（光学工程专业论文）城市河道清淤机的研究与开发.pdf

摘要 摘要 传统的清淤机械设备大都是应用于港口、宽阔的河流、湖泊的大型设备，如 挖泥船、水上作业船、辅助船舶以及浮筒、管道等配套设备，而城市河道的清淤 一般偏向于断流清淤，其技术存在施工效率底、成本高、施工安全系数小，易造 成河水二次污染等缺点。针对以上城市河道清淤现状，提出设计一款小型、动力 充足、经济性好的小型清淤机。这个设计方案解决了城市河道清淤的低效、高耗 的特点，使清淤作业向高效、低耗方向发展，同时也实现了能量的合理利用，在 节能减排上具有重大意义。 本文所研究的城市清淤机的动力匹配，通过合理分配清淤机各部分的动力， 各部分在发挥最大功用的前提下，同时又合理利用发动机的能量。以实现在城市 河道水下作业的目的和要求。本文以清淤机的选型和动力分配为研究分析对象， 进行全方面的动力匹配，主要内容如下： 首先，根据清淤机的工作环境，设计清淤机的形状和各部件的构造，在此基 础上选用了合理的行走机构、清淤泵、液压系统、行走机构。仔细计算分析所需 功率，再依据国家标准选用合理的型号款式，达到清淤需要的动力。 其次，依据清淤设备所需动力，选用合适的发动机与其动力匹配，根据发动 机实际情况，改装原有的柴油机的布置结构，适合应用在清淤车中，进一步选择 合适的动力源与清淤泵、液压泵的传动过程。 最后，在合理进行清淤机的动力选择和匹配后，详细的对清淤机进行动力性 与燃油经济性计算分析。得出选用的柴油机与耗能部件的符合工作环境的要求， 同时也做到了动力的充分应用和发挥最佳的经济性能与工作效率。 关键词清淤机；行走机构；清淤泵；动力性计算；经济性计算；动力选择 j f 东人学硕十学伊论文 a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a lb r u i s e dm e c h a n i c a le q u i p m e n t sa l ea p p l i e dt op o r t ，w i d er i v e r s ， l a k e s ，e t c t h ee q u i p m e n t si n c l u d et h ed i g g i n gs a n ds h i p ，h o m e w o r k ，a n dt h ea u x i l i a r y s h i pa n db u o y , p i p ea n do t h e ra u x il i a r ye q u i p m e n t g e n e r a l l yc i t yr i v e r sa r eb i a s e di n w h i c hh a v en ow a t e r t h et e c h n o l o g ye x i s t st h a tt h ec o n s t r u c t i o nc o s ti n e f f i c i e n t ， s a f e t ys m a l la n de a s yt oc r e a t et h es e c o n dp o l l u t i o na n ds h o r t c o m i n g s t h e r e f o r ea s m a l l ，e c o n o m i c a la n da d e q u a t ep o w e ru n i ts h o u l db ed e s i g n e d t h ed e s i g nt h e s o l u t i o nt ot h ec i t yo nt h eb r u i s e do fi n e f f i c i e n t ，h i g hc o n s u m p t i o no fh o m e w o r kt o m a k ec l e a rb r u i s e de f f i c i e n t ，d e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no fr a t i o n a le n e r g yu s e ， t h er e d u c t i o ni ne n e r g yc o n s e r v a t i o ni so f g r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h ed y n a m i cm a t c hi ss t u d i e do nc i t yd r e d g i n gm a c h i n e ，w h i c hi n c l u d e st h e d i s t r i b u t i o no fd r