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摘要在当今日趋严重的环境污染的形势下，为了解决一般水面垃圾的打捞问题，设计了一种水面垃圾自动打捞船。为减小船的阻力，船体采用左右双体结构，船以蓄电池供电，分别驱动直流电动机和马达，马达驱动船的前进与转向，电动机通过减速器的减速后，分别通过带传动驱动打捞传送链和过渡链轮，打捞传送链把垃圾从水面运到垃圾储存仓，如果垃圾储存仓装满了后，可以用人工将其倒入船体中，而过渡链轮通过链传动驱动锥齿轮的主动轴，动力通过锥齿轮减速器驱动收集装置。从而完成垃圾的打捞，它的主要特点是能用左右收集轮双向伸缩回转，将垃圾集中到双船体的中间，运送机构再将垃圾从水面运到双船体的垃圾储存仓，垃圾储存仓将垃圾中的水排出，减少了垃圾的体积与重量，水面垃圾清理船结构设计合理，运行机动灵活，操作简单可靠，使用范围广，制作成本低，有着良好的应用前景和推广价值。装置通过制作装配调试，完全能够顺利的完成水面垃圾自打捞作业。关键词船体收集装置打捞装置ABSTRACTWITHTHEINCREASINGLYSERIOUSSITUATIONOFENVIRONMENTALPOLLUTIONINTODAY，INORDERTOSOLVETHEGENERALPROBLEMOFWATERWASTESALVAGE,IDESIGNEASURFACEAUTOMATICALLYREFUSESALVAGESHIPINORDERTOREDUCETHERESISTANCEOFSHIP,THEBOATUSEDCATAMARANAROUNDTHESTRUCTURE，THESHIPSPOWERISSUPPLIEDBYTHEBATTERY,ANDMOTORDRIVENANDDCMOTORRESPECTIVELY，SHIPISSHIFTEDFORWARDISDRIVENBYTHEMOTOR，AFTERTHESPEEDREDUCEOFMOTOR，WEDRIVESALVAGETRANSMISSIONSPROCKETCHAINANDTHETRANSITIONTHROUGHTHEBELTSDRIVENREFUSETOSALVAGETRANSMISSIONCHAINFROMTHESURFACEOFTHEWATERSTORAGEPOSITIONTOREFUSE,IFTHESTORAGEWAREHOUSEFILLEDWITHJUNK,THEYCANBEMANUALLYPOUREDINTOTHEHULL,ANDTHETRANSITIONTHROUGHTHECHAINDRIVESPROCKETDRIVEBEVELGEARSHAFTOFTHEINITIATIVE,POWERTHROUGHTHEBEVELGEARREDUCERDRIVENCOLLECTIONDEVICEREFUSETOCOMPLETETHESALVAGE,ANDITSMAINCHARACTERISTICISTHATTHECOLLECTIONCANBEABOUTTURNINGROUNDATWOWAYFLEXIBILITY,THELITTERINTOTHEMIDDLEOFDOUBLEHULL,TRANSPORTINGBODIESFROMTHEWATERANDTHENREFUSETODOUBLEHULLSTORAGEWAREHOUSEREFUSE，REFUSESTORAGEWAREHOUSEINTHELITTERFROMTHEWATER,REDUCINGWASTEVOLUMEANDWEIGHT,SURFACESHIPSTRUCTURALDESIGNOFREFUSEREMOVALREASONABLE,FLEXIBLEOPERATION,SIMPLEANDRELIABLEOPERATION,THEUSEOFAWIDERANGEOFPRODUCTIONCOSTSLOW,HASGOODPROSPECTSANDPROMOTIONOFTHEVALUEOFAPPLICATIONSDEVICECOULDCOMPLETEDTHETHESALVAGEOPERATIONOFSURFACELITLERWHILEITDEVICETHROUGHTHEPRODUCTIONOFTHEASSEMBLYDEBUGGINGKEYHULLTHEDEVICEOFCOLLECTIONTHEDEVICEOFSALVAGE目录摘要1ABSTRACT2第1章绪论411选题背景和意义412毕业设计的现状及特点分析5第2章船体的设计721船体的结构设计722船体的材料及尺寸设计8第3章原动件的设计931蓄电池的选择932电动机的选择1033马达的选择10第4章中间部件的设计1241