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中文摘要與關(guān)鍵詞
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摘 要：本文是在充分調(diào)查掌握清淤機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外清淤機(jī)的發(fā)展和常德地區(qū)地理?xiàng)l件及工作環(huán)境，提出適用于農(nóng)村地區(qū)的絞吸式清淤機(jī)。闡述了絞吸式清淤機(jī)總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容，其主要內(nèi)容包括整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、絞吸式的工作原理、船殼的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、泥漿泵的選型、動(dòng)力選擇、絞吸頭的設(shè)計(jì)及絞籠軸的設(shè)計(jì)與校核。對(duì)其整臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)成本及推廣效應(yīng)做了經(jīng)濟(jì)分析和可行性分析。設(shè)計(jì)中注重實(shí)際，在動(dòng)力機(jī)的選擇上采用其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，剛性大，油耗低，同時(shí)還有結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低，便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。研制出來(lái)的絞吸式清淤機(jī)操作方便，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，不僅帶來(lái)很大的社會(huì)效益，同時(shí)帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：絞吸式清淤機(jī)；絞吸頭；絞籠軸；泥漿泵；ZH1110柴油機(jī)
Abstract and keywords
Abstract: This article is grasps the clear silt machine principle of work in the full investigation in the foundation, the union current domestic and foreign clear silt machine development with the Chang de area geography condition and the working conditions, proposed is suitable twists to the countryside area attracts the type clear silt machine. Elaborated twists attracts the type clear silt machine system design the content, its main content including the overall construction design, twists the attracting -like principle of work, the hull design, the transmission system design，The sludge pump shaping, the power choice, twists attracts the head the design and twists the cage axis the design and the examination. Have made the economic analysis and the feasibility analysis to its entire machine production cost and the promoted effect. In the design the attention reality, uses its design structure in the engine choice reasonably, rigidity big, oil consumption low, meanwhile has the structure compact, the construction cost is low, is advantageous for merit and so on installment.
Develops twists attracts the type clear silt machine ease of operation, the design structure is reasonable, not only brings the very big social efficiency, simultaneously has brought the very big economic efficiency.
Key words: Twists attracts the type clear silt machine; Twists attracts the head; Twists the cage axis; Sludge pump; ZH1110 diesel engine
第一章 前言
目前由于農(nóng)村現(xiàn)有養(yǎng)魚(yú)和蓄水的池塘、水庫(kù)、過(guò)水溝渠和游玩場(chǎng)所因多年的漩積使蓄水減少，功能下降。針對(duì)這一問(wèn)題而研究推出了一種十分經(jīng)濟(jì)且又適宜大小池塘使用的絞吸式清淤船是相當(dāng)有必要的。本設(shè)計(jì)的該船配有浮船，能在深水池塘或水庫(kù)內(nèi)自行游動(dòng)作業(yè)，也可在無(wú)水的情況下固定作業(yè)，還可作清水泵和游動(dòng)吸砂泵使用。其研究方向確定如下：
1.1 明確清淤船的組成以及其性能
清淤機(jī)由吸淤泵總成、浮船、操縱等三大部分組成，配10~20kW的電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)為動(dòng)力。吸淤泵是一個(gè)集攪切、螺旋、離心于一體的混合泵，當(dāng)泵在工作中直接潛于水底進(jìn)入淤層時(shí)，通過(guò)葉輪前的同步攪刀將沉積的淤泥和雜質(zhì)攪松切碎，立即被葉輪中部螺旋段的高負(fù)壓吸入，然后推送至葉輪后部離心段高速甩出。浮船主要起支撐、連接和水上行駛的作用。操縱部分配有液壓裝置、船體行駛牽引和方向機(jī)構(gòu)，液壓升降可根據(jù)泥、水深度的變化任意調(diào)節(jié)。
1.2 檢查產(chǎn)品的工藝性
對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝性的檢查，以確認(rèn)產(chǎn)品的各個(gè)細(xì)小部分是否符合工藝性條件。設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)每一工序做合理的分析，做到低價(jià)值，高效率。對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行工藝性分析和審查，指的是從工藝角度檢查產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性、可加工性，以便使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品符合本企業(yè)的制造條件，并力求達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝性分析審查的主要內(nèi)容是：
1、技術(shù)要求的經(jīng)濟(jì)合理性，例如，機(jī)械加工的精度、表面粗糙度是否適當(dāng)；
2、結(jié)構(gòu)關(guān)系是否合理，即零部件的繼承性如何，結(jié)構(gòu)的規(guī)格化與標(biāo)準(zhǔn)化程度如何，應(yīng)盡量提高已有零部件在新產(chǎn)品中的比例；
3、材料選擇是否經(jīng)濟(jì)合理，加工性能是否良好；
4、在本廠現(xiàn)有設(shè)備上能否加工制造，有沒(méi)有條件采用高效率的先進(jìn)工藝和先進(jìn)生產(chǎn)組織方式；