e d g i n gm a c h i n ep a r t s ，s e c t i o n so ft h ew o r ki nt h eb e s tp a r to ft h e e n g i n e ，a n dr e a s o n a b l eu s eo fe n e r g y i ti st h ep u r p o s ea n dr e q u i r e m e n tt oi m p l e m e n tt h e w o r ki nt h ec i t y i nt h i sp a p e r , w ec a r r yo u tas e r i e so fs t u d i e so f d r e d g i n gm a c h i n ew i t h s i z i n ga n dp o w e rd i s t r i b u t i o n ，i n c l u d i n ga l la s p e c t so ft h ed y n a m i cm a t c h t h em a i n c o n t e n t si n c l u d et h ef o l l o w i n g ： f i r s t ，a c c o r d i n gt ot h ew o r ke n v i r o n m e n to fm a c h i n e ，i ti su s e da sar e a s o n a b l e w a l k i n gm e c h a n i s m ，d r e d g i n gp u m p ，h y d r a u l i cs y s t e mi nt h i sd e s i g nw i t hs h a p ea n d s t r u c t u r eo fe a c hc o m p o n e n t w h i c hs h o u l db ec a r e f u l l yc a l c u l a t e dt ot h er e q u i r e d p o w e r , t h e nar e a s o n a b l ec h o i c eb a s e do nt h em o d e ln a t i o n a ls t a n d a r dm o d e l s ，t h e p o w e rr e q u i r e dt od r e d g i n g s e c o n d ，b a s e do np o w e rd r e d g i n ge q u i p m e n tr e q u i r e d ，t h ea p p r o p r i a t ec h o i c eo f e n g i n e sw i t hp o w e rm a t c h i n g ，a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fm a c h i n e ，c o n v e r t i n g t h eo r i g i n a ll a y o u to ft h ed i e s e le n g i n es t r u c t u r e ，w h i c hi ss u i t a b l ef o ru s ei nd r e d g i n g t h ec a l , a n df u r t h e rs e l e c tt h ea p p r o p r i a t ep o w e rs o u r c ea n dt h ed r e d g i n gp u m p ，t h e h y d r a u l i cp u m po ft h et r a n s m i s s i o np r o c e s s 1 l f i n a l ，d r e d g i n gm a c h i n ea tar e a s o n a b l ec h o i c ea n dm a t c ht h ep o w e r , t h ed e t a i l a b s t r a c t c a l c u l a t i o no fd y n a m i ca n de c o n o m y , w eo b t a i n e d ：t h ed i e s e le n g i n ep o w e rm a t c h i n g c o m p o n e n t s ，b u ta l s ot h ef u l la p p l i c a t i o no fp o w e ra n dt h eb e s te c o n o m i cp