蜗杆减速器的设计12411参数选择12412传动装置总体设计12413电动机的选择13414、运动参数计算14415传动零件的设计计算15416、蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计18417蜗轮轴的校核22418箱体的结构形式和材料24419铸铁箱体主要结构尺寸和关系254110键等相关标准的选择2542带传动的设计2643链传动的设计2744轴的设计2851收集装置的设计3052打捞装置的设计31致谢33第1章绪论11选题背景和意义随着我国经济的快速发展，公共设施及旅游区的建设力度不断大，小区、广场的公共设施的建设力度也在不断地增大。由于陆地上的垃圾随风飘散，或者由于公民、游客的素质问题，在大的广场、公园、风景区的水面上中随时可以见到飘浮的白色垃圾。这些垃圾比较分散，打捞难度比较大。用竹竿打捞范围太小，开小船进去又费时费力。针对这一问题，发明了一种用于水面的垃圾清理船，就为我们提供水资源的长江来说吧，这条中华民族赖以生存的母亲河受到越来越严重的污染，据统计，近年来长江干流一般年份的漂浮物来量为1020万立方米左右，不仅严重污染了长江、影响了三峡的美好风光，更是对船闸安全运行构成了严重的威胁特别是在小三峡地段，那里的垃圾壮观的简直是令人骇然。大片大片的垃圾漂浮在水面上，覆盖了整个河道，连船都无发前进。虽然这些垃圾中有不少是枯树枝，但除去褐色部分人为垃圾的量也是惊人的。白色部分就是漂浮在江上的泡沫塑料，还可清晰的看到绿色红色的塑料包装。特别是今年9月份以来，水上漂浮物造成了葛洲坝船闸32次运行程序中断为最，直接威胁着过往旅客和船舶的生命财产安全。据悉在长江三峡库区，每天要清理漂流物高达100吨，清漂工作关系到长江水质、关系到航运畅通，更关系到大坝安全，库区负责清漂的环卫部门曾经设想有朝一日能够让清漂船达到标准化作业，垃圾规范处理，实现对漂浮物的全自动跟踪。该船主要适用于河流湖泊等水面垃圾的清理收集，可有效的保证水域环境的整洁与美观，对营造绿色的生存环境有着重要的意义和积极的作用，水面垃圾清理船的推广和使用，可实现水面垃圾清理的机械化与自动化，极大的提高水面垃圾清理效率和作业质量，同时又起到对水面环境的维护保障功能。，与水面垃圾的人工打捞相比，极大地提高了工作效率，它的使用对减小水面的污染有着积极的意义。毕业设计（论文）专用纸512毕业设计的现状及特点分析水面漂浮物打捞船采用成熟的技术、简单的结构和巧妙的方法，可以自动地把其快速行进所到之处的水面漂浮物和半漂浮物打捞到船上，整个打捞过程无需人工参与，安全性非常好，效率大约是人工打捞的几百倍，水面越大、风浪越大效果越显著。据报道韩国海洋水产部在2000年投资235亿韩元（1美元约合1170韩元），委托韩国海洋研究院开发一种能在浅滩和港口进行垃圾清除作业的垃圾打捞船。最近，这种海上垃圾打捞船已建造完成，并通过了性能试验。这艘名为“海洋清扫号”的垃圾打捞船为平底船，长30M、宽10M、高23M，可在水深只有两米的浅滩和港口清除漂浮垃圾。船上装有臂长达20M的“多关节”抓铲，可打捞水深为15M的滩底沉积垃圾。船上的钩状收集机可用于收集水中的渔网及渔具。船舱还可容纳40吨垃圾，这些垃圾可被船载的宽体切割机切割分解。横浜港湾空港技术调查事务所的海洋环保型船“BAYCLEAN”号船是用于回收清扫海面垃圾兼溢油回收船，为提高作业效率采用双船体。船首双体的上部为居住区，双体中央部设有回收垃圾用的翻斗，装备了垃圾集装箱和海上流木等起吊用悬臂吊车4节液压升缩型、作业半径123M。双船体尾部设油回处装置，由油回收器、油回收泵、油水分离柜、送油泵组成。总长325M，双体最大宽116M，单体宽4M，型深43M，满载吃水27M，198GT。航速145KN常规，34KN回收作业时。主机为2台立式单动四冲程直接喷射式、带增压机和气冷器的柴油发动机海马6N2LAEN，连续最大输出功率95615KWX850/MIN。在操舵室可对全船搭载的各种装置进行集中管理，可模拟监控或遥控。燃油舱和油回收柜考虑到安全，而采用双底结构。美国联合国际船舶公司UMI研制的系列清扫船采用双体船型，配两套Z型推进装置，线型较简单，主要功能是清扫水面垃圾。主要作业机具包括导流门、船首传送带、垃圾箱、船尾传送带。船尾传送带用于将垃圾输送至岸上。苏州市航运公司机务技术科的张林根所著的内河打捞船设计概要中介绍了内河打捞船设计时，航速是没有过高要求的，因而在选择船型时，主要应考虑工作稳性、操作方便性等因素，因而，内河打捞船选用“箱体型”是十分适宜的，内河打捞船的打捞方式，一般应选用操作方便、安全可靠的“双扒扦”式为佳。