5、工藝裝備系數(shù)是否合理，能否充分利用現(xiàn)有的工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)工具。
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
縱觀我國(guó)先階段清淤機(jī)發(fā)展，清淤機(jī)類型多樣，下面列出了幾種典型的清淤機(jī)樣式及其各自的特點(diǎn)。根據(jù)各地的具體特點(diǎn)而采取相適應(yīng)的機(jī)型是最有效的節(jié)能措施。
1.3.1 遙控水下清淤車
圖1-1 遙控水下清淤車
遙控水下清淤車（見(jiàn)圖1-1）是一種用于中小型河道或其他水系清淤泥的機(jī)械設(shè)備。由底盤和安裝于底盤上動(dòng)力機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)組成。
?? 表1-1 遙控水下清淤車技術(shù)參數(shù)
電壓
380/220V
功率
30KW
全車重量
3T
全車體積
長(zhǎng)4.7m 寬2.4m 高2m
排量
40-300立方米/小時(shí)(各種規(guī)格)
遙控距離
400m
車速
10m/分鐘
接地比壓
0.06公斤/平方厘米
自建國(guó)以來(lái)全國(guó)有很多中小型河道多年來(lái)未曾清淤，遇有大雨瀉洪便會(huì)受阻，因此均需清淤。另外近幾年來(lái)飲用水的短缺，養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，很多水庫(kù)魚(yú)、蝦池塘也需清淤以增大蓄水量。因此這種高效、靈活的搖控水下清淤車不受河水深淺了限制，直接可在水下作業(yè)。為美化城市建設(shè)、改善為類生存環(huán)境提供了理想的機(jī)械設(shè)備。
??? 本專利獲得第八屆中國(guó)專利技術(shù)博覽會(huì)金獎(jiǎng)。經(jīng)世界發(fā)明家國(guó)際協(xié)會(huì)專家評(píng)審團(tuán)評(píng)定，榮獲國(guó)際發(fā)明金獎(jiǎng)。
遙控水下清淤車技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表1-1）
1.3.2 兩棲式清淤機(jī)（大型鏟刮式）
圖1-2 兩棲式清淤機(jī)
近年來(lái),江蘇省水利機(jī)械制造總廠為全國(guó)水利單位生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高效兩棲式清淤機(jī)近2000臺(tái)套。是前，該廠在保留以往清淤機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研制出SLQYX-40型斗輪式清淤機(jī)。該機(jī)增大了挖深和挖掘半徑，作業(yè)水深可達(dá)2.5米，排距達(dá)120米，同時(shí)大提高了挖掘硬土的能力。技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1-2，從圖1-2、1-3、1-4、1-5可以了解到不同型號(hào)的清淤機(jī)的外形結(jié)構(gòu)，工作性能等。
表1-2 兩棲式清淤機(jī)技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
單位
技術(shù)參數(shù)
鏟斗容量
立方米
0.4
工作效率
立方米/小時(shí)
54
最大挖掘深度
米
3.5
最大挖掘半徑
米
9
最大卸載高度
米
7.5
最大爬坡度
度
15
爬行速度
千米/小時(shí)
0.5
作業(yè)水深
米
0~2.5
最小航行水深
米
1
過(guò)橋凈空
米
2以上
航速
千米/小時(shí)
5~7
機(jī)重
千克
13500
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
F6L912G26
額定功率
KW
60
額定轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)/分
80
外形尺寸(運(yùn)輸)
米
長(zhǎng)7.5*寬2.6*高2.7
外形尺寸(航行)
米
長(zhǎng)7.5*寬3.8*高2.5
圖1-3 兩棲式清淤船
圖1-4 多功能清淤船
表1-3 多功能清淤船主要技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
總長(zhǎng)
型寬
型深
吃水
排距
排高
最大挖深
STWD80型
30米
7米
2.5米
1.3米
500米
4米
5.5米
圖1-5 絞吸式挖泥船
圖1-6 絞吸式挖泥船
表1-4 絞吸式挖泥船技術(shù)參數(shù)
挖泥船型號(hào)
總長(zhǎng)
型寬
型深
吃水
排距
排高
最大挖深
80立方米/時(shí)
26.7m
6.25m
1.30m
0.80m
500m
3m
6m
120立方米/時(shí)
28m
7m
1.76m
1.08m
2500m
4m
8m
200立方米/時(shí)
28.7m
7.60m
1.90m
1.30m
1500m
4m
10m
350立方米/時(shí)
38.2m
8.60m
2.10m
1.25m
1650m
4m
12.5m
1.3.3 自吸水下清淤機(jī)
沿海養(yǎng)參業(yè)大量的參池，由于日積月累，參池淤積越來(lái)越嚴(yán)重，有的參池泥沙淤積太厚，導(dǎo)致池內(nèi)石塊掩埋，參池變淺；有的淤泥太多，導(dǎo)致海藻類大量繁殖，造成參池底部缺氧，環(huán)境惡化，淤泥變質(zhì)，細(xì)菌生長(zhǎng)；加之大量生長(zhǎng)的海藻類妨礙了海參的活動(dòng)和攝食，使海參生長(zhǎng)緩慢、瘦小，嚴(yán)重時(shí)，可引起海參死亡減產(chǎn)。海參對(duì)藥物比較敏感，很難找到合適的藥物清除海草，只有徹底清池，改善水質(zhì)，給海參一個(gè)適合生長(zhǎng)的環(huán)境。
根據(jù)養(yǎng)殖戶反映的上述情況及養(yǎng)殖戶的強(qiáng)烈要求，我們實(shí)地進(jìn)行了廣泛的調(diào)研，研制出了專利產(chǎn)品參池專用水下清淤機(jī)。該產(chǎn)品適用于參池底部淤泥、淤沙、污泥、藻類雜草小石塊等條件下的清淤。經(jīng)過(guò)養(yǎng)殖戶的使用，該產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)使用效果受到了廣泛的好評(píng)，經(jīng)清淤后的參池，參的生長(zhǎng)活動(dòng)增加，生長(zhǎng)良好。
該產(chǎn)品采用特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，合理簡(jiǎn)約，使用方便，易于維修，是參池清淤的理想設(shè)備。
自吸水下清淤機(jī)分三種類型
1.?自吸離心清淤機(jī)
適用于參池淤積污泥、淤沙，池內(nèi)有少量小石塊，少量海藻類的環(huán)境條件。
2.?自吸旋流清淤機(jī)
適用于參池淤泥中石塊較多，海藻類較多的環(huán)境條件，該機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)解決了機(jī)體間磨損較快的問(wèn)題。
3.?水下攝像監(jiān)視自吸清淤機(jī)
為了解決養(yǎng)殖戶需用人員潛入水中清淤的煩惱，根據(jù)用戶的需要，可配備水下攝像監(jiān)視系統(tǒng)，是理想的水下清淤機(jī)。
上述清淤機(jī)根據(jù)參池的現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)備動(dòng)力部分，可配置電動(dòng)機(jī)，也可配置柴油機(jī)。
⑴、主要用途
??? 本機(jī)為自吸式無(wú)堵塞水下清淤機(jī)械，適用于河道、魚(yú)塘、港口及水庫(kù)的清淤挖深。
⑵、技術(shù)要點(diǎn)
? 該機(jī)組有XSQ90-5及XYQ90-5兩種型號(hào)，由自吸泵和吸頭組成。工作時(shí)，利用裝設(shè)在吸頭內(nèi)的高壓水或液壓旋轉(zhuǎn)裝置將水下沉積的淤泥攪成漿，經(jīng)吸頭頂部的吸泥吞口通過(guò)工作船上的自吸泵，將泥漿吸送到河岸選定地點(diǎn)。該裝置整機(jī)接地比壓為0.40.kN/cm2(0.04～0.05kgf/cm2)。并可利用充排水的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持吸泥吞口在泥漿中的有效高度，保證泥漿濃度達(dá)到預(yù)定指標(biāo)。
主要技術(shù)參數(shù)為：
(1)吸泥深度：水面下≤5m；
(2)輸出泥漿流量：90m3/h；