e r f o r m a n c e k e yw o r d sd r e d g i n gm a c h i n e ，w a l k i n gm e c h a n i s m ，d r e d g i n gp u m p ，c a l c u l a t i o no f d y n a m i c s ，c a l c u l a t i o no fe c o n o m y , p o w e rs e l e c t i n g i i i c o n t e n t s c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i a b s t r a c t i l i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 】 1 1t h eb a c k g r o u n do f s u b j e c t 1 1 2c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to f d r e d g i n go p e r a t i o n 一2 1 2 1t h ed r e d g i n gd e v e l o p m e n to fd o m e s t i c 2 1 2 2t h ed r e d g i n gp r o f i l eo fa b r o a d 3 1 3d o m e s t i ca n df o r e i g ns u r v e yo fd r e d g i n gm a c h i n e 4 1 3 1t h ec u r r e n ts t a t e 。4 1 3 2t h ea p p l i c a t i o np r o s p e c t 7 1 4t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t 8 1 4 1t h ep r o p o s e ds c h e m e 8 1 4 2t h er e s e a r c hc o n t e n t 8 c h a p t e r2t h eo v e r a l ls t r u c t u r eo fc i t yr i v e r 1 0 2 1t h eo v e r a l ls t r u c t u r e 1 0 2 2t r a c kw a l k i n gm e c h a n i s m 1 2 2 2 1t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t r a c kw a l k i n gm e c h a n i s m 1 2 2 2 2t h ef o r ma n df u n c t i o no f t r a c kw a l k i n gm e c h a n i s m 1 3 2 2 3t h es e l e c t i o no rt r a c k 15 2 3t h et h e o r ya n da n a l y z i n ge f f i c i e n c yo f t r a c kw a l k i n gm e c h a n i s m 15 2 3 1d r i v i n gt h e o r y 1 5 2 3 2t h ep a r tf r i c t i o no fd y n a m i c s 16 2 3 3r o l l i n gr e s i s t a n c ea n di n f l u e n c i n gf a c t o r s 1 7 2 3 4a d h e s i o np r o p e r t ya n di n f l u e n c i n gf a c t o r s 18 2 3 5t h ee 伍c i e n c yo f t r a c kw a l k i n gm e c h a n i s m 1 9 2 4d r e d g i n gp u m p 2 u 2 4 1t h ef e a t u r eo f d r e d g i n gp u m p 2 0 2 4 2c h o o s i n gt h et y p e 2 l 2 5h y d r a u l i cs y s t e m z 2 2 5 1c h a r a c t e r i s t i ca n dc a t e g o r yo nh y d r a u l i cp u m p 2 2 2 5 2c h a r a c t e r i s t i ca n dc