智能绞吸式挖泥船设计

智能绞吸式挖泥船设计

张宇豪，王梦寻，李涛，孙乐瑶，谢硕

绍兴文理学院机械与电气工程学院，绍兴312000

摘要：随着我国经济的发展，环境问题也日益严重，对环境的治理刻不容缓。针对河道淤泥处理问题，我们设计了智能绞吸式挖泥船。本设计融合了电子控制技术、网络控制技术、蓝牙技术，实现了挖泥过程的远程操控。探测淤泥的深度情况后，通过控制电机带动机用绞刀转动，开启抽泥泵形成负压将淤泥吸到挖泥船的收集装置中，实现河流泥沙淤积减排。通过控制升降电机的转动实现刀头的角度调整，配合尾杆固定和船体转向还可实现船体的扇形转动扩大工作面积，提高挖泥船的挖泥效率。

关键字：绞吸式、清淤、智能

1.引言

我国是一个幅员辽阔、江湖密布有着漫长海岸线的大国，且自然生态环境复杂，加上人类活动对江河的影响很大，江河泥沙淤积状况十分严重，造成了很多自然灾害。据中国江河开发公司统计，平均每年有近9亿立方米的泥沙淤积在江、河、湖、水库中，且人类剧烈活动对河流的来水来沙过程产生了重要的影响，使河床演变规律发生了巨大的变化，每年的疏浚工程量十分巨大[1]。在这种背景下，本文设计的智能绞吸式挖泥船解决了传统机械式挖泥机缺陷，在便捷的同时兼顾了实用性、操作简易性。大大提高了治理淤积的效率，实现河流泥沙淤积减排的智能化、数字化。

2.设计方案

本文设计的智能绞吸式挖泥船通过蓝牙无线电通讯远程发出指令，绞吸式挖泥船行进到指定位置并将绞吸头探入水底，尾杆下降扎入泥里固定船身，引擎转动船体，让绞刀头在扇形面上工作，绞刀将水底的淤泥通过绞茏旋转搅动，使其泥面挖松呈沸腾状，再通过泥浆泵将泥浆等抽吸上来，通过排泥管输送到指定位置。本设计分为5个系统：电路控制系统，刀头传动系统，尾杆升降系统，泥浆泵系统，动力系统。

3.工作原理

绞吸式挖泥船是机械式挖泥船与水力式挖泥船的组合。运用机械式的绞刀对泥土、沙层进行切削，使泥与水融为泥浆，从而增加了泥浆浓度，再运用泥泵将沙与水的混合体（沙浆）吸入并排出。

其基本工作原理是通过船上离心式泥泵产生一定的真空，把挖掘所得的泥浆吸入、泵出再通过船上输泥管线排出。其特点为：

（1）输泥管子安装在绞刀头内部。

（2）船尾安装有尾杆装置，用于挖泥作业中船体的定位、小位置移动。

（3）抽泥泵泵出的淤泥通过输泥管排出在指定的排泥区，以达到河道疏浚与围海造田的目的。

4.设计系统

4.1刀头传动系统

本设计使用了圆锥齿轮机构，用皮带轮与皮带的配合实现传动。电机连接皮带轮，用皮带带动连接有另一皮带轮的圆锥齿轮，实现传动。两个圆锥齿轮的啮合，实现从纵向转动转化为横向转动，从而带动绞刀头的转动。锥形齿轮与皮带轮通过轴连接，齿轮与套筒通过轴和轴承的配合进行连接。绞刀头通过轴与锥形齿轮连接，两者相对静止，轴承固定于套筒上，轴在轴承内转动，带动绞刀头转动。转动装置模型如图1所示。

图1传动装置模型图

4.2尾杆升降系统

本设计通过齿轮齿条配合实行齿条桩的上下移动实现升降功能，在齿条桩外有限位槽限制齿条桩的横向移动。通过纵向移动让齿轮状插入泥土中固定船身，开启转向系统与绞刀系统，进行扇形面积工作，使得工作面更广，更全面。还可以通过机械桩的升降实现船体的小位置前移和横移，方便了挖泥船的工作。尾杆升降系统模型图如图2所示。

图2尾杆升降系统模型图

4.3电路控制系统

遥控船的控制系统包括两个部分，一部分为人机交互模块，即主控部分，另一部分为执行模块，即交互部分，和主控部分之间通过蓝牙进行无线通讯，和串口屏进行有线通讯。控制过程示意图如图3所示。

图3控制过程图

5.结语

我国每年都要培养一批疏浚操作人员，传统的培训一般是基于船舶操作理论教学和真船实习的方式，而这种培训方式不仅会给训练人员带来一定的人身风险，还会在培训过程中容易造成能源浪费【2】。本文的设计解决了传统挖泥机的缺陷，保证了使用和操作时的安全性，解放了人们的同时也产生了经济效益，为环境治理做出了极大的贡献。

参考文献：

[1]闭治跃. 挖泥船泥浆管道输送系统效率优化与控制研究[D].浙江大学,2008.

[2]郑庆云,眭演祥.基于3DS Max的绞吸式挖泥船建模与骨骼系统设计[J].电子产品可靠性与环境试验,2020,38(01):24-28.