(3)輸出泥漿濃度：>45%；
(4)可通過(guò)最大顆粒直徑：70mm；
(5)泥漿輸送距離：20m；
(6)揚(yáng)程：12m；
(7)吸頭行進(jìn)速度：0.6m/s；
(8)吸頭牽引力：XSQ型600N(60kgf)，XYQ型1800N .(180kg f)；
(9)吸頭外型尺寸：0.5m×1.6m×2m；
(10)配用功率：XSQ型15kW(20馬力)，XYQ型12kW(16馬力)；
(11)整機(jī)重量：XSQ型800kg，SYQ型1200kg；
(12)配套工作船：3～5t農(nóng)用船。
⑶、適用范圍
??? 適用于各種河道、魚(yú)塘、港口及水庫(kù)的清淤加深。清淤工作在水下進(jìn)行，不需要打壩抽水。工作水深0.5～5m；水面寬度2～400m，輸送距離大時(shí)可加裝接力泵；工作時(shí)只需兩人操作；機(jī)電兩用，特別適合于電源缺乏地區(qū)的清淤作業(yè)。泥漿輸送采用無(wú)堵塞泵，解決了水草、雜物纏繞堵塞的影響。
⑷、預(yù)期效益
??? 采用水下清淤機(jī)施工，每個(gè)臺(tái)班可吸排含泥量45%以上泥漿水700m3，考慮到泥漿濃度及開(kāi)停機(jī)及轉(zhuǎn)移場(chǎng)地等諸多因素的影響，最少可折算為150IV2級(jí)爛淤土。
??? 該機(jī)組每個(gè)臺(tái)班需耗柴、機(jī)油費(fèi)30元，機(jī)具折舊費(fèi)60元，2人操作人工費(fèi)用60元，合計(jì)費(fèi)用150元/臺(tái)班。清淤成本單位為1元/m3，清淤1萬(wàn)m3需67個(gè)臺(tái)班，共需成本費(fèi)1萬(wàn)元，是人工清淤費(fèi)用的1/14。
我國(guó)第一臺(tái)旋耕吸盤式水下清淤機(jī)面世
一種采用水力沖刷和和旋切相結(jié)合的破土方式——旋耕吸盤式水下清淤機(jī)前不久在南京通過(guò)省級(jí)技術(shù)鑒定。它的研制成功，填補(bǔ)了我國(guó)該機(jī)型產(chǎn)品生產(chǎn)的空白。據(jù)有關(guān)專家介紹，這種清淤機(jī)廣泛適用于河道中沙土、粘土及硬質(zhì)粘土、河底碎石、雜草、樹(shù)枝等復(fù)雜河床的清淤，對(duì)內(nèi)河航道、湖泊、碼頭、鹽場(chǎng)、水庫(kù)、水電廠的清淤、疏浚和農(nóng)田復(fù)墾、積肥都可做到在不斷航的情況下施工作業(yè)，具有結(jié)構(gòu)合理、使用方便、易于維修等特點(diǎn)。經(jīng)江蘇省技術(shù)監(jiān)督部門檢測(cè)，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，施工效率高出同類產(chǎn)品1．5倍，清淤成本僅為“絞吸式”或“抓斗機(jī)”等老式疏浚機(jī)械的1／4。
由湖南長(zhǎng)沙中聯(lián)重工科技發(fā)展股份有限公司自行研制開(kāi)發(fā)的高濃度環(huán)保清淤機(jī)日前進(jìn)入最后的安裝調(diào)試階段，預(yù)計(jì)2002年1月中旬可到長(zhǎng)沙市烈士公園進(jìn)行施工示范。
這臺(tái)總長(zhǎng)14.5米，高2.9米的清淤機(jī)是在公司高濃多相混合料泵送設(shè)備設(shè)計(jì)、制造的優(yōu)勢(shì)和豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水下清淤的具體實(shí)際，自主開(kāi)發(fā)的高濃度淤泥泵送裝置。其最大挖深可達(dá)４．５米，排泥濃度高達(dá)９０％。另外，由于配置有濃度傳感器和液壓微動(dòng)系統(tǒng)，可精確控制水平螺旋絞刀的濃度位置，實(shí)現(xiàn)清除薄層淤泥的環(huán)保清淤要求，適用于淤泥、軟黏土、砂質(zhì)土及中等以下硬度的黏土土質(zhì)。
1.4 目的意義及課題來(lái)源
池塘、溝港及大型電排渠道的清淤一直是困擾我們洞庭湖區(qū)的一個(gè)難題。據(jù)調(diào)查，大部分漁池自六、七十年代投入使用以來(lái)，從未清理過(guò)淤泥，淤泥深度都在0.5米以上，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，魚(yú)病增加，造成產(chǎn)量下降、成本增加，給水產(chǎn)養(yǎng)殖造成了較大的影響。溝港、渠道、河道的淤積給農(nóng)業(yè)及水利事業(yè)造成了巨大的危害和不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。1996年和1998年的洪澇災(zāi)害就充分說(shuō)明了這一點(diǎn)（如下圖所示）。因此設(shè)計(jì)一清淤船是很有必要的，根據(jù)從農(nóng)機(jī)所得到的調(diào)研資料，開(kāi)始了對(duì)絞吸式清淤船的初步設(shè)計(jì)，以便能得到更大的改進(jìn)，達(dá)到更好的效果。
圖1-7 絞吸式清淤船的工作環(huán)境
圖1-8 絞吸式清淤船排污口
1.4.1 需達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)
1.配套動(dòng)力功率（KW） 14.7（20馬力）
2.輸送距離（m） <150
3.生產(chǎn)率（） <15（淤泥）
4.漿濃度（％） 85（體積濃度）
5.有效輸送高度（m） <8
6.工作噪聲〔dB（A）〕 <85
7.動(dòng)力效率（） >1.5
8.工作適用水深（m） 0.6～2.8
9.整機(jī)質(zhì)量（kg） <750
10.作業(yè)成本（元/立方米） <1.6
11.操作人數(shù) 1～2
12.整機(jī)制造成本（萬(wàn)元） <2.3
1.4.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容以及采用的技術(shù)路線
1.研究的內(nèi)容
清淤形式及原理；全液壓控制系統(tǒng)；行走方式及機(jī)構(gòu)；泥漿泵的選型配套；整體布局及船體結(jié)構(gòu)。
2.技術(shù)路線
選擇成熟機(jī)具：20馬力柴油機(jī)、泥漿泵、液壓馬達(dá)、液控閥等。
進(jìn)行配套設(shè)計(jì)：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、絞吸泥裝置、行走步進(jìn)機(jī)構(gòu)等。
平面組合布置：為了保證船體行駛的平穩(wěn)性，將各主要工作部件合理布局，使其整機(jī)重心處于船體縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，完成平面組合優(yōu)化設(shè)計(jì)。
近年來(lái)，隨著“三制”體制改革的不斷深入和機(jī)淤工程的廣泛應(yīng)用，機(jī)淤施工逐漸向市場(chǎng)化邁進(jìn)，從而加大了競(jìng)爭(zhēng)力度，也對(duì)施工機(jī)械的效率和能耗提出了更高要求，因此對(duì)清淤船的設(shè)計(jì)有著很重要的意義。
第二章 絞吸式清淤機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
目前，漁塘、溝港、河渠的淤積非常嚴(yán)重，一般都在0.5米以上，嚴(yán)重地影響了農(nóng)業(yè)、漁業(yè)的生產(chǎn)。而且在洪澇之年由于溝港、河道淤積，使洪澇更頻繁，損失更大。而人工清淤不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，成本高，而且還受農(nóng)業(yè)，漁業(yè)的季節(jié)影響，有些場(chǎng)合人工清淤還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
新設(shè)計(jì)的全液壓絞吸式清淤機(jī)生產(chǎn)效率高，使用成本低，且不受季節(jié)限制。經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)和技術(shù)測(cè)試證明它的性能指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都是先進(jìn)的。
2.1經(jīng)濟(jì)分析
2.1.1企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析
表2-1 制造成本概算
序號(hào)
名稱
成本（元）
備注
1
動(dòng)力
5500
1110型柴油機(jī)
2
泥漿泵
3000
3
船體及樁桿部件
4000
4
絞吸頭部件
1500
5
液壓泵、馬達(dá)及其它文件
7000
接頭、液壓管、液壓閥、濾油器等