a t e g o r yo nh y d r a u l i cm o t o r 2 2 2 5 3d r a w i n gap l a n 2 3 2 6c o l l e c t i n ga g e n c i e so nt h em u dw i t hd r e d g i n gm a c h i n e 2 3 2 7b r i e fs u m m a r y ：z ! ； c h a p t e r3t h ed y n a m i cm a t c ho fr i v e rd r e d g i n gm a c h i n e 2 6 3 1t h e w o r k i n gp r o j e c t so f r i v e rs i l t m o v i n gm a c h i n e 2 6 3 1 1w o r k i n gp r o c e s s 2 6 1 1 1 山东大学硕十学伊论文 3 1 2p o w e rt r a n s m i t t i n gp r o c e s s 2 7 ：；2t h ec h o i c eo f p r i m em o v e r 。2 8 3 2 1t h ea s c e r t a i no f p r i m em o v e r 2 8 3 2 2r e f o r m i n gp l a n 2 9 3 3t h et r a n s m i s s i o nd e s i g no fd i e s e l ，d r e d g i n gp u m pa n dh y d r a u l i cp u m p 3 0 ：；z ib f i e fs u m m a r y 31 c h a p t e r4t h ep o w e ra n de c o n o m yo fd r e d g i n gm a c h i n e 3 2 4 1t h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo f e n g i n e 3 2 4 1 1t h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo f e n g i n e 3 2 4 1 2t h es p e e dc h a r a c t e r i s i t i c so f e n g i n e 3 3 4 1 3t h ee 伺f i c i e n c yo fd r i v et r a i n 。3 4 4 1 4t h ev e h i c l er e s i s t a n c e 3 5 4 1 5h y d r a u l i c s ：；6 4 2e c o n o m i ca n a l y s i so f t h ed r e d g i n gm a c h i n e 3 8 4 3b r i e fs u m m a r y 4 1 s u m m ya n de x p a n t a t i o n 4 ：2 r e f e r e n c e s 4 4 a c k n o w l e d g e m e n t 4 6 i v 第1 章绪论 1 1 选题的背景 第1 章绪论 近年来，随着我国经济持续高速发展，一些问题也日益明显，特别是水土流 失，江河湖泊淤积。导致河道行洪排涝不畅，调蓄容量减少，供水、抗旱涝能力 下降，航运萎缩，水质污染，水环境状况日趋恶化。据统计，“九五”期间我国洪 涝灾害所造成的直接经济损失达到几百亿元；特别是进入九十年代水患更是频繁 发生，仅1 9 9 8 年特大洪水造成的经济损失就达1 6 6 6 亿元，损失十分巨大，已严 重地影响和制约我国综合国力的持续发展i 。江河湖泊水环境的落后面貌已不能 适应我国社会经济快速发展和人民生产生活的需要。因此以清淤疏浚为重点，全 面开展水环境综合整治，已刻不容缓。 世界上已经有了用于大型江河湖泊清淤的各种不同的挖泥船，它们的技术已 经相当成熟，这些挖泥船工作效率高，极大地改善了水环境治理的现状。但是挖 泥船的制造成本很高，制造这样的一艘挖泥船所需成本高达上千万，而且它只能 应用在作用面积大的场合，对于中小型水域就爱莫能助了。中小型水域一般是指 县级及其以下的河道，包括乡级、村级和各类中小型排灌沟渠以城市中的小型湖 泊、农村的池塘等等。这些水域除有的担负水运任务以及水产养殖外，大多用作 水利排灌，有的还承担着生产与生活用水的供应。根据调查，目前我国许多省市 的中小型水域淤积现象已十分严重，给工农业生产及居民生活带来很大影响。仅 上海市1 0 个县区，县级河道已有6 0 淤积，乡级河道已有8 0 淤积，村级河道有 9 0 淤积，全市现有淤积土方量达6 0 0 0 万m 3 。