双扒杆打捞船一般由两台卷扬机组、毕业设计（论文）专用纸6立杆、起吊杆、稳索、变幅索、起吊索等部件组成。内河打捞船应设置艏、艉压载水舱。艏压载水舱用于降低艏高，以利于过桥洞，艉压载水舱用于平衡起吊重物，一般应以大于、等于额定设计起吊重量所产生纵倾力矩值来确定艉压载水舱的舱容大小。艏、艉压载水舱均应设纵舱壁，并在纵舱壁上设置“闸阀”，以利于减少自由液面影响、调整左右倾斜，保打捞工作的安全性。毕业设计（论文）专用纸7第2章船体的设计21船体的结构设计根据我们设计的打捞装置的具体结构来设计船体，首先我们来看下垃圾打捞船的总体结构图。21船的总体结构UG模型图然后，根据总体结构图的设计可以设计出船体的总体构造如下图所示毕业设计（论文）专用纸822船体的总体结构UG模型图上图为船体的结构三维图，船体是水陆两用打捞船的躯体部分，在系统设计中起着至关重要的作用。首先在躯体上需要安装收集装置、桨、打捞装置等机构；其次要隔绝外部水的环境和内部环境，起到隔离的作用，另外还要考虑船体的重心设计，为减小船的阻力，船体采用左右对称布置的结构。两船体之间用杆件焊接起来。前方有4个支撑杆，1个凸台，1对对称安置放轴承的支架，船尾有对称安置的4个支架，另外，右边船舱还有1个用于按放电动机的凸台，和一个用于放置减速器的凸台。船体前面的4个伸缩杆一是为了放置左右两个用于动力换向的锥齿轮减速器，二是在上下两杆之间可以放置收集轮。船体右边的那个凸台是为了放置用于支撑把带传动换成链传动的轴的支座。船体中间的1对对称安置的支架，主要用于支撑打捞装置的滑动轴承。船体后边的4个支架主要用于支撑安放马达的压板的用途。右船舱的2个凸台用于支撑和定位电动机和减速器的作用。他们的高度差分别参考电动机轴和减速器轴的高度差。22船体的材料及尺寸设计船体用灰铸铁HT200制作而成，厚15MM，长4020MM，宽2200MM，高800MM它的总体尺寸设计见零件图五船体。毕业设计（论文）专用纸9第3章原动件的设计31蓄电池的选择综合考虑船的动力情况，选择蓄电池作为动力源（可充电），分别为电动机和马达供电，根据设计减速器的相关参数，查相关手册选择蓄电池的型号为GB/T100761988型号12QA200。图31蓄电池的外观图电压12V额定容量200AH尺寸511270237毕业设计（论文）专用纸1032电动机的选择根据减速器设计的相关参数，查表可查得所需的电动机Z系列直流技术数据，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，选定电动机机型号为Z262114其主要性能如下表电动机型号额定功率额定转速Z26211475KW1000RMIN33马达的选择根据锂电池的直流供电特点和船体的结构特征，查相关的资料选用以下的马达。这种马达结构简单，安全可靠，适应性较广。毕业设计（论文）专用纸11查知这种马达的基本参数为马达型号SJM400型马达形式外转子马达轴的直径30MM重量5KG转速1000RMIN电压220V功率45KW毕业设计（论文）专用纸12第4章中间部件的设计41蜗杆减速器的设计411参数选择根据这个传动装置的实际情况，特选定如下的初选参数。总传动比I35Z11Z235链轮（传送带）直径D1240MMD2120MM传送链有效拉力F3KN传送链速度V105M/S链轮的速度V21M/S工作环境有粉尘常温连续工作图41减速器的传动系统图412传动装置总体设计根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为电机连轴器减速器毕业设计（论文）专用纸13带链式传送带根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V45M/S，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见,采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。413电动机的选择由于该生产单位采用直流电源，可考虑采用Z系列直流电动机。直流电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为220V根据生产设计要求，该减速器链轮直径D240MM。运输带的有效拉力F5000N，带速V05M/S，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，电源为三相交流电，电压为220V。