6
其它輔件
2000
輸泥管24米，浮筒及標(biāo)準(zhǔn)件等
7
銷售費(fèi)
1000
三包費(fèi)
8
出廠價(jià)
27500
9
裝配工資
500
10
稅金
680
增值稅的17％
11
廠家利潤(rùn)
2320
2.1.2 企業(yè)預(yù)算效益
按年生產(chǎn)100臺(tái)計(jì)算，年產(chǎn)值達(dá)280萬(wàn)元，利潤(rùn)達(dá)31.5萬(wàn)元，稅金8.5萬(wàn)元，而且除外購(gòu)件外，一般小廠就可以生產(chǎn)，因此這種清淤機(jī)是一種投資小，見(jiàn)效快的產(chǎn)品。
i 清淤機(jī)的清淤成本的概算
按清淤機(jī)生產(chǎn)率15立方米每小時(shí)，泥漿濃度85％，輸送距離150m計(jì)算，其清淤成本為：
清淤成本＝油耗費(fèi)+機(jī)手工資+設(shè)備折舊費(fèi)
①油耗：按每公斤柴油4元，每小時(shí)耗油4kg計(jì)算，則油耗費(fèi)為11.2元/小時(shí)。
②折舊：按5年報(bào)廢（大修），每年按200個(gè)工作日，每天按7個(gè)小時(shí)計(jì)算，折舊費(fèi)為：
③機(jī)手工資：按每天2人操作，每人工資30元計(jì)，則小時(shí)工資＝60/7＝8.6元，因此清淤成本＝11.2+4+8.6＝23.8元/小時(shí)。
④折成每方淤泥成本為23.8/15＝1.6元
ii 人工方法清淤成本
按每人每天清淤2立方米，工資30天計(jì)算：
將清淤機(jī)與人工清淤進(jìn)行成本和工效比較：
綜上所述分析，清淤機(jī)清淤工效是人工的54倍，而人工清淤的成本為清淤機(jī)成本的9.4倍，因此人工清淤己遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，而本設(shè)計(jì)的全液壓絞吸式清淤機(jī)是清淤史上的一大進(jìn)步，將會(huì)有廣闊的推廣前景。
iii 經(jīng)營(yíng)效益
用戶購(gòu)買清淤機(jī)除滿足自己需要外，還可以向社會(huì)進(jìn)行清淤服務(wù)，按每立方米淤泥4元進(jìn)行計(jì)算，則一天純利為：
純利＝總收入－總支出
?、倏偸杖耄绞召M(fèi)標(biāo)準(zhǔn)×工作時(shí)間×生產(chǎn)率
＝4×7×15＝420元
②總支出＝支出＋穩(wěn)定+管理費(fèi)
?、壑С觯接秃?折舊+工資
?。?1.2×7+4×7+60
?。?66.8元
④稅金和管理費(fèi)按（收入－支出）的10％計(jì)算，則為：
?。?20-166.8）×10％＝25.32（元）
則總支出為：166.8+25.32＝192.12元
則一天純利潤(rùn)為：420-192.12＝227.88元
年純利＝日純利×工作日
?。?27.88×200
?。?5576元
由此可見(jiàn)，用戶購(gòu)買清淤機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的?！?
2.2結(jié)論
因此，該清淤機(jī)的研究開(kāi)發(fā)和推廣不但能帶來(lái)很大的社會(huì)效益，亦能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，投資回收周期短，且適合當(dāng)前的社會(huì)購(gòu)買力，是一種有利發(fā)展?jié)O業(yè)和農(nóng)業(yè)及水利事業(yè)的可靠實(shí)用的好機(jī)械。
第三章 全液壓絞吸式清淤機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)說(shuō)明
3.1總體方案的確定
池塘和溝港清淤一直是困擾本地區(qū)的一個(gè)難題。由于池塘和溝港、渠道長(zhǎng)期以來(lái)的崩塌、淤塞，嚴(yán)重削弱了各種水利設(shè)施的行洪、蓄洪、排澇、抗旱等作用，造成池塘水體減少，水質(zhì)惡化，魚(yú)病增多，產(chǎn)量下降，阻礙了漁塘養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。因此研制開(kāi)發(fā)出一種或一系列清淤機(jī)械來(lái)高效地清除漁塘中的淤泥，使養(yǎng)殖效益進(jìn)一步提高，是目前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)急需解決的問(wèn)題。
近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些工廠和研究單位在開(kāi)發(fā)池塘清淤機(jī)械上做了許多工作，也取得了一定的進(jìn)展。從清淤方式上來(lái)分大體可總結(jié)為帶水作業(yè)和不帶水作業(yè)兩種形式，帶水作業(yè)可分為水上作業(yè)和水下作業(yè)二種形式。
不帶水作業(yè)清淤（也稱干式清淤）其優(yōu)點(diǎn)是在清淤過(guò)程中，可以利用淤泥來(lái)修復(fù)坍塌的塘埂，并可對(duì)塘底進(jìn)行冷凍和石灰消毒處理，從而減少魚(yú)的發(fā)病率。但這種清淤方式受季節(jié)限制較大，特別是長(zhǎng)江以南的許多漁場(chǎng)進(jìn)行放養(yǎng)制度的改革，由春放改為冬放，即連放連養(yǎng)不能再干塘清淤，因此這種作業(yè)方式的清淤機(jī)械的使用和推廣受到一定程度的限制。
帶水作業(yè)的清淤方式的最大優(yōu)點(diǎn)是可以提高池塘利用率，工作時(shí)間不受季節(jié)限制，同時(shí)也節(jié)約了在干塘過(guò)程中所消耗的人力、物力、財(cái)力，節(jié)約了養(yǎng)殖用水。帶水作業(yè)的水下清淤方式是整個(gè)機(jī)構(gòu)潛入池底，在淤泥表面移動(dòng)并進(jìn)行吸泥。但由于整個(gè)機(jī)構(gòu)潛入水中，對(duì)工作部件防水密封要求較高，維修保養(yǎng)技術(shù)難度大，安全性低，用戶難以自己完成維修工作，工作可靠性也差。而水上工作方式克服了上述缺點(diǎn)，只須淤泥絞吸頭沉在水下，可靠性好，機(jī)動(dòng)性大，使用方便，具有較好的推廣應(yīng)用前景。
綜上所述，結(jié)合本地區(qū)的特點(diǎn)和借鑒其他清淤機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)幾種清淤方案的反復(fù)論證，確定本清淤機(jī)采用船載的水上作業(yè)方式，以柴油機(jī)為動(dòng)力，泥漿泵為工作執(zhí)行部件，吸頭部分絞龍攪動(dòng)淤泥邊吸邊排。行走是靠絞頭作用船體擺動(dòng)，利用船尾兩根樁桿輪流定位從而實(shí)現(xiàn)船體步進(jìn)的總體設(shè)計(jì)方案。
其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：
1.配套動(dòng)力功率（KW） 14.7（20馬力）
2.輸送距離（m） <150
3.生產(chǎn)率（） <15（淤泥）
4.漿濃度（％） 85（體積濃度）
5.有效輸送高度（m） <8
6.工作噪聲〔dB（A）〕 <85
7.動(dòng)力效率（） 1.5
8.工作適用水深（m） 0.6～2.8
9.整機(jī)質(zhì)量（kg） <750
10.作業(yè)成本（元/） <1.6
11.操作人數(shù) 1～2
12.整機(jī)制造成本（萬(wàn)元） <2.3
3.2 工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
3.2.1 工作原理
本清淤機(jī)為鋼制船體，總浮力不小于2.5噸。柴油機(jī)、泥漿泵、液壓系統(tǒng)、行走樁桿、絞吸頭和輸送管道等安裝固定在船倉(cāng)內(nèi)外，組成具備自我擺動(dòng)步進(jìn)的清淤機(jī)（船）。
清淤機(jī)的主要工作原理：
a.船體承載大部分工作件，故為水上作業(yè)。水上作業(yè)，工作方便，維修快捷，船體的主要工作原理為利用水的浮力將柴油機(jī)，水泵，操作臺(tái)，變速箱，液壓馬達(dá)等承載于水上。
b.絞吸頭主要是將池底淤泥通過(guò)帶絞葉的絞蘢旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)使其成沸騰狀，再由泥漿泵通過(guò)水下吸管抽吸上來(lái)，再通過(guò)排泥管輸送到岸上指定地點(diǎn)。絞吸頭與船體絞接靠自重沉入水底，始終與池底保持良好接觸。
c.絞籠是通過(guò)液壓馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，由于對(duì)絞葉反作用力的作用，使整個(gè)船體在水中繞一根定位樁桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