每年尚有自然淤积量5 0 0 万m 3 以上。 上述情况在长江三角洲及两湖地区，已十分普遍，其他各省市的一些地区，也大 致相同，只是轻重程度略有差别而已。 目前对于中小型水域，主要的清淤方式是把其中的水抽干，直接在无水的情 况下，用挖掘机或清淤机进行清淤工作，这种工作方式需要使河流改道，有时还 不得不采用开挖临时河道的办法来解决，工程量既大又繁琐，而且还会使清淤目 东人学硕十。7 ：何论文 标在较长一段时间内不能进行工作生产，造成了一定的经济损失，所以这种工作 方式生产效率低，劳动强度大，方法原始，而且在很多情况下，由于河床地深、 地形的原因，而无法使用大型工程机械，进行机械化作业。这就迫切需要小型的、 动力性、经济性都好的中小型清淤机城市清淤机。 1 2 国内外河道疏浚工程施工技术发展 何为疏浚? 指的是为疏通、拓宽或挖深河湖及其他水域，用人力或机械进行 土石方开挖的工程。包括用水下爆破进行的炸滩、炸礁等。人工开挖的方法，一 般只适用于工程量小，可以断流进行施工的小河。机械施工通常广泛的应用挖泥 船，有时也可使用索铲等陆上施工机械【2 1 。 1 2 - 1 国内疏浚工程发展 我国河道疏浚历史已有千余年的记载，相传大禹治水就把疏导作为治河的重 要措施，曾有“鲧治水以障之，禹治水以行之 的传说：秦汉时期也有利用疏浚、 筑堤等措施用以行洪排涝的记载。宋神宗熙宁六年( 1 0 7 3 年) 朝廷设置“疏浚黄河 司) 9 9 才正式有了黄河疏浚的文献记载，发明了“铁龙爪 、“浚川耙”等河道疏浚 工具对黄河进行治理：随后的元、明、清历代都有关于黄河疏浚的完整记载，采用 的疏浚工具比较典型的有“撩清夫”、“混江龙 、“铁扫帚 、“翻泥车 、“九齿耙”、 “空心锨 等。光绪十五年( 1 8 8 9 年) ，山东巡抚订购了2 条法国制造的“铁管挖 泥船”，虽然试挖没有成功，却开了黄河流域采用机械挖泥船的先例。 新中国成立后，我国的港航疏浚业得到了快速发展1 9 5 3 年成立交通部航务工 程总局疏浚公司，这是新中国成立后第一个全国性的专业疏浚公司，负责国港口 航道和水利工程的疏浚。1 9 7 3 年，国家交通部投入巨资在荷兰、日本建造各种类 型的大型挖泥船，先后两次从荷兰i h c 公司进口了3 9 艘大中型现代挖泥船，包括 大型绞吸船1 6 艘、大中型耙吸船1 4 艘；同时在日本建造了4 6 艘不同类型的挖泥 船、打桩船、起重船，在较短时期内使得我国沿海港口码头和长江等内河航道的 疏浚能力得到显著提高。据有关资料报告，经过3 0 多年的发展，中港集团四大航 道局拥有各种类挖泥船和辅助船舶4 3 0 余艘，整个交通航道系统的年疏浚能力达 2 第1 章绪论 到2 4 5 亿立方左右【3 1 。 目前，国内己形成以交通、水利为主的两大疏浚实力群体，拥有各类挖泥船 和辅助船舶千余艘，潜力大，后劲足，且后续挖泥船的交付接连不断，但这大都 是大型河湖的疏浚设备。我国目前虽发明了河道水下清淤机，保证河道清淤期间 不停航、不停排、不停灌、不影响养殖、不影响交通、不影响旅游、不影响正常 供水，水下清淤技术逐渐取代断水清淤技术而应用于河道的清淤疏浚实践中，并 成为今后的发展方向【4 1 。 总之，我国的河湖疏浚业仍处于发展时期，无论过去还是现在，我国大规模 水运和水利建设一直是我国疏浚业发展的主要推动力，河道疏浚业应该大有可为。 1 2 2 国外琉浚工程简介 早在两千多年前古埃及就有开挖尼罗河到红海运河的记载。到1 6 6 0 年荷兰首 创链斗式挖泥船的雏形“泥碾船”获得成功，1 8 5 7 年美国首次研制成功莫尔茨将 军号自航吸扬式挖泥船，随后1 8 6 9 年荷兰也制造出吸扬式挖泥船，同年用于苏伊 士运河工程。 经过几个世纪的发展变化，世界上的疏浚工程设备的种类已基本稳定在机械 式和水力式两大类，即机械式挖泥船和水力式挖泥船。机械式挖泥船包括了抓斗 式、链斗式、铲斗式等，其作业特点是利用挖掘机具作周期性地挖泥、提升、装 驳、运送卸泥等作业，弃土基本呈半固态：水力式挖泥船主要包括绞吸式、耙吸式、 斗轮式、吸扬式等，水力式挖泥船的作业特点是依靠吸泥口前的刀具或高压水切 碎泥土、用高速离心泵抽吸泥浆、通过管道将水土混合物直接输送到岸上弃土场 或船舶泥舱内再自航运送到一定距离外的卸泥地点，弃土基本呈流态。水力式挖 泥船疏浚从切泥、泵吸、输送、排放具有连续作业的特点，同规格挖泥船的施工 效率要大大高于机械式挖泥船。因此，水力式挖泥船更适合于大型疏浚与吹填工 程的施工，并得到快速发展i5 1 。 3 ij i 尔大学硕十学伊论文 1 3 国内外城市清淤机发展现状及应用前景 1 3 1 发展现状 当今世界疏浚业已成为使用电子技术及计算机控制的技术密集性行业，目前 世界上用于疏浚最普遍的是挖泥船，其发展趋势是：“不断改善传统形式挖泥船的 性能，创造新形式的挖泥船，重视疏浚机具设备的研究开发，充分利用标准化设 备及船型，相对地降低挖泥船造价，广泛应用电子计算机技术，多样、多功能、 少污染、节能、高效、自动化发展。” 