趙達(dá)境++占向輝

摘 要：從清理水葫蘆實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了整合，設(shè)計(jì)了一種一體化打撈船，對(duì)打撈上來(lái)的水葫蘆進(jìn)行脫水、壓縮處理，在節(jié)約船上有限的儲(chǔ)存空間和燃料的同時(shí)提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：水葫蘆；自動(dòng)清理壓縮船；Siemens NX；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U661.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.078

近幾年，人們開(kāi)發(fā)了多種清理水葫蘆的機(jī)械設(shè)備，它們大大降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了人們的工作效率。但縱觀水葫蘆機(jī)械清理設(shè)備，仍存在一些不合理之處。比如有一種水葫蘆清理船，船頭前端裝有刀具，在它前進(jìn)的過(guò)程中刀具連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將水葫蘆就地打碎，以此來(lái)疏通航道。這種設(shè)備的缺點(diǎn)是沒(méi)有將打碎的水葫蘆收集起來(lái)，將會(huì)對(duì)水體造成二次污染。還有一種常見(jiàn)的清理方式是用機(jī)械設(shè)備直接將水葫蘆打撈起來(lái)，這類設(shè)備有幾個(gè)缺點(diǎn)：①傳統(tǒng)機(jī)械打撈臂從抓斗進(jìn)入水中打撈水葫蘆到將水葫蘆轉(zhuǎn)運(yùn)到裝載機(jī)上，需要花費(fèi)一定的時(shí)間，抓斗轉(zhuǎn)向進(jìn)行打撈或卸貨時(shí)需要消耗大量動(dòng)能；②抓斗在打撈起水葫蘆會(huì)將水葫蘆中夾帶的水、泥沙和金屬等雜物一同打撈進(jìn)運(yùn)載機(jī)中，造成不必要的能量消耗；③傳統(tǒng)打撈機(jī)械只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的打撈，機(jī)械一體化集成度低、功能單一。

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，我們思考設(shè)計(jì)一款水葫蘆設(shè)備，兼具節(jié)能、環(huán)保、高效等一系列的優(yōu)點(diǎn)，在清理水葫蘆的同時(shí)對(duì)收集上來(lái)的水葫蘆進(jìn)行預(yù)處理，既方便儲(chǔ)存，又可以節(jié)省后續(xù)的加工成本。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，我們決定設(shè)計(jì)一種新產(chǎn)品——水葫蘆自動(dòng)清理壓縮船。

1 水葫蘆自動(dòng)清理壓縮船結(jié)構(gòu)及工作原理

水葫蘆自動(dòng)清理壓縮船主要結(jié)構(gòu)分為動(dòng)力和處理兩部分。

1.1 動(dòng)力部分

如圖1所示，動(dòng)力部分由履帶、螺旋槳、船體、支撐桿和浮箱組成，并使用柴油機(jī)作為動(dòng)力源。浮箱和船體為整船提供浮力，螺旋槳為清理船提供前進(jìn)的動(dòng)力。如果螺旋槳被漂浮物卡住無(wú)法旋轉(zhuǎn)，那么履帶可繼續(xù)為清理船提供前進(jìn)動(dòng)力。

1.2 處理部分

1.2.1 收集

采用履帶式收集板將水葫蘆從水里打撈上來(lái)，撥片做旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，不斷地將水面上的水葫蘆撥到傳送帶上，再由傳送帶將水葫蘆輸送到打撈船上。此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，適合打撈浮在水面上的物體。

1.2.2 除雜粉碎

在水葫蘆被提升到收集板頂端，接著掉入除雜機(jī)構(gòu)進(jìn)行打斷、除雜處理，最后進(jìn)入粉碎腔進(jìn)行粉碎。除雜機(jī)構(gòu)可除去水葫蘆攜帶的大部分沙石泥土，在減少不必要負(fù)載的同時(shí)將水葫蘆提純，減少雜質(zhì)對(duì)粉碎機(jī)構(gòu)的刀片和腔壁的磨損。

1.2.3 壓榨

采用滾輪式壓榨機(jī)對(duì)粉碎后的水葫蘆碎塊進(jìn)行脫水處理，經(jīng)過(guò)層層壓榨，水葫蘆含有的水分被擠出并沿著管道進(jìn)入廢液箱，待清理船靠岸卸載的同時(shí)使用水泵將廢液泵出。

1.2.4 壓縮成型

經(jīng)過(guò)滾輪式壓榨機(jī)壓榨后的水葫蘆掉入壓縮成型機(jī)，利用其內(nèi)部螺旋推進(jìn)器將水葫蘆碎塊推到成型機(jī)端部堆積壓縮，最終從端部出口排出成型。

1.2.5 儲(chǔ)存

壓縮后的棒狀水葫蘆進(jìn)入儲(chǔ)存?zhèn)}儲(chǔ)存，待靠岸之后，利用傳送帶將其拋出卸載。至此，整個(gè)清理流程結(jié)束。

經(jīng)反復(fù)考慮各種功能結(jié)構(gòu)，最終選擇本文所述的機(jī)構(gòu)組合，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和功能創(chuàng)新。水葫蘆從收集到最后的卸載，都是在接近封閉的情況下進(jìn)行的。這避免了水葫蘆的殘?bào)w掉落水中，造成二次污染。

2 三維設(shè)計(jì)及仿真

2.1 設(shè)計(jì)工具

在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，我們使用的是西門子一體化軟件NX 8.0 ，并使用NX軟件的自頂向下的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中尺寸和結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，提高設(shè)計(jì)效率。

2.2 設(shè)計(jì)結(jié)果

最終設(shè)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

2.3 粉碎軸有限元分析

粉碎軸是粉碎腔的一個(gè)重要配件，它帶動(dòng)刀片在粉碎腔里高速旋轉(zhuǎn)，將水葫蘆粉碎。粉碎軸軸向兩端由軸承支撐，粉碎軸上有5片盤片，每片分別連接3片刀片。最終分析結(jié)果如圖4所示，符合應(yīng)力要求。

3 結(jié)論

水葫蘆自動(dòng)清理壓縮船集打撈、脫水、壓縮和儲(chǔ)存于一體，有機(jī)地將現(xiàn)今成熟的技術(shù)有機(jī)地結(jié)合到一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水葫蘆的自動(dòng)脫水和壓縮，大大減少了后期加工成本。在整個(gè)處理過(guò)程無(wú)二次污染，降低了水葫蘆再次爆發(fā)的概率，符合可持續(xù)發(fā)展的潮流。

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〔編輯：劉曉芳〕