d.整體工作原理為，柴油機(jī)（高速旋轉(zhuǎn)）
變速箱（變速，調(diào)整為適當(dāng)速度） 齒輪泵（由齒輪泵帶動(dòng)萬(wàn)向節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)） 泥漿泵（從萬(wàn)向節(jié)端輸入轉(zhuǎn)速帶動(dòng)泥漿泵工作）
絞吸管（由于泥漿泵工作產(chǎn)生的高速離心力，使得在水底的絞吸管工作），同時(shí)柴油機(jī) 油泵（油泵泵油帶動(dòng)液壓馬達(dá)工作）
液壓油缸（控制絞吸頭的位置和船的行走情況） 同時(shí)液壓馬達(dá)帶動(dòng)絞吸軸旋轉(zhuǎn)。因此，絞吸頭的旋轉(zhuǎn)，泥漿泵的工作，以及液壓油缸帶動(dòng)定位樁桿的工作在同時(shí)進(jìn)行的。
通過(guò)液壓閥的的切換使液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)，從而可使船體在不同位置時(shí)調(diào)換定位樁桿，改變船體運(yùn)動(dòng)中心，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)船體的步進(jìn)。
故本機(jī)型工作原理可歸納如下：絞吸頭攪動(dòng)淤泥使抽吸淤泥濃度高且穩(wěn)定，同時(shí)使整個(gè)船體擺動(dòng)，通過(guò)調(diào)換樁桿來(lái)實(shí)現(xiàn)船體步進(jìn)，行走簡(jiǎn)單可靠。泥漿泵將淤泥輸送到岸上指定的地點(diǎn)。
3.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
首先，選擇在農(nóng)村擁有量大，使用維修方便，熟練的柴油機(jī)作為動(dòng)力源，為該種機(jī)械在農(nóng)村、漁場(chǎng)和無(wú)電地區(qū)推廣使用創(chuàng)造了有利條件。其次是船體采用薄鋼板焊接而成，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，有利于長(zhǎng)途運(yùn)輸和工作場(chǎng)地轉(zhuǎn)移，加之船底部安裝了滾動(dòng)輪，配上了專業(yè)滑道，使轉(zhuǎn)移運(yùn)輸過(guò)程中上車、下塘變得非常方便。第三，采用了全液壓系統(tǒng)操作控制，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。第四，采用了無(wú)堵塞泥漿泵，提高了泥漿的通過(guò)性能，較好的解決了工作時(shí)的斷流現(xiàn)象。第五，整個(gè)船體布局簡(jiǎn)單緊湊，水中行走原理新穎、可靠，抽吸淤泥濃度大。第六，船體行走軌跡明了，可控制，工作面由線及面，工作較徹底。
3.3 各主要工作部件設(shè)計(jì)說(shuō)明
3.3.1 動(dòng)力選擇
本課題研制開(kāi)發(fā)的清淤機(jī)主要用于漁塘和溝港的清淤，故選擇的動(dòng)力不能太大，立足于小型，具有一定實(shí)用和推廣價(jià)值。
根據(jù)我們選擇的泥漿泵的特點(diǎn)，其軸功率為12馬力（8.82KW），轉(zhuǎn)速為1700r/min，液壓系統(tǒng)工作壓力定為8MPa，最高壓力為12.5MPa，齒輪泵最大流量為28L/min，故液壓系統(tǒng)可耗功率為：
式中：P2——液壓系統(tǒng)額定工作壓力
Qk——齒輪泵額定流量
N ——系統(tǒng)效率
系統(tǒng)總功率應(yīng)不小于8.82+5.3＝14.2KW＝19.2馬力。
可以選用標(biāo)定功率14.7KW（20馬力）的柴油機(jī)就可以滿足系統(tǒng)的要求。由于液壓系統(tǒng)工作壓力、流量由于調(diào)速作用和阻力影響，均很難同時(shí)達(dá)到上述參數(shù)指標(biāo)，泥漿泵的工作功率也是如此，從而可以說(shuō)，選擇20馬力的柴油機(jī)作為系統(tǒng)動(dòng)力部件是能夠滿足系統(tǒng)工作要求的。.ZH1110柴油機(jī)
ZH1110型柴油機(jī)是S195基礎(chǔ)上改進(jìn)提高，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，機(jī)體采用外露筋專利結(jié)構(gòu)，剛性大，清砂方便，它具有功率大、扭矩大、油耗低，耗水少，易起動(dòng)，配套適用性廣等特點(diǎn)，可作為農(nóng)業(yè)運(yùn)輸、工程機(jī)械等產(chǎn)品的配套動(dòng)力。
由于1110型柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低，便于安裝，標(biāo)定功率為20馬力等特點(diǎn)，可以選擇該類型的ZH1110型柴油機(jī)作為本系統(tǒng)的動(dòng)力。
3.3.2 整體布局與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本課題的清淤機(jī)屬于一種水上作業(yè)機(jī)械，由于其工作原理的特殊性，決定了如下幾個(gè)特點(diǎn)：①水上操作，水下清淤，機(jī)手既看不到水下淤泥沉積分布和絞吸頭工作情況，也看不到出口處泥漿濃度和流量變化情況；②絞吸頭工作時(shí)作用整個(gè)船體，繞定位樁桿轉(zhuǎn)動(dòng)船體的前進(jìn)方式是樁桿步進(jìn)式，而船體的主要運(yùn)動(dòng)則是繞樁桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；③水上作業(yè)故障排除，機(jī)械維修不方便。
?、耪w布局：整個(gè)清淤機(jī)由動(dòng)力部件（柴油機(jī)）、工作部件（泥漿泵）、絞吸部件、液壓操縱控制系統(tǒng)、樁桿部件及船體等幾部分組成，并沿船體縱向排列。絞吸頭在船頭并伸入水下之后便是泥漿泵、柴油機(jī)、操縱臺(tái)和座椅，為了保持平衡，應(yīng)盡量將各部件重量對(duì)稱布置在船體縱向平面上。由于絞吸頭在非工作時(shí)要抬出水平面，有一定重量，且力臂較長(zhǎng)，故其他幾個(gè)部件的整體重心位置應(yīng)偏向船尾，并按靜力平衡方程式進(jìn)行計(jì)算，整體重心應(yīng)靠近船尾20～30cm，這樣就可以在絞吸頭抬起時(shí)船整體前傾一定的小角度，當(dāng)絞吸頭工作放入水中時(shí)船體就整體后傾一個(gè)小的角度。
圖3-1 船體整體結(jié)構(gòu)圖
為了使清淤機(jī)工作時(shí)阻力小，從泥漿泵接出的輸泥管盡量靠近船體縱向軸線，從船尾延伸出去，這樣又使管子的擺動(dòng)幅度最小，試制和試驗(yàn)說(shuō)明了這種整體布局是較對(duì)稱合理的，工作時(shí)泵的軸線處于船體吃水線以下，有利于排出泵體內(nèi)空氣，且船尾吃水較大，船體稍微翹起，減少了船體擺動(dòng)時(shí)的阻力，機(jī)手也對(duì)各工作部件一目了然，操縱較方便直觀。
⑵液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于本清淤機(jī)原理的特殊性，并采用液壓傳動(dòng)，使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)變得相對(duì)緊湊、簡(jiǎn)單，絞頭的轉(zhuǎn)動(dòng)和樁桿的升降是靠液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，絞吸頭的升降則是由液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，中間只有液壓管路連接，統(tǒng)一由操縱臺(tái)來(lái)控制。原理如圖一所示
圖3-2 液壓系統(tǒng)圖
3.3.3 泥漿泵的選型說(shuō)明