据1 9 8 8 年初资料介绍，美、荷等7 0 个国家和地区共有大型挖泥船2 5 8 2 艘， 较1 9 8 0 年增加1 1 3 。在向大型化发展方面，自航绞吸式挖泥船功率达2 0 2 3 0 k w ， 绞刀功率达4 4 1 0 k w 。耙吸式挖泥船舱容积达1 1 3 4 0 m 3 ，斗轮式挖泥船生产率达2 2 5 0 m 3 h ，最大的抓斗铲斗两用挖泥船抓斗容量3 8 2m 3 ，铲斗船最大斗容3 8m 3 。为 建造人工岛需要设计制造的8 0 0 0 m 3 h 耙吸式船，挖深可达7 5 m 。水陆两用推土 机的研制成功，在“o m a e z a k l ”港5 m 到l o m 水深下推松堆积硬粘土，工作2 9 0 天， 平均产量8 0 m 3 h ，在疏浚设备操作自动化方面发展很快，已有绞吸式真空释放阀、 挖槽剖面监测器、耙头绞车自动控制器、耙臂位置监测仪、绞刀自动控制器、耙 管自动控制器、链斗自动控制器、挖泥船定位显示系统等。随着施工区域的扩大 和任务的变化，出现了吸盘式、斗轮式、喷水挖泥船、喷射式、气动泵式、两栖 式、步移自升平台绞吸式、刮耙式、对开船体耙吸式及具有破冰能力的耙吸式等 各种新型挖泥船。 相对于国外疏浚机的发展概况，国内要落后一些，目前很多先进的挖泥船都 需要进口。但是也有很多我国自行研发的大型深水清淤机，例如，江阴市水利机 械施工工程有限公司生产的s s y a 型气动式深水清淤机，研究采用气举提升工作原 理，能疏浚深度1 卜1 2 0 m 、抽吸径向尺寸6 0 0 m m 以下的各种物料的清淤疏浚 机械设备，对沙和砾石的疏浚能力为2 7 8m 3 h ，对淤泥的疏浚能力为5 0 0m 3 h 6 。 以上提到的是用于大型江河航道的各种不同的挖泥船，对于挖掘和清除水下 4 第1 章绪论 大面积淤泥和流沙( 特别是较厚的淤泥层与流沙带) 是有效的，但是对于水域狭窄 和堤岸死角等处的清理却不是那么有力。因此开发中小型疏浚机用于大型疏浚机 无法作业的场所，显然是十分必要的。 根据工作装置、底盘和结构形式的不同，可将中小型清淤机分为以下几种类 型： 两栖式清淤机 s l q y 一3 0 型两栖式清淤机具有陆用单斗液压挖掘和水上挖掘双重特点。该机 以平底船作机体，边浮箱增大浮力，装有4 支由液压油缸控制的带有沼泽轮的支 腿，可同步或异步动作，以用作水上挖掘定位和仿照海龟式爬行。工作装置为液 压反铲，回转机构为转柱式，可将挖出的淤泥直接卸于岸边。当河较宽、水域面 积较大时，应二次倒运或配备泥驳。自备螺旋桨，可在水中自动航行转移工作场 地。该机主要用于中小型河道和灌排沟渠的开挖与清淤，沼泽地开挖、浚湖、挖 塘、清污等作业。 两栖绞吸式清淤机 。二 s l x q y 一4 0 型两栖绞吸式清淤机为液压式传动，操作轻便灵活，工作可靠。该 车具有绞吸挖泥船的特点，低接地比压的浮箱履带式结构。水洼两栖，可在路上、 沼泽地行驶，能白行出入水域和在水中浮航。机上装有定位机构，以实现工位改 变和定位。作业稳定，不用抛锚。作业时最小水深只要能保证绞吸头空间，即可 开始作业。该机可用于沼泽地河道开挖，排水沟及中小型河道的清淤和整治。可 解体装运。 该机主要性能参数：最大挖掘深度( 水面以下) 3 m ，最大挖掘宽度1 2 - - 1 3 m ， 最大排泥距离4 0 0 坍，工作臂角度7 2 。，泥浆泵扬程2 2 肌，爬坡能力1 3 。，浮 力3 5 t ，吃水深1 2 坍，机重2 9 t ，外形尺寸( l xb xh ) 1 4m x5 7 所x4 肌。 螺旋滚筒潜水式清淤机 a s l l 型螺旋滚筒潜水式清淤机由吸泥装置、输泥系统、行走机构、控制系统 4 部分组成。吸泥装置由潜水泥浆泵集泥器构成。行走机构由2 个螺旋筒组成，由 2 台电机分别驱动，通过正反旋转的组合，实现在淤泥中前进、横行、转弯等动作。 该机还具有良好的爬坡性能，可自行出入水域。螺旋滚筒在泥水中具有一定的浮 5 东人学硕十学俯论文 力，使机器底面保持一定的接地压力，使整机行驶稳定。工作时只需1 人在塘边 操作，通过控制系统，使清淤机自行潜入塘底，可边行走边收集淤泥。淤泥通过 泥浆泵送入浮于水面的输泥系统排出塘外，亦可加高( 厚) 岸坡。装上胶轮，该 机可在洼地短途人力移动，也可用其他机械拖曳。本机适用于鱼塘有水情况下清 淤，亦可用于水库、渠道等水域清淤。 主要性能参数：清淤能力2 0 m 3 h ，最小工作水深o 5 m ，行程8 m ，爬坡能 力2 4 。，机重3 4 0 k g ，主机外形( l b h ) 1 7 2 0 m m 1 5 2 0 m m 1 1 0 0 m m 。 