莲藕是种植面积最大的水生蔬菜,但目前莲藕采收难度大、成本高,因此开发实用的莲藕采收机械具有广阔的市场前景,而莲藕采收机的设计离不开性能参数的选择。本文首先对莲藕的力学特性进行了系统研究,并对莲藕水力式采收的影响因素——水泵功率、喷头形状、射流方向、冲刷时间、土壤条件、靶距等进行了理论分析,在此基础上设计了一套水力式莲藕采收试验平台,实现了喷头移动幅度、喷射角度和喷头安装间距在一定范围内可调,同时开展了对应的控制系统设计,可控制喷头前后、左右自动往复运动及自动停止等动作。利用试制的试验平台开展试验,探究了喷头形状、喷头直径、喷头安装角度、水流量、流速及冲刷时间等因素对水力冲刷采收莲藕效果的影响。主要研究内容如下:(1)以湖北省广泛种植的“鄂莲5号”莲藕为研究对象,开展莲藕力学特性试验研究。分析了藕身的抗压强度、藕块的轴向和径向抗压强度、藕段的轴向抗压强度、藕身的轴向和径向压溃力等力学参数,及藕节拉伸特性和弯曲特性等力学特性。得出莲藕藕身材料具有各向异性的特点,且径向易受损,其径向抗压强度范围是2.22~2.90MPa,平均值为2.71MPa,因此设计试验平台水力部分时,喷头出水口水流作用在莲藕上的压强须小于2.22MPa。藕节Ⅰ、藕节Ⅱ、藕节Ⅲ的平均抗弯强度分别为1.337MPa、1.227MPa、1.153MPa,使藕节断裂所需的压力范围是84.466N~212.166N,因此必须保证水力采收莲藕机械装备喷头出水口的水流作用在藕节径向上的连续作用力不能超过84N。将藕节拉断所需拉力范围是351.366N~807.533N,因此必须保证水力采收莲藕机械装备喷头的出水口水流作用在藕节轴向上的连续作用力不能超过351N。轴向拉断力的最小值大于径向弯曲断裂力的最大值,说明对于藕节来说,更容易折断。以上研究可为莲藕水力采收装备设计关键参数选择提供参考。(2)分析了水力系统管路能量关系,研究了水泵功率、流量、扬程与射流冲击力之间的关系,并对莲藕水力式采收的影响因素——水泵功率、喷头形状、射流方向、冲刷时间、土壤条件、靶距等进行了理论分析,得出了水力参数之间的相互关系,为莲藕水力采收装备设计提供依据。(3)设计了一种可实现喷头的间距、安装角度、左右运动幅宽及速度、前后运动速度均可调且可单独自动控制的水力式莲藕采收试验装置。试验装置的喷头间距可调范围为120~300mm,角度可调范围为0~45°,左右运动幅宽可调范围为0~300mm,左右运动速度可调范围为0~480mm/s,前后运动速度可调范围为0~300mm/s。为探究喷头形状对水力冲刷效果的影响,设计了总长为80mm,入口直径为50 mm,出口面积为314 mm2,形状分别为圆形、正方形、长方形及椭圆形喷头。(4)设计了与水力式莲藕采收试验装置配套的控制系统,该系统能控制喷头的前后、左右自动往复运动及自动停止等动作。该控制系统采用AT89S52模块微处理器控制喷头往复时序,采用NE555的PWM调制电路实现电机调速,采用前、后触控开关实现喷头在制定距离内自动往复运动及自动停止,采用大功率驱动模块PCB驱动电机保证系统可靠性。(5)开展了莲藕水力采收试验装置的性能测试,确定了试验装置的正常工作状态。开展了喷头形状、安装角度、功率、喷头直径、冲刷时间对冲刷效果的单因素试验,试验结果表明:圆形喷头在安装角度为30°时冲刷效果最佳,当流量为24.25m3/h、喷头直径为30mm、喷头左右移动幅宽为220mm、冲刷往复次数为3次、冲刷时间为31.146s时可以将土壤坚实度为465.3kpa的藕田泥土冲刷至30cm深以上,且可将在泥下30cm深的莲藕冲起至水面,达到较好的采收效果。