1、按工作要求及工作条件选用Z2系列直流电动机，封闭扇冷式结构，电压为220V，2、传动链轮所需功3、传动装置效率（根据参考文献机械设计课程设计）其中蜗杆传动效率1073滚动轴承效率2099联轴器效率3099滚子链传动效率4098V带传动效率5095滑动轴承效率6098所以30511013FVKWPW毕业设计（论文）专用纸141223456073X099X099X099X098X095X0980646电动机所需功率PR（45）/0646697KWWP21由表选取电动机的额定功率为75KW传动链轮1工作转速NW601000V/240397R/MIN则链轮2的工作速度694R/MIN2WN根据容量和转速，根据参考文献机械设计课程设计147149页查表可查得所需的电动机Z系列直流技术数据综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，选定电动机机型号为Z262114其主要性能如下表电动机型号额定功率额定转速Z26211475KW1000RMIN414、运动参数计算1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0PR697KWN01000R/MINT0955697955103/1000666NM02蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1P012236970990730992494KWN286R/MIN1OI35T19550955016495NM1NP49286毕业设计（论文）专用纸153传动链轮的输入功率、转速与转矩（传动链轮轴与涡轮轴等直径）P2P14564940980980951315KWN2286R/MIN1I86T2955095505009NM2NP1524分支传动链轮的输入功率、转速与转矩P3494098098095233KWN32N2572R/MINT3955095505009NM33572运动和动力参数计算结果整理于下表41表41类型功率P（KW）转速N（R/MIN）转矩T（NM）传动比I效率蜗杆轴69710006661蜗轮轴4942861649535传动链轮轴152865009链轮轴2357250090646415传动零件的设计计算4151蜗杆蜗轮设计计算1选择蜗轮蜗杆的传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆ZI。2选择材料考虑到蜗杆的传动功率不大，速度只是中等，故选择45钢，蜗杆螺旋部分要求淬火，硬度为4555HRC，蜗轮用铸锡磷青钢ZCUSN10P1，金属模铸造，为了节约贵重金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造523按齿面接触强度进行设计由式（713）传动中心矩计算公式如下毕业设计（论文）专用纸161确定作用在蜗轮上的转矩16495NM2T2确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布系数,由于转速不高，冲击不太大，1KA可选取动荷系数,则根据表78051VK1111105117A3确定弹性影响系数EZ因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故160EZ21MP4确定接触系数先假设蜗杆分度圆D1和传动中心矩A的比值为04，从图714中可查得31Z5确定许用接触应力H根据蜗轮材料为ZCUSN10P1，金属模铸造蜗杆硬度45HRC，可从表中查得无蜗轮的基本许用应力MPA2686应力循环次数N6012000HHLJN26011200020635107107寿命系数HKN0914HNK7820610914268MPA24485MPA（8）计算中心矩322HZKTAE3231601749581993MM232EZATH毕业设计（论文）专用纸17查表取中心矩A200MM,因I35,故从表72中取出模数M10MM,蜗杆分度圆直径D180MM这时，3118042AZ由图714查得，274因为120215730DA10单根V带的基本额定功率35P11功率增量046012长度系数094LK13包角系数092A14单根带许用功率（）0P0PLKA396094092342KW15V带根数Z0965Z1；PE342综合考虑选择窄V带的型号为SPA1250GB|T115441997节宽BP11MM顶宽B13MM,高度H8,楔角A40度。（2）打捞装置传送带的设计根据额定功率P15KW,传动比I1,转速N286RMIN,每天的运转时间不超过10H,综合考虑选择窄V带的型号为SPA600GB|T115441997节宽BP11MM顶宽B13MM,高度H8,楔角A40度。