输水管道清淤机 s q y - - 3 0 0 型输水管道清淤机利用有压气流，通过特制冲头管道中的水流携带 淤积物，使之排出管外。冲头有冲刷淤积物和自动行走两种功能。其行走功能是 通过尾端特设的喷孔喷射高速气流所产生的反作用力来实现的。该机配件包括柴 油机、空压机、行走车架、输水管组、绞盘等。本机适用于农田低压输水管、排 水管道的清淤，工矿污水管淤积物的清除，以及小口径竖井的洗井清淤等。主要 性能参数：清淤速度o 5 1 0 r e r a i n ，清淤长度o 8 0 m ，外形尺寸1 8 4 0 m m 1 1 3 0 m m 1 1 5 0 m m 。 机井清淤机 n j q 一1 2 0 型机井清淤机结构简单，重量轻，效率高，操作方便，节省人力。 主要用于农田机井、饮水井和工业用井清淤、清污，也可用于起重物料等。主要 性能参数：吸泥直径1 8 0 - - 5 5 0 m m ，卷扬机最大提升为l o k n ，外形尺寸l b h 1 3 4 0 m m 1 1 5 0 m m 1 1 5 0 m m 。 长臂自航式清淤机 长臂自航式清淤机一般是单斗反铲、液压操作，适用于河道、码头、水库、 塘坝清淤。 c h q y 一3 0 型长臂自航式清淤机的特点是臂长，普通河道能一次开挖成形，泥 土直接堆放两岸。该机操作方便，稳定性好，采用双浮箱，全封闭结构。驾驶室 发动机分开布置，工作平稳，能无极调速，转向灵活。效率较高，每小时可挖泥 4 5 脚3 。 6 第1 章绪论 水力挖泥机 水力挖泥机亦称水力机械化土方工程机械，由立式泥浆泵输泥系统、高压泵 冲泥系统、配电系统或柴油机系统组成。水力挖泥机的施工原理是模拟自然界水 流冲刷原理，借水力作用来进行挖土、输土、填土，即水流经高压泵产生压力， 通过水枪喷出一股密实的高速水柱，切割、粉碎土体，使之湿化、崩解，形成泥 浆和泥块的混合，再由立式泥浆泵及其输泥管吸送到堆土场。泥浆可用来填平低 洼地或圈堤筑坝【7 。 水力挖泥机结构简单，使用方便，可同时完成挖、装、运、卸、填、夯等多 道工序，因而具有工效高、施工不受天气影响等特点。在输距2 0 0m 以内、扬程 1 0 m 以下情况下每台班可挖土1 5 0 m 3 ，清淤2 5 0 m 3 。 可见，现今的中小型疏浚机大多是水上行进，不能自行出入水域，而且存在 需断航排水及适用范围有限等缺点。 1 3 2 应用前景 目前，国内已形成以交通、水利为主的两大疏浚实力群体，拥有各类挖泥船 和辅助船舶千余艘，潜力大，后劲足，且后续挖泥船的交付接连不断。虽然满足 大型河湖的疏浚设备我国有不少，但是用于城市河道的小型疏浚设备还有待补充 和发展。 河道疏浚业的发展也将进一步促进疏浚设备、疏浚技术的提高和疏浚市场的 规范化。港口建设，河道治理，航道疏浚，环保清污、吹填造地等这些关系国计 民生的建设项目，已成为我国国民经济发展中越来越重要的行业，各级政府和社 会集团必将更加高度重视、加大投入、规范市场；各疏浚企业也将在疏浚设备、 疏浚技术、管理技术上不断创新、不断完善，以适应现代疏浚市场生产经营的需 要。 我国的河湖疏浚业仍处于发展时期，无论过去还是现在，我国大规模水运和 水利建设一直是我国疏浚业发展的主要推动力，河道疏浚业应该大有可为。目前， 国内己形成以交通、水利为主的两大疏浚实力群体，拥有各类挖泥船和辅助船舶 千余艘，潜力大，后劲足，且后续挖泥船的交付接连不断。虽然满足大型河湖的 7 山东大学硕十学1 _ 7 ：论文 i i 疏浚设备我国有不少，但是用于城市河道的小型疏浚设备还有待补充和发展。该 清淤车的设计制造在很大程度上弥补了小型清淤设备技术缺口，集灵活、便捷、 高效于一体的清淤车实现了城市河道与部分自然河道清淤工作的j l l 页n 开展。 1 4 本文的主要研究内容 1 4 1 方案的提出 针对上面所说的情形，急需一种价格低廉，操作简单，体积小，工作安全可 靠，能够在水下连续作业，且便于维修和运输的小型清淤机。在国外已经有了类 似的设备技术，比如日本在1 9 8 7 年开始研制小型清淤机，1 9 9 0 年日本建设省近畿 技术事务所和日本电业株式会社机械制作所共同推出了一种经过试验改进后的潜 入式小型清淤机，并准备进行商业性生产，1 9 9 2 年已投入了使用，现在已很普遍。 我国在这方面的研究要落后好多年，最近几年相继有相同类型的产品报道见诸报 端，但技术相对落后，有的还无法真正投入实用，仅仅作为一种技术还处于研究 开发阶段【8 l 。因此，小型的清淤机械及配套设备被列为当前水利建设急需的设备及 技术。 水下小型清淤机的研究正是在这种背景下被提出来的，它是一种通过吸泥系 统、泥浆输送系统完成清淤任务的小型清淤机。这种小型清淤机应该做到在吸泥、 送泥时不引起环境的二次污染。小型清淤机的应用可使清淤过程不造成断航、断 流。