泥漿泵概述:泥漿泵是在鉆探過(guò)程中，向鉆孔輸送泥漿或水等沖洗液的機(jī)械。泥漿泵是鉆探機(jī)械設(shè)備的重要組成部分。它的主要作用是在鉆進(jìn)過(guò)程中將泥漿隨鉆頭鉆進(jìn)注入井下，起著冷卻鉆頭，清洗鉆具、固著井壁、驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)，并將打鉆后巖屑帶回地面的作用。在常用的正循環(huán)鉆探中﹐泥漿泵是將地表沖洗介質(zhì)─清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下﹐經(jīng)過(guò)高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端﹐以達(dá)到冷卻鉆頭﹑將切削下來(lái)的巖屑清除并輸送到地表的目的。常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的﹐由動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)泵的曲軸回轉(zhuǎn)﹐曲軸通過(guò)十字頭再帶動(dòng)活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實(shí)現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。?
泥漿泵性能參數(shù)：泥漿泵性能的兩個(gè)主要參數(shù)為排量和壓力。排量以每分鐘排出若干升計(jì)算﹐它與鉆孔直徑及所要求的沖洗液自孔底上返速度有關(guān)﹐即孔徑越大﹐所需排量越大。要求沖洗液的上返速度能夠把鉆頭切削下來(lái)的巖屑﹑巖粉及時(shí)沖離孔底﹐并可靠地?cái)y帶到地表。地質(zhì)巖心鉆探時(shí)﹐一般上返速度在0.4～1米/分左右。泵的壓力大小取決于鉆孔的深淺﹐沖洗液所經(jīng)過(guò)的通道的阻力以及所輸送沖洗液的性質(zhì)等。鉆孔越深﹐管路阻力越大﹐需要的壓力越高。隨著鉆孔直徑﹑深度的變化﹐要求泵的排量也能隨時(shí)加以調(diào)節(jié)。在泵的機(jī)構(gòu)中設(shè)有變速箱或以液壓馬達(dá)調(diào)節(jié)其速度﹐以達(dá)到改變排量的目的。為了準(zhǔn)確掌握泵的壓力和排量的變化﹐泥漿泵上要安裝流量計(jì)和壓力表﹐隨時(shí)使鉆探人員瞭解泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況﹐同時(shí)通過(guò)壓力變化判別孔內(nèi)狀況是否正常以預(yù)防發(fā)生孔內(nèi)事故。
泥漿泵分類:泥漿泵分單作用及雙作用兩種型式﹐單作用式泥漿泵在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)中僅完成一次吸排水動(dòng)作。而雙作用式泥漿泵每往復(fù)一次完成兩次吸排水動(dòng)作。若按泥漿泵的缸數(shù)分類﹐有單缸﹑雙缸及三缸3種型式。?
泥漿泵是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵工作部件，它的工作質(zhì)量好壞直接影響整機(jī)的工作效率。我們通過(guò)多方調(diào)查、考證，選定了TP100-12型泥漿泵，它的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)比較符合本機(jī)的技術(shù)要求和我們整體設(shè)計(jì)要求，特別是經(jīng)很多用戶使用（還可用于吸沙）證明了它的可靠性后，最后選擇定型，主要技術(shù)參數(shù)為：
型號(hào)：TP100-12
流量：180立方米每小時(shí)
揚(yáng)程：12m
配用功率：12馬力（8.82KW）
轉(zhuǎn)速：1700r/min
重量：87kg
3.3.4 船體設(shè)計(jì)
綜合各方面因素，決定船體采用薄鋼板焊合而成，船底板用1.9mm板，其余用1.5mm板材。該船體具有重量相對(duì)較輕，制造簡(jiǎn)單，耐沖擊、磨損等特點(diǎn)。由于船體的功能和方案復(fù)雜，既要在水面工作，同時(shí)又要方便在陸地上行走，所以對(duì)船體的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，考慮到在岸上行走，所以根據(jù)方便，設(shè)計(jì)了6個(gè)鐵芯輪，用滾動(dòng)代替滑動(dòng)，省力，省時(shí)，節(jié)約勞動(dòng)力資源。為了保證船的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，船的周圍都用筋板加固，保證船結(jié)構(gòu)的成形。船設(shè)計(jì)了兩翼板，增加了船的面積，便于工具放置，船體上方采用開(kāi)放式，主要為了給柴油機(jī)散熱，加大空氣流通。根據(jù)總體布局要求和各主要工作部件外形尺寸、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量以及泥漿泵工作特性，確定船體總長(zhǎng)為3.2m，船寬1.6m，船深為0.55m，吃水深度0.28m，排水量為2.5噸，船兩頭采用圓弧狀便于搬運(yùn)。
在船體上還設(shè)計(jì)了些人性化的附加設(shè)施，比如：船頂上安裝有蓬布，這樣可以晴天擋太陽(yáng)，雨天遮雨，對(duì)正在工作的柴油機(jī)有相當(dāng)大的好處，可以延續(xù)其壽命，同時(shí)也對(duì)操作者帶有很多方便見(jiàn)（圖3-2）。
船體是由不同的鐵板，鋼管組焊而成，因此，對(duì)船體的各條焊縫的要求也就相當(dāng)高。船體不僅要承受在水里的浮力，也要承受在岸上滾動(dòng)時(shí)受的重力，因此，焊縫要求：無(wú)虛焊，氣孔，焊高為連接板厚，焊接要倒坡口等要求。
圖3-2 船殼圖
3.3.5 絞吸頭的設(shè)計(jì)
絞吸頭是本機(jī)最重要的部件之一，同時(shí)它也是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，它的工作好壞直接影響船體運(yùn)動(dòng)的可靠性和排出淤泥的濃度。它既起到行走輪的作用又起到拋松淤泥的作用，通過(guò)十多次長(zhǎng)達(dá)半年時(shí)間的試驗(yàn)改進(jìn)、提高，決定絞頭采用為柱形，前端帶球形結(jié)構(gòu)，整體用鋼條焊成棚欄狀，全封閉阻止大形雜物吸進(jìn)堵塞管道。在絞頭前端球狀部配裝4片絞葉，葉片腰子形，可沿絞頭徑向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不在葉片的幾何對(duì)稱軸線上，故在水中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了在液壓馬達(dá)帶動(dòng)下正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)葉片使淤泥都出吸泥口方向運(yùn)動(dòng)，保證了抽泥的濃度，而又不使淤泥向四周散失。
圖3-3 絞吸頭部件裝配圖
同時(shí)，由于轉(zhuǎn)動(dòng)絞頭上的葉片受到淤泥和池塘底的反作用力，使整個(gè)船體繞樁桿為圓心實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)，配合樁桿的升降，可實(shí)現(xiàn)船體整體向前步進(jìn)，淤泥濃度可通過(guò)絞頭轉(zhuǎn)動(dòng)速度得到控制。
由于絞頭、絞葉的特殊設(shè)計(jì)，使體清淤機(jī)的清淤濃度高且穩(wěn)定，不易出現(xiàn)堵塞等斷流現(xiàn)象，船體的前進(jìn)也無(wú)須借助船體外的任何部件，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，這也是本清淤機(jī)在設(shè)計(jì)上的獨(dú)到之處。
圖3-4 絞葉圖
3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.4.1 材料選擇
由于絞籠軸主要用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，絞籠軸工作時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力為循環(huán)變應(yīng)力，
表3-1 軸的常用材料及主要力學(xué)性能
材料牌號(hào)
熱處理
毛坯直徑（mm）
硬度/HBS
抗拉強(qiáng)度極限
屈服強(qiáng)度極限
彎曲強(qiáng)度極限
剪刀疲勞極限
許用彎曲應(yīng)力
備注
45
正火回 火
<100
170～217
590
295
255
140
55
應(yīng)用最廣泛
>100～300
162～217
570
285
245
135
調(diào)質(zhì)
<200
217～255
640
355
275
155
60
故其主要失效形式為因疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)疲勞斷裂，有時(shí)還將產(chǎn)生塑性變形，脆性斷裂、磨損和振動(dòng)等失效形式，因此，考慮多方面要求以及韌性，耐磨性和加工工藝性等要求，選擇，調(diào)質(zhì)處理。
3.4.2 初步估算軸的最小直徑
