高志發(fā)+付志忠+尹鵬

摘 要：文章設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一種車載式城市窨井清掏機(jī)機(jī)械臂，用于對城市窨井中的淤積物的掏清，以改變?nèi)斯で逄托实鸵约肮ぷ鳝h(huán)境惡劣的狀況，維護(hù)城市排水管的通暢。

關(guān)鍵詞：窨井清掏機(jī)械臂；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 國內(nèi)外在本課題上的發(fā)展?fàn)顩r

當(dāng)前國內(nèi)常使用的清掏淤積物的方法是緩車清淤的辦法，就是先用TT片穿過管道后，并將鋼絲繩的一端系在絞車上，另一端連接有清通工具系在另一臺絞車上，絞車來回往復(fù)絞動鋼絲繩，帶動清淤工具將淤積物刮到下游積水井中或提出井外，然后人工清掏積水井中的淤積物，從而使管道暢通[1]。這種方法只是將淤泥以及其他雜物“推進(jìn)”窨井底部，再由人工清理窨井底部雜物。

目前國外對下水管道的淤積物的清理方式主要是利用高壓吸泥技術(shù)來完成。西方國家在60年代就研制出了管道清通車。例如，英國HARBEN公司吸泥車，是一種典型的利用高壓技術(shù)進(jìn)行清淤，該吸泥車配用的真空泵，排氣量為1270In3/h，吸泥管直徑l00mm。意大利的拉雷斯清淤車，攜帶的真空吸污裝置和高壓噴水裝置，能將深達(dá)8米左右的地下管道疏通。

2 窨井清掏機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

窨井清掏機(jī)械臂是安裝在工程車上的一種工作裝置，它是由固定基座和可伸縮機(jī)械臂組成，通過伸縮缸的作用使移動體伸出及縮回，并能進(jìn)行滑移和擺動。窨井清掏機(jī)械臂主要是與其聯(lián)接在一起的伸縮臂和機(jī)械手爪配合作用，從而抓取窨井內(nèi)的淤積物。窨井清掏機(jī)械臂的使用會簡化清掏重物作業(yè)過程，極大地降低工人工作強(qiáng)度，提高工作效率及安全性，改善清掏效果。在城市窨井的清掏作業(yè)過程中，發(fā)揮了極其重要的作用。

2.2 機(jī)械臂的分類

（1）按用途分：機(jī)械臂可分為三大類，通用機(jī)械臂、專用機(jī)械臂和示教再現(xiàn)機(jī)械臂。通用機(jī)械臂的定位精度高、可工作范圍大、通用性強(qiáng)、控制系統(tǒng)獨(dú)立、程序可變、動作靈活多樣，適用于環(huán)境不斷變化的小批量自動化生產(chǎn)中。專用機(jī)械臂是一種具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，它附屬于主機(jī)，動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低廉等特點(diǎn)。適用于大批量的自動化生產(chǎn)。示教再現(xiàn)機(jī)械臂是一種具有記憶功能的機(jī)械臂，首先在人工的引導(dǎo)下完成所有動作，然后機(jī)械臂記憶該動作，不斷自動重復(fù)執(zhí)行。

（2）按控制方式分：機(jī)械臂可分為兩大類及連續(xù)軌跡控制和點(diǎn)位控制。連續(xù)軌跡控制是指機(jī)械臂在空間內(nèi)的運(yùn)動軌跡為任意連續(xù)曲線，它的最大特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無限的并且機(jī)械臂的整個移動過程都處在控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動。點(diǎn)位控制是指在空間內(nèi)的運(yùn)動為點(diǎn)到點(diǎn)的移動，只能控制運(yùn)動過程中幾個點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動軌跡。

3 伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械臂具體尺寸及結(jié)構(gòu)

3.2壁厚的選擇

先初定一個壁厚，并用此壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核，抗彎校核，如果不滿足要求，可從新選定壁厚再次重復(fù)以上校核步驟；如果滿足要求，根據(jù)校核結(jié)果，可適當(dāng)對壁厚進(jìn)行優(yōu)化[2-3]

3.3 臂長的確定

小臂在工作時(shí)當(dāng)手爪從窨井中抓起雜物后，必須保證伸縮臂在伸出后的長度在提起雜物過程中不會使得手爪與車架發(fā)生干涉而影響正常工作，在工作完畢后伸縮臂在完全收回后的長度也要保證機(jī)構(gòu)不會與車架發(fā)生干涉現(xiàn)象。大臂的高度要保證在機(jī)構(gòu)收回后水平長度不會觸碰到車頭部分，并且有一定的預(yù)留空間。

3.4 擺動馬達(dá)的設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.4.1 擺動缸負(fù)載的計(jì)算

負(fù)載可分為靜負(fù)載，阻性負(fù)載和慣性負(fù)載。對于本設(shè)計(jì)而言，主要為慣性負(fù)載。

3.4.2 轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算

負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量主要為T形臂與負(fù)載，伸縮臂折算到軸上的轉(zhuǎn)動慣量。

則擺動缸輸出負(fù)載總的轉(zhuǎn)動慣量為：

J=J1+J2+J3

4 結(jié)束語

本文創(chuàng)新研究了污水井重物清掏機(jī)械自動化設(shè)備；對現(xiàn)有的機(jī)械清掏式窨井清理進(jìn)行了機(jī)械的改進(jìn)，極大地提高了污水清掏的作業(yè)效率，減少了人員體力浪費(fèi)，節(jié)省了污水處理單位的經(jīng)濟(jì)開支。

參考文獻(xiàn)

[1]安少軍.城市窨井積水井清掏機(jī)原理樣機(jī)的研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2007.

[2]陳鐵鳴，王連明，王黎欽.機(jī)械設(shè)計(jì)（修訂版）[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]王建國，安娜.機(jī)械制圖[M].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，2008，7.