同时还具有高效、节能、方便操作、劳动强度小，适应作业范围宽及低成本 等优点。 1 4 2 研究内容 本文以城市小型清淤机为研究平台，对清淤机每个部分的选型组合进行动力 计算分析，匹配各个部分所占用的动力分配，进而提高清淤机的动力性和经济性， 综合提高整机的性能。主要内容如下： ( 1 ) 清淤机的履带式行走机构的理论及效率分析，分析其所占用功率的大小， 对清淤机工作时所起到稳定机器的作用。 8 第1 章绪论 ( 2 ) 清淤机中的清淤泵和液压系统的选择，直接决定了机器的清淤能力。即 要做到节约能源，又能提高工作效率。 ( 3 ) 发动机的选择，要做到发动机的能量尽可能的利用，又要做到其经济性 良好。综合发动机、清淤泵、液压泵的传动系的设计，使其发挥最佳性能。 9 lj j 东人学硕十学位论文 第2 章城市河道清淤机的总体结构概述 2 1 总体结构介绍 设计的清淤机总体示意图如下 图2 1 清淤机总体不意图 清淤机由履带式行走机构、清淤泵、液压系统、淤泥搜集装置、发动机、机 体等部分组成。车顶由帆布或钢化玻璃制造，机体为铸铁制造。两侧设置扶梯， 均可以进入驾驶室。机体两侧和后方均设置可拆卸的盖板，以便检修。机体两侧 上方还安装有四个吊耳，以便清淤机能够用吊车吊装。前部淤泥搜集装置后方与 底盘相连，顶部由液压起升机构与机体上方相连，在淤泥搜集装置停止工作时， 可将淤泥搜集装置提升起来。淤泥搜集装置淤泥出口处与机体外的清淤泵入口用 软管相连，作为淤泥的输送管道。 机体上部布置图如下： 1 0 第2 幸城市河道清淤机的总体概述 驾驶位置 囵赢铷_ 图2 2 清淤机机舱顶布置示意图 驾驶室布置在机体上部的左侧，驾驶室前部为液压控制系统，并设有操纵杆。 驾驶室后方为散热窗，中间有挡板相隔，挡板后面有排气管，对应的右侧为堆积 仓，用来存放淤泥过滤装置过滤到的大型石块。为此在机体前部到堆积仓布置有 人行通道，其材料为钢板，上有花纹，起到防滑的作用。人行通道的右侧为进气 窗，由于发动机的布置进气管布置在车体右侧，排气管在左侧，所以将散热窗和 进气窗的布置成如图所示形式。进气窗前方设有加油口，可随时进行油料补给。 机体前方有前照灯，可在能见度较低的大雾和黑夜等恶劣工况下作业。机顶中间 为淤泥输送管，在机体内清淤泵的正上方有法兰接口与输送淤泥的软管相连，软 管由机体中间向后延伸，软管长度可直达岸边，将淤泥输送到岸上。 机体内部布置如下， ij i 东大学硕十学伊论文 图2 3 清淤机机舱内布置图 机体内驾驶室下方为液压油箱，为液压系统供油。机体内中间为发动机和清 淤泵，发动机与清淤泵之间设有离合器，可随时终止清淤泵的工作。发动机与液 压泵之间采用带传动，传动方案的设计将在后面章节介绍。机体内右前方设有燃 油箱，因此机项上部设有加油口。发动机后置有利于平衡车的重量。由于前部淤 泥搜集机构重量较大，所以如果在水下行走遇到大坑时容易导致翻车。这样发动 机的重量使整车重心居于行走机构中间，不致向前翻，增强了车辆的稳定性。 2 2 履带式行走机构 2 2 1 履带行走装置的特点 履带行驶系统包括车架( 或机架) 、行走装置和悬架三部分。车架是整车的骨 架，用来安装所有的总成和部件，使全车成为一个整体。行走装置是用来支持机 体，把动力装置传到驱动轮上的驱动转矩和旋转运动转变为车辆工作与行驶所需 的驱动力和速度。悬架是车架和行走装置之间互相传力的连接装置。 1 2 第2 章城市河道清淤机的总体概述 履带式与轮式行驶系统相比，有如下特点：一是支承面积大，接地比压小。 因此履带车辆适合在松软或泥泞场地进行作业，下陷度小，滚动阻力也小，通过 性能较好。二是履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥 较大的牵引力。三是结构复杂，重量大，运动惯性大，缓冲性能差，“四轮一带” 磨损严重，造价高，寿命短。因此履带车辆的行驶速度不能太高，机动性能也较 差。四是履带车辆还可在高温场地工作，加之其“低比压”、“大牵引力”的突出 优点是轮式车辆无法代替的。因此，在行走机构的选择上我们选择了履带式行走 机构。图2 4 为履带式行走机构示意图。 1 驱动轮2 链轨及履带板3 支重轮4 托链轮5 张紧装置6 导向轮 图2 - 4 履带式行走机构示意图 2 2 2 履带行走装置的组成和功用 履带行走装置一般由行走架、导向轮、履带张紧装置、托链轮、支重轮、履 带总成以及驱动轮等组成，左右两条履带包绕在上述四种轮子之外，由张紧装置 张紧，直接与地面接触。驱动轮驱动履带绕四种轮子转动，不直接在地面上滚动。 导向轮是张紧履带，并引导它正确卷绕。若干个支重轮在履带轨面上滚动，传递 垂直载荷给履带。托链轮支持着履带的上半边，以使之不下垂，并可减小其上下 振动。上述四种轮子和张紧装置，除驱动轮外都集装在一个轮架( 即台车架，也 称履带架) 上，从而形成一个台车。每辆履带车辆都有左、右