用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法，對(duì)于既受轉(zhuǎn)矩又受變矩的轉(zhuǎn)軸而言，若轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)沒(méi)有確定，軸上零件的位置和支撐跨距無(wú)法確定，而本設(shè)計(jì)的絞籠軸，兩端都處于運(yùn)動(dòng)中，承受變應(yīng)力，變載荷；由己知得P＝8.82KW，n＝800r/min，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法來(lái)估算軸的最小軸徑；查軸常用材料的〔τ〕及C值，表如下：
表3-2 軸常用材料的〔τ〕及C值
軸的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
〔τ〕/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
C
149～126
135～112
126～103
112～97
由于選用功率為14.7KW的柴油機(jī)，其輸出到軸上的功率為8.82KW，轉(zhuǎn)速為800r/min，
按[6]式15－2 根據(jù)[6]表15-3=112 故：
d≥＝=23.27 mm
取mm
需要注意的是，利用上式計(jì)算得到的直徑為軸的最小直徑，若該段軸上有鍵槽，應(yīng)適當(dāng)放大軸的直徑，以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱影響，然后再將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。
由于考慮到1.軸上零件便于裝拆和調(diào)整；
2.軸上零件應(yīng)定位準(zhǔn)確，固定可靠；
3.軸應(yīng)具有良好的加工工藝性和裝配工藝性
4.軸應(yīng)受力合理，盡量減小應(yīng)力集中，并有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度。
3.4.3 擬定軸上零件的裝配方案及軸徑
因?yàn)榻g籠軸一端與萬(wàn)向節(jié)相連，另一端與絞吸頭相連，考慮能使絞吸頭固定在軸上，能與軸一起運(yùn)動(dòng)，故在軸上開(kāi)鍵槽，為了保證絞頭不隨鍵方向滑落，在軸端安裝兩個(gè)螺母，起到擰緊固定作用。其它軸端部分起到傳動(dòng)作用；考慮到加工問(wèn)題，將軸分為臺(tái)階軸，從左到右分別為I-II、II-III、III-IV、IV-V、V-VI、VI-VII六段。
圖3-4 絞籠軸
i. I-II段軸用于安裝圓螺母，用來(lái)固定絞吸頭。
ii. II-III段軸裝絞吸頭，軸段長(zhǎng)為60mm。
iii. III-IV軸肩用來(lái)?yè)踝〗g吸頭，起到固定絞吸頭的作用。
iv. IV-V段傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起到傳遞作用。
v. V-VI段起到連接作用。
vi. VI-VII段安裝鉸鏈，與萬(wàn)向節(jié)相連，起到連接，傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
1. I-II長(zhǎng)度為48mm，直徑為24mm。
2. II-III長(zhǎng)度為60mm，直徑為30mm。
3. III-IV段長(zhǎng)度為48mm，直徑為35mm。
4. IV-V長(zhǎng)度為210mm，直徑為40mm。
5. V-VI段長(zhǎng)度為48.5mm，直徑為35mm。
6. VI-VIII長(zhǎng)度為21.5mm，直徑為25（開(kāi)槽）。
3.4 軸的校核計(jì)算
軸的計(jì)算通常都是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求，必要時(shí)還應(yīng)校核軸的振動(dòng)穩(wěn)定性。
軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。此外，對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形。
3.4.1 求軸上的載荷
由于絞籠軸只考慮自重，所受的彎矩較小，可以忽略，主要承受扭矩，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。
抽的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；
T——軸所受的扭矩，單位為N.mm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為;
N——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
P——軸傳遞的功率，單位為KW；
D——計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa，見(jiàn)表3-3；
表3-3 45鋼軸的及值
軸的材料
45
/MPa
25~45
126~103
因此可得：
故根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核安全。
3.5 鍵連接的選擇及校核計(jì)算
表3-3 鍵
代號(hào)
直徑
（mm）
工作長(zhǎng)度
（mm）
工作高度
（mm）
轉(zhuǎn)矩
（N·m）
極限應(yīng)力
（MPa）
絞籠軸
12×8×60（雙頭）
70
50
6
1600
108.4
由于鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微，而配合的鍵槽、鍵均的強(qiáng)度都是45#以上，所以許用擠壓應(yīng)力為，所以上述鍵皆安全。
3.6聯(lián)軸器的選擇
3.6.1 聯(lián)軸器選用要求
在選擇標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件，如承載能力、轉(zhuǎn)速、兩軸相對(duì)位移、緩沖吸振以及裝拆、維修更換易損元件等綜合分析來(lái)確定。具體選擇時(shí)可考慮以下因素：
i．原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的機(jī)械特性 原動(dòng)機(jī)的類型不同，其輸出功率和轉(zhuǎn)速，有的是平穩(wěn)恒定的，有的是波動(dòng)不均勻的，而各種工作機(jī)的載荷性質(zhì)差異更大，有的甚至是強(qiáng)烈沖擊或振動(dòng)，這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇，是選型的主要依據(jù)之一。對(duì)于載荷為平穩(wěn)的，可選用剛性聯(lián)軸器，否則宜選用撓性聯(lián)軸器。
ii．聯(lián)軸器連接的軸系及其運(yùn)轉(zhuǎn)情況 對(duì)于連接軸系的質(zhì)量大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，而又經(jīng)常啟動(dòng)、變速或反轉(zhuǎn)的，應(yīng)考慮選用能承受較大瞬時(shí)過(guò)載，并能緩沖吸振的聯(lián)軸器。
iii．工作機(jī)的轉(zhuǎn)速高低 對(duì)于需高速運(yùn)轉(zhuǎn)的兩軸連接，應(yīng)考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平衡精度特性，以削除離心力產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，避免相關(guān)元件因磨損和發(fā)熱而降低傳動(dòng)質(zhì)量和使用壽命。
iv．聯(lián)軸器的對(duì)中和對(duì)保持程度 保持良好的對(duì)中是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提，可防止產(chǎn)生過(guò)大附加載荷及其他不良工況。選擇的聯(lián)軸器不但要補(bǔ)償安裝時(shí)難免存在的一定相對(duì)偏差，還應(yīng)預(yù)計(jì)到能補(bǔ)償兩軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的相對(duì)位移。
v．聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及工作特性 聯(lián)軸器的外形尺寸，安裝、拆卸所需的空間大小和難易程度以及對(duì)維護(hù)的要求等都應(yīng)與連接裝置的具體配置和要求相適應(yīng)。
