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基于力学特性的蛤仔采捕机械关键技术解析与创新研究

一、引言

1.1研究背景与意义

蛤仔，属帘蛤科，常见的有菲律宾蛤仔和杂色蛤仔，生活于近河口沿岸和潮间带浅泥沙滩。作为中国重要的养殖经济贝类，其年产量超过3×10?t，占世界总产量的90%，在水产养殖领域占据重要地位。中国蛤仔养殖产业规模逐年扩大，在山东、江苏、浙江、福建等沿海地区广泛分布。这些地区凭借适宜的气候、优质的水质以及丰富的饵料资源，为蛤仔生长创造了优良条件，成为蛤仔的主要产区，为市场供应大量优质产品。据中经数据显示，2019-2022年期间，海水养殖贝类产量逐年递增，从2019年的吨增长至2022年的吨，增长率显著，而蛤仔在其中贡献突出。

目前，蛤仔采捕环节主要依赖人工，常见的传统采捕方式有脚踝式、刨土式和耙取式。脚踝式是在滩涂浅水区域，人通过踩气泡周围沙土使贝类受激钻出后人工收集，如东“海上迪斯科”旅游项目就采用这种采捕方式；刨土式适用于贝类稀少的自然生长区，人工手持刨铲，根据金属刨铲与贝类接触发出的“吱吱”声来判断并采捕；耙取式则多用于贝类分布较多的养殖区，多人手持多齿耙并排耙土，沙土漏出而贝类留下再由人工捡起。但这些传统采捕方式存在诸多弊端，劳动强度极大，作业效率低下，且受潮汐时间限制，作业人员需早起赶夜，运输时还存在人货混装的安全隐患。同时，随着从业人员老龄化加剧，用工荒问题日益严重，严重制约了蛤仔养殖产业的进一步发展，因此，实现蛤仔采捕机械化迫在眉睫。

采捕机械化对于蛤仔产业发展意义重大。高效环保的采捕装备是实现贝类生产规模化、专业化和商业化的重要保障。机械化采捕能够大幅提高采捕效率，降低人力成本，解决用工荒问题，从而提高养殖生产效益。例如南通地区开展的滩涂贝类采捕机械作业试验，结果显示两款机具作业效率均高于人工作业效率20倍以上。而且机械化采捕还能减少对蛤仔的损伤，提高产品质量，有助于推动产业向标准化、现代化方向迈进，促进区域经济发展。此外，合理设计的采捕机械能够减少对滩涂底层生态环境的扰动和破坏，实现可持续发展。

对蛤仔力学特性测试与采捕机械关键问题的研究，能为采捕机械的设计研发提供关键技术支持。通过研究蛤仔的力学特性，如形态性状与质量性状的关系、休止角、静滑动摩擦系数和准静态压缩强度等，可以为采捕机械的排苗机构、输送装置等部件的设计提供准确参数，优化机械结构，提高采捕效率和蛤仔成活率。同时，解决采捕机械在行走、避障、动力匹配等关键问题，能够提升采捕机械的性能和适应性，推动蛤仔采捕机械化的广泛应用，促进行业技术进步，使蛤仔养殖产业在高效、可持续的道路上健康发展，更好地满足市场对蛤仔产品的需求，提升产业整体竞争力。

1.2国内外研究现状

国外对于蛤仔力学特性和采捕机械的研究起步较早。在力学特性方面，一些学者运用先进的材料测试技术和力学分析方法，深入探究了蛤仔在不同环境条件下的力学响应机制。如通过高精度的微观力学测试设备，分析蛤仔壳体材料的微观结构与力学性能之间的关联，揭示其在抗压、抗拉伸等方面的特性。在采捕机械领域，研发出多种类型的采捕设备，像拖耙采捕机、旋齿采捕机等。美国在纳拉干海湾使用摇椅拖耙采捕机进行硬蛤采捕，单机日产量为1.0-1.4m3；日本研制的滚筒旋齿采捕机，能通过旋齿挖掘并经传动筛去除泥沙和幼贝后将贝类送入尾网。这些采捕机在实际应用中，显著提高了采捕效率，但也存在一些问题，如对海底生态环境扰动较大，容易破坏海底的生物群落结构和生态平衡。

国内对蛤仔力学特性和采捕机械的研究也在逐步开展。在力学特性研究上，刘文博等人针对菲律宾蛤仔幼苗，分析了形态性状（壳长、壳高、壳宽）与质量性状（活体质量）的相关性，结果表明形态性状与质量性状呈极显著相关，壳长对质量性状的直接影响作用最大，作用系数为0.536，壳高对质量性状的间接影响作用最大，作用系数为0.561；还测定了不同规格蛤苗的休止角以及与不同接触面材料的静滑动摩擦系数，发现休止角随着蛤苗规格的增大而增大，最大值为39.66°，蛤苗规格越大，静滑动摩擦系数越小，其中大苗与不锈钢板的静滑动摩擦系数最小，为0.26。在采捕机械方面，南通等地开展了滩涂贝类采捕机械作业试验，试验的贝牧10BCZ-65A型自走式滩涂贝类采捕机和淳泰1300型自走式滩涂贝类采捕机均通过了江苏省农业机械试验鉴定，且安装了智能导航、监测设备，可实现路径自动规划，作业面积、作业时间、作业效率、作业深度监测等功能，作业效率均高于人工作业效率20倍以上。

然而，当前研究仍存在一些不足。在力学特性研究中，对于蛤仔在复杂海洋环境下的动态力学特性研究较少，例如在海浪冲击、潮汐变化等动态载荷作用下，蛤仔的力学响应规律尚