【摘 要】
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滩涂贝类养殖是我国渔业的重要组成部分,采捕是滩涂贝类养殖生产的关键一环。目前我国滩涂贝类的采捕作业仍主要采用水力采捕的方式,为解决该方式对滩涂损伤严重、水土流失、贝类采捕选择性差、人工劳动成本高等问题,本文以滩涂养殖贝类为研究对象,通过振动采捕动力学分析、贝类离散元模型建立、仿真分析和试验验证等方法,完成了振动采捕设备设计研发。主要研究内容如下:（1）建立了贝类在振动筛上的动力学模型,推导出振动筛
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滩涂贝类养殖是我国渔业的重要组成部分,采捕是滩涂贝类养殖生产的关键一环。目前我国滩涂贝类的采捕作业仍主要采用水力采捕的方式,为解决该方式对滩涂损伤严重、水土流失、贝类采捕选择性差、人工劳动成本高等问题,本文以滩涂养殖贝类为研究对象,通过振动采捕动力学分析、贝类离散元模型建立、仿真分析和试验验证等方法,完成了振动采捕设备设计研发。主要研究内容如下:（1）建立了贝类在振动筛上的动力学模型,推导出振动筛上贝类向上滑动、向下滑动、跳跃等运动指数方程。分析了振动筛主要参数:曲柄长度、曲柄转速、振动筛筛面倾角和摆动方向角等贝类运动状态的影响,确定了振动筛的结构参数:曲柄长度r=0.01m,曲柄转速n=720rpm,第一层振动筛的筛面倾角α=11°,摆动方向角ε大于40°;第二层筛的筛面倾角α=8°,摆动方向角ε范围:35°～45°。（2）创建了贝类离散元仿真模型并进行标定。以菲律宾蛤仔为例,借助三维扫描技术获取蛤仔的轮廓,基于多球聚合模型对蛤仔轮廓模型进行填充,采用Hertz-Mindlin no slip接触模型建立蛤仔的离散元轮廓模型。通过静摩擦、堆积角、跌落等仿真和物理试验完成蛤与不锈钢、有机玻璃等接触材料之间的仿真接触参数标定工作,其中（a）当底板材料为不锈钢时,μ’r-pw-ss=0.34、μ’r-pp-ss=0.33、μ’r-pp-ss=1.25、μ’s-pw-ss=0.23、e’pw-ss=0.38、e’pp=0.32;（b）当底板材料为有机玻璃时,μ’r-pw-ac=0.17、μ’r-pp-ac=0.20、μ’r-pp-ac=1.12、μ’s-pw-ac=0.31、e’pw-ac=0.48、e’pp=0.32;（3）建立了滩涂仿真环境并导入振动采捕机构,完成滩涂贝类振动采捕仿真。通过单因素和响应面采捕仿真试验,发现到采捕机前进速度对采捕结果有显著影响,确定了采捕机仿真条件下关键结构参数:振动筛振幅1.4mm、螺旋滚动钢刷与主轴转速比32、前进速度9.9m/min、滚刷转速为18rpm;此外,得出滚刷的转速和振动筛筛面往复运动位移对蛤仔的采捕数量有显著影响,滚刷转速对蛤仔破碎率有显著影响。（4）试制了自走式滩涂贝类振动采捕样机,并在盘锦蛤蜊岗养殖区完成四角蛤蜊采捕验证试验。选择前进速度和主轴转速进行单因素采捕试验,结果表明:采捕机的主轴转速和前进速度对贝类的采捕质量和破碎率均有显著影响。确定了采捕机最佳运行参数范围:前进速度范围7～8m/min、主轴转速范围800～900rpm（振动频率:13Hz～15Hz）。采捕机单位时间作业面积约为0.06 hm~2/h、采捕效率约为400kg/h,贝类破碎率≤7.34%、含沙量≤0.49g、表面含泥率≤3.09%、选择性约为82%。通过对比振动采捕与水力采捕对采后滩涂的贯入力,发现振动采捕可疏松改良底质,降低板结度并减少表层底质流失,有利于保护滩涂贝类生态环境。该研究提出了一种滩涂贝类采捕新方法,试验确定了振动采捕结构和运行参数,为滩涂贝类振动采捕提供了技术支持。
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