vi．聯(lián)軸器的可靠性、使用壽命和工作環(huán)境 對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，不允許運(yùn)轉(zhuǎn)工作臨時(shí)中斷的傳動(dòng)，最好選用不需潤(rùn)滑、無(wú)非金屬?gòu)椥栽穆?lián)軸器。高溫和含有腐蝕性介質(zhì)的場(chǎng)所應(yīng)避免使用橡膠彈性元件的聯(lián)軸器。有灰塵、潮濕的環(huán)境應(yīng)使用有罩殼的聯(lián)軸器。
vii．聯(lián)軸器的制造、安裝和維護(hù)的成本。
由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。
3.6.2絞籠軸聯(lián)軸器的選用設(shè)計(jì)計(jì)算
聯(lián)軸器的品種、型式、規(guī)格很多，每一種都有各自的特點(diǎn)和適用范圍，其中常用的已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，一般情況下，設(shè)計(jì)人員無(wú)需自行設(shè)計(jì)，只需要根據(jù)工作條件和工作要求選擇合適的類型，然后按照軸的直徑d、轉(zhuǎn)速n和計(jì)算轉(zhuǎn)矩T從標(biāo)準(zhǔn)中選擇所需要的型號(hào)和尺寸，必要時(shí)對(duì)少數(shù)關(guān)鍵零件作校核計(jì)算。在選擇和計(jì)算聯(lián)軸器時(shí)，傳遞的最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩以及過(guò)載等因素，一般以聯(lián)軸器所需傳遞的計(jì)算轉(zhuǎn)矩T小于所選聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩〔T〕為原則。
由于傳動(dòng)軸系載荷變化性質(zhì)不同以及聯(lián)軸器本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能不同，聯(lián)軸器實(shí)際傳遞的轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)軸系理論上所需傳遞的轉(zhuǎn)矩不同，但確定機(jī)器的這些載荷往往需要繁瑣的計(jì)算。因此，當(dāng)最大轉(zhuǎn)矩不易準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)，通常可把名義工作轉(zhuǎn)矩乘以一些影響系數(shù)來(lái)考慮這些因素的影響?？紤]了影響系數(shù)之后計(jì)算轉(zhuǎn)矩T為：
由于裝置為一般減速器，原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)，考慮到轉(zhuǎn)矩變化較大，所以工作情況系數(shù)為。
計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
所以考慮選用彈性柱銷聯(lián)軸器TL4（GB4323-84），但由于聯(lián)軸器一端與柴油機(jī)相連，其孔徑受柴油機(jī)外聯(lián)接軸徑限制，所以選用TL5（GB4323-84）
其主要參數(shù)如下：
材料HT200
公稱轉(zhuǎn)矩140N.m
軸孔直徑，
裝配尺寸
半聯(lián)軸器厚
（[1]P163表17-3）（GB4323-84）
3.7 轉(zhuǎn)移、運(yùn)輸及行走方面的設(shè)計(jì)
此種帶水作業(yè)的水上清淤機(jī)存在的主要問(wèn)題之一就是池塘間轉(zhuǎn)移及運(yùn)輸上、下車時(shí)的困難，由于整個(gè)船結(jié)構(gòu)質(zhì)量在800kg左右，要15～20人才能搬動(dòng)，在池塘中搬起來(lái)更是難上加難，使清淤機(jī)在農(nóng)村的使用和推廣受到一定的限制。
為了解決這一問(wèn)題，同時(shí)又不要增加很多成本，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了能快裝折陸地行走機(jī)構(gòu)，也就是在船底部插裝6個(gè)鐵芯輪，中間一對(duì)，輪子軸線布置在船體質(zhì)心附近，同時(shí)設(shè)計(jì)了一幅專門的滑道，可折疊，上、下車時(shí)可將滑道搭在車箱后，船體沿滑道推進(jìn)車箱，下車時(shí)沿滑道滑下。放入池塘的過(guò)程也基本上如此，這樣就使大的部件也無(wú)需拆卸，極大的方便了工作地點(diǎn)的轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸。
第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)
本次設(shè)計(jì)，是大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課程以及全部專業(yè)課程和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的綜合。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的鍛煉。它在我們四年的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中占有很重要的地位。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練,從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,為今后參加祖國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)查閱了有關(guān)手冊(cè)、教材，并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)重要步驟進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和說(shuō)明,必要處都有校核。裝配圖和零件圖按照國(guó)家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和模具設(shè)計(jì)的習(xí)慣畫法繪制,通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步熟悉了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技術(shù)文件和設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力得到了提高，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決一些實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。圓滿地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)中我最大的感受是：理論與實(shí)踐必須相結(jié)合，只有將正確的理論應(yīng)用于實(shí)踐中，才能真正發(fā)揮理論的價(jià)值，才能更深刻地了解和掌握理論的真正內(nèi)涵，而要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合必須有一定的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在這方面，我很欠缺，還在待于在日后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作中來(lái)彌補(bǔ)和提高。此外，設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)繁重的工作，必須具有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和頑強(qiáng)的決心和毅力。對(duì)軟件的要求也很高，而軟件的熟悉必須通過(guò)不斷的練習(xí)，最好使用快捷鍵。必要時(shí)可以在一些專業(yè)論壇里向前輩請(qǐng)教。
由于能力所限,經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處,懇請(qǐng)各位老師給予指教。
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