43链传动的设计原始参数P3KW,由于过渡轴的转速为265RMIN,传动比为1,设计参数如下；（参考王为主编机械设计华中科技大学出版社）1传动比I12主动轮齿数Z120从带轮齿数Z220，3中心距L1245MM4链节数LP8020100240PP12Z40P12Z毕业设计（论文）专用纸285单排链额定功率P0286KWAZLKPK1305查表58取1A假定链工作点在图522所示曲线顶点查表519取105ZK10891082查表519取1L6LP选用单排链，查表520，取KP1根据286KW，286RMIN丛图521查出链号为24A，查表514链节距01NP3816中心距AA0,中心距可调A1245MM02LPP7演算链速V072MS16ZN查表517，当V带在063MS时，齿数Z117取Z120与假设相符，故取Z120合格8，选择润滑方式根据P381V072MS采用润滑脂润滑9，工作拉力F41666N10PV37210作用在轴上的拉力FQ（1213）F13416665146N11链条节距为381MM,A系列，单排150节滚子链中心距为L1245MM链条标记为24A1150GBT12431198344轴的设计441打捞装置轴的设计毕业设计（论文）专用纸29原始条件输出轴的功率P15KWN286RMIN1,选择轴的材料该轴无特殊要求，因而选用调质处理的45钢，查表知，6B640MPA2求输出轴的功率P2,N及扭矩T,若取机械效率V097则P141KW2PV215097N286RMINTT2955095505009NM2NP152863初步估算最小轴径先初步估算轴的最小直径，当选取轴的材料为45钢时，取C110，于是得11034005MMMIND15286如图所示最小轴经为50。其他轴的直径可以根据使用要求选取总体尺寸如总装配图图44链轮轴的三维图毕业设计（论文）专用纸30第5章执行部件的设计51收集装置的设计收集装置在整个设计中起着相当重要的作用，它把垃圾从水面传送到打捞机构上。下面说明它的工作原理。根据船体的结构设计,而且为了提高收集效率,把收集装置设计成收集轮的形式,如总装配图所示,左右两个收集轮均垂直于水面，左边收集轮的轴通过锥齿轮的换向，变为顺时针方向，而右边的收集轮的轴也通过锥齿轮的换向，变为逆时针方向。而这样通过左右两个收集轮的相向运转。再将收集轮安装在船体前面的杆件上，这样就可以完成垃圾从水面传送到打捞装置的作业。它的尺寸如零件图1过滤板所示,把过滤网板设计成左右对称分布12结构可以扩大收集面积,从而提高效率毕业设计（论文）专用纸31图51收集轮的UG模型图收集装置轴速度计算（1）过渡链轮主动轮的转速572R/MIN1N（2）求过渡链轮到收集装置轴的传动比I115218（3）可求得收集装置轴的转速为572858R/MIN21I552打捞装置的设计打捞装置在整个设计中起着不可替代的作用。在这个船体中，我们将它设计成两个链轮用特制销轴联接的结构,如图所示,。它的尺寸及结构如图二所示，下面说明一下它的工作原理。首先我们要根据船体的构造原理，把打捞装置放置在两船体的中间，此时，我们要设计成传送链轮的形式，再设计一个特制销轴的结构，将两个链轮连接起来，这样就完成了打捞装置的组合，为了能使打捞装置能顺利的把垃圾传送到装置上,可以在特制销轴焊接上钩子,可以把垃圾从水面钩到传送轴上,再传送到垃圾储存仓这样就完成了打捞作业，链条标记为24A1416GBT124311983毕业设计（论文）专用纸32图52打捞装置示意图总结为期两个多月的毕业设计在忙忙碌碌的设计与计算中结束了，这意味着几年多姿多彩的大学生活也将结束。本次设计是我们在大学里的最后一个综合学习，也是对我们几年学习的检验与考核，更是理论联系实际的一次体验，可以说我又发现了很多不足，在不断发现问题解决问题的过程中，我体会到了干好任何一份工作的艰辛和快乐，对我来说是充实的。刚开始做设计的时候，都不知道怎么动手，心中没有对整个设计的完整概念，只是跑图书馆查书籍和上网找资料，但收获甚微。在这时宋老师的不厌其烦和悉心指导，让我有了信心才使得毕业设计得以开始，万事开头难，有了一个好的开始，再加上老师给我们提供的一些相关资料和帮助指导，我的设计进行得以慢慢进行，虽然中途由于找工作的原因中断过而影响了进度，但通过调整方法以及在宋老师的鼓励下工作还是顺利的毕业设计（论文）专用纸33完成了。这次毕业设计不但全面检验了过去我们所学，特别是对机械设计等课程的检验更是让我意识到查找资料的不易与重要性。记得老师曾经说过“知识的海洋浩瀚无边，我们不
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