何光宇，繆 宏，鞏青松，高 鋒，李 爽，李孟麗

（1.揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院；2.揚(yáng)州華特鋁業(yè)環(huán)?？萍加邢薰荆K 揚(yáng)州 225128）

0 引 言

目前，在我國(guó)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(chǎng)較大等不足之處。因此設(shè)計(jì)一款合理、適應(yīng)性強(qiáng)的清淤裝置對(duì)于我國(guó)河道清淤工作具有重要的意義。

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

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合國(guó)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(jì)寬適應(yīng)高效環(huán)保清淤清浮疏浚機(jī)器裝置，如圖1 所示。

該裝置主要由機(jī)架、機(jī)身驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、清淤清浮機(jī)構(gòu)、防堵輸送機(jī)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(kuò)散、無法環(huán)保清淤的問題，為我國(guó)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(jī)身驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

清淤機(jī)器裝置機(jī)身驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jī)身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

本機(jī)構(gòu)采用2 個(gè)小型的軸流式推進(jìn)器，安置于機(jī)身中部?jī)蓚?cè)，保證運(yùn)行過程的平穩(wěn)性以及較好的動(dòng)力性，實(shí)現(xiàn)0.6 m/s 的預(yù)定前進(jìn)速度。機(jī)構(gòu)可實(shí)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(shí)現(xiàn)推進(jìn)器的360°回轉(zhuǎn)；前進(jìn)后退過程中，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪蝸桿帶動(dòng)中部?jī)蓚?cè)推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變運(yùn)動(dòng)方向，轉(zhuǎn)彎過程中，控制兩個(gè)推進(jìn)器推進(jìn)方向相反，實(shí)現(xiàn)設(shè)備圍繞中心的原地轉(zhuǎn)動(dòng)，解決轉(zhuǎn)彎半徑大的問題，提高設(shè)備對(duì)地形適應(yīng)性。機(jī)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(jī)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(shí)，旋轉(zhuǎn)浮體可繞活動(dòng)軸承迅速響應(yīng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，改變自身吃水深度，機(jī)身在自身重力的作用下保持水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程的穩(wěn)定性。

3 可變角度防擴(kuò)散同軸互逆螺旋式清淤清浮機(jī)構(gòu)

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

機(jī)構(gòu)采用同軸互逆螺旋式清淤鉸刀，清理淤泥時(shí)，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(kuò)散的作用，同時(shí)提高抽吸泵的效率；對(duì)淤泥層的清理采用液壓式關(guān)節(jié)臂，實(shí)現(xiàn)鉸刀的多角度變換作業(yè)；為了實(shí)現(xiàn)清淤清浮一體化，本機(jī)構(gòu)采用上下一體式清淤清浮機(jī)構(gòu)，在機(jī)身周圍水平位置布置吸口，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)構(gòu)

輸送機(jī)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(qiáng)度，內(nèi)外壁阻尼較低，增強(qiáng)了管路的柔性與強(qiáng)度，防止堵塞和爆管；本機(jī)構(gòu)采用可將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)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(jì)，可達(dá)到清淤最小回轉(zhuǎn)半徑≤1 m、污染物擴(kuò)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(jī)構(gòu)功能性單一，易造成二次污染的問題，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。