yǎng)殖業(yè)中的水草也需要控制。以河蟹養(yǎng)殖為例，養(yǎng)殖池中水草覆蓋率一般保持在50%～70%。若水草覆蓋率過高，或局部水草密度過大，易造成局部缺氧、腐爛，反而形成污染，繼而引發(fā)蟹病。所以，及時(shí)清除水草在河蟹養(yǎng)殖過程中是十分重要的。
2 小型水草切割機(jī)的結(jié)構(gòu)特性
為保證小型水草切割機(jī)能夠在較小水域中平穩(wěn)工作，設(shè)備的體積、尺寸及質(zhì)量都應(yīng)當(dāng)遵循小型原則而設(shè)計(jì)，且要與水域中的現(xiàn)有小船匹配。該設(shè)備安裝在船上，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮適合便攜性(方便轉(zhuǎn)移性)、易于拆裝性、操作簡(jiǎn)便性等問題。
根據(jù)以上的設(shè)計(jì)要求，首先確定小型水草切割機(jī)的主要組成部分為；動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、切割裝置和機(jī)架。水草切割機(jī)總共有13個(gè)零件，包括刀片、偏心輪、軸承、刀盒、刀架、拉伸套筒、拉伸軸、左(右)外伸梁、左(右)槽鋼立臂、汽油機(jī)、汽油機(jī)支架。
小型水草切割機(jī)的模塊劃分產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)(modular design)是指對(duì)在一定范圍內(nèi)功能不同或功能相同但性能、規(guī)格不同的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析，并在此分析基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列的功能模塊，且通過模塊的選擇和組合可構(gòu)成不同的產(chǎn)品，來滿足市場(chǎng)不同需求的一種現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。本文基于接口約束關(guān)系的模塊劃分方法，采用定量的方式，對(duì)小型水草切割機(jī)進(jìn)行模塊劃分。
3.1 切割機(jī)零部件的接口關(guān)系
首先對(duì)切割機(jī)進(jìn)行功能分解，然后分析各零部件的接口情況。在同一功能分解路線上的零部件具有相同的功能目的，即實(shí)現(xiàn)同一功能。圖1為小型水草切割機(jī)的功能分解圖。
3.2 切割機(jī)零部件的接口約束值
切割機(jī)的接口約束值，可根據(jù)功能接口和幾何接口的具體相關(guān)度值，由式(1)求出。
其中，接口約束值越小，表示零部件之間接口依賴程度越小，功能也越趨獨(dú)立。圖2為切割機(jī)零部件的接口關(guān)系圖，ei表示該接口的約束值。
3.3 切割機(jī)的模塊劃分方案
零部件之間的接口約束關(guān)系值是模塊劃分的重要依據(jù)。從圖2中可以看出，分割集可以根據(jù)零部件之間的接口關(guān)系來確定，在每個(gè)分割集中，邊的最大值就是模塊之間的約束關(guān)系值。并可設(shè)置不同的閾值λ，對(duì)該模塊劃分方案進(jìn)行分析，從而選擇最合適的模塊劃分方案。
本設(shè)計(jì)的小型水草切割機(jī)，取閾值λ =0.65，得到5個(gè)分割集，這些分割集將切割機(jī)劃分成5個(gè)模塊:S1動(dòng)力機(jī)構(gòu)模塊，S2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊、S3執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊、S4執(zhí)行機(jī)構(gòu)支撐模塊、S5機(jī)架模塊。
鏈接：河蟹養(yǎng)殖池塘小型水草切割機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)（2）
