寬適應(yīng)高效環(huán)保清淤清浮疏浚機器裝置設(shè)計

何光宇，繆 宏，鞏青松，高 鋒，李 爽，李孟麗

（1.揚州大學(xué)機械工程學(xué)院；2.揚州華特鋁業(yè)環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 揚州 225128）

0 引 言

目前，在我國港口、航道、內(nèi)河以及湖泊清淤工程中，主要采用河道排干清淤以及抓斗式、泵吸式、鉸吸式清淤等方式。分析其方法技術(shù)使用方面，發(fā)現(xiàn)存在清淤船等清淤設(shè)備體積過大、不適合小型水域作業(yè)、清淤裝置清淤過程流場較大等不足之處。因此設(shè)計一款合理、適應(yīng)性強的清淤裝置對于我國河道清淤工作具有重要的意義。

本文設(shè)計一種寬適應(yīng)高效環(huán)保清淤清浮疏浚機器裝置，從清淤疏浚機器防絞機身驅(qū)動結(jié)構(gòu)、清淤清浮機構(gòu)、防堵輸送機構(gòu)出發(fā)，解決現(xiàn)階段清淤疏浚機器本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、環(huán)保清淤關(guān)鍵技術(shù)等難題，提高清淤疏浚智能機器在各種環(huán)境下的適用性。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合國內(nèi)外清淤疏浚船只的核心技術(shù)發(fā)展，從符合小規(guī)模環(huán)保清淤的角度入手，研究清淤清浮裝置工作的可靠性與適應(yīng)性，設(shè)計寬適應(yīng)高效環(huán)保清淤清浮疏浚機器裝置，如圖1 所示。

該裝置主要由機架、機身驅(qū)動系統(tǒng)、清淤清浮機構(gòu)、防堵輸送機構(gòu)等部分組成，經(jīng)過協(xié)同優(yōu)化，解決現(xiàn)有清淤造成的二次污染擴散、無法環(huán)保清淤的問題，為我國水資源的保護(hù)提供可靠的技術(shù)支持。

2 自平衡可原地回轉(zhuǎn)式防絞機身驅(qū)動機構(gòu)

清淤機器裝置機身驅(qū)動機構(gòu)主要由推進(jìn)系統(tǒng)、自平衡系統(tǒng)以及電氣設(shè)備控制系統(tǒng)組成，機身結(jié)構(gòu)簡圖如圖2 所示。

本機構(gòu)采用2 個小型的軸流式推進(jìn)器，安置于機身中部兩側(cè)，保證運行過程的平穩(wěn)性以及較好的動力性，實現(xiàn)0.6 m/s 的預(yù)定前進(jìn)速度。機構(gòu)可實現(xiàn)原地回轉(zhuǎn)的推進(jìn)系統(tǒng)，采用渦輪蝸桿式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)推進(jìn)器的360°回轉(zhuǎn)；前進(jìn)后退過程中，通過電機驅(qū)動渦輪蝸桿帶動中部兩側(cè)推進(jìn)器實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，改變運動方向，轉(zhuǎn)彎過程中，控制兩個推進(jìn)器推進(jìn)方向相反，實現(xiàn)設(shè)備圍繞中心的原地轉(zhuǎn)動，解決轉(zhuǎn)彎半徑大的問題，提高設(shè)備對地形適應(yīng)性。機構(gòu)自平衡結(jié)構(gòu)，采用浮筒與可旋轉(zhuǎn)浮體相配合結(jié)構(gòu)，浮筒用來平衡前置清淤機構(gòu)的重力以及抽吸造成的不平穩(wěn)性，當(dāng)設(shè)備發(fā)生傾斜時，旋轉(zhuǎn)浮體可繞活動軸承迅速響應(yīng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，改變自身吃水深度，機身在自身重力的作用下保持水平，實現(xiàn)設(shè)備運行過程的穩(wěn)定性。

3 可變角度防擴散同軸互逆螺旋式清淤清浮機構(gòu)

清淤清浮機構(gòu)由清淤鉸刀、抽吸泵以及關(guān)節(jié)臂組成，結(jié)構(gòu)簡圖如圖3 所示。

機構(gòu)采用同軸互逆螺旋式清淤鉸刀，清理淤泥時，互逆螺旋式結(jié)構(gòu)可保證被破碎的淤泥順著鉸刀槽集中到中間，起到防擴散的作用，同時提高抽吸泵的效率；對淤泥層的清理采用液壓式關(guān)節(jié)臂，實現(xiàn)鉸刀的多角度變換作業(yè)；為了實現(xiàn)清淤清浮一體化，本機構(gòu)采用上下一體式清淤清浮機構(gòu)，在機身周圍水平位置布置吸口，實現(xiàn)對水面浮萍的清除作業(yè)。

4 低阻尼自浮式可快速鎖緊防堵輸送機構(gòu)

輸送機構(gòu)主要由表面浮體材料、柔性管道以及連接裝置組成，管路結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

管道采用PEN 纖維織物，具有一定的柔性和強度，內(nèi)外壁阻尼較低，增強了管路的柔性與強度，防止堵塞和爆管；本機構(gòu)采用可將旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動力矩的壓緊裝置，輔以帶可伸縮卡爪的螺旋彈簧限位式智能自動鎖緊機構(gòu)，實現(xiàn)輸送管道與輸泥泵快速鎖緊的目的。

5 結(jié) 語

通過本設(shè)計，可達(dá)到清淤最小回轉(zhuǎn)半徑≤1 m、污染物擴散范圍≤1 m3，能有效解決清淤疏浚器械存在環(huán)境適應(yīng)能力差、工作過程平穩(wěn)性不足、清除機構(gòu)功能性單一，易造成二次污染的問題，具有重要的社會和經(jīng)濟意義。