圆形检查井连续自动清淤装置的设计*

2014-11-06吴修玉肖书浩

机电工程技术 2014年7期

吴修玉，肖书浩，周严，李硕

（华中科技大学武昌分校机电与自动化学院，湖北武汉 430064）

0 引言

作为排水管系统的构筑物，检查井起着定期检查和清通，连接上下游管道及旁支管道等作用。一旦排水管道出现了堵塞现象，检查井也是清淤设备的进入和安放的场地，因此其在市政排水管道的清淤工作中起着十分重要的作用。目前，我国城市的检查井口多为圆形的，直径从500 mm～800 mm为主，排水管道直径在1 500 mm～2 000 mm之间[1]。近年来多个内地城市遇到暴雨而出现的“看海”现象暴露了当前排水管道建设跟不上城市建设步伐的现状，而排水管道的清淤问题也再次被重视起来。目前采取的管道清淤方式多为人工操作，清淤效率低、劳动强度大且有一定的危险性。作者根据实地调研和考察，设计了一种针对于圆形检查井的连续自动清淤装置，可大大改善清淤的效果[2]。

1 建立模型

以检查井口直径为660 mm、排水管道尺寸为2 000 mm×2 500 mm为参数建立箱涵的三维模型图，如图1所示。该模型是以实际的市政管道箱涵为依据，在结构上进行了少许的改变，如增加了检查井的沉槽，其目的是为了方便的安放清淤工具。

图1 圆形检查井箱涵结构示意图

2 清淤装置动力端设计

清淤装置动力端主要的结构如图2所示，其主要由动力机构、支撑机构、传动机构和移动机构组成，负责管道淤泥的抽取和排放功能。

图2 清淤装置动力端结构图

（1）动力机构

该清淤装置采用的是液压径向柱塞马达驱动的方式，主动链轮2被马达驱动后开始转动，从而带动传动链条和从动链轮运转，挖泥泥斗悬挂在传动链上，可以方便摘取，工作时可根据需要调整其个数，挖泥斗9在传动链的传动时前进收取淤泥。液压驱动的动力方式结构简单，体积较小，且没有较多的电气管线，安全性较好。

（2）支撑机构

动力端装置在开始工作前需要先固定在一个位置，其主要是由顶部固定支架和底部固定支架靠紧在排水管周围的固体壁面上，伸缩固定液压缸伸出直至顶紧在检查井底部的前后两端土壤层，从而实现装置的固定。该固定方式同样采用液压缸的方式，使用方便，调节方便，其伸缩缸有一定的工作行程，可适用于不同尺寸的检查井中。

（3）传动机构

由于一般的检查井之间的间距在5～6米之间，距离较长，所以设计使用了链条传动的方式，为保证其传动效果和悬挂泥斗，设计了双列链条的传动方式，其传动链轮如图3所示。经计算，该传动方式稳定可靠。当装完了淤泥的泥斗传动到储泥桶上方时，由于其开口朝下，淤泥都会被倾倒到储泥桶8中，完成一个工作循环。

图3 动力端主传动链轮

（4）移动机构

在工作时，该装置的动力端可根据清淤的实际工况和淤泥的成分及深度等移动一定的距离，其主要有上下的升降移动和前后的垂直移动两种情况。升降移动由液压伸缩缸11来实现，当需要调整传动清淤的深度时，液压伸缩缸可伸缩一定的行程；前后的移动主要是由滚轮来实现的，如图2中的12和13，其要配合伸缩固定液压缸一起使用，滚轮随着伸缩缸的伸出和缩回可方便的前后移动。该装置由于在各个方向的移动都比较方便，因此其使用起来非常的灵活，可在清淤的过程当中尽量避免留下死角。

3 清淤装置张紧端设计

清淤装置的张紧端安放在动力端相邻的一个检查井中，其主要结构组成和动力端相似，差别是没有动力端部分而是安装了一个张紧缸。张紧端机构的结构如图4所示，其和动力端一样可以方便的进行升降和前后移动，主要作用是调整传动链条的张进度，保证其运动强度和清淤效果，同时也起着传动的作用。

图4 清淤装置张紧端结构图

张紧端工作原理：张紧端核心部件是张紧缸，其结构如图5所示。当在清淤工作过程中发现传动链条松紧度不合适的时候，可通过液压伸缩缸的伸缩来推动传动链条的传动轴前后移动一定的距离，从而实现链条的张紧。传动链轮轴的两端设计有滑动块如图3所示，在支撑板上开设有滑动槽如图5所示，张紧缸工作的时候，滑块就是在滑槽里前后移动实现调节，该方法简单方便，安全可靠。

图5 张紧缸结构示意图

4 清淤装置工作原理

整个清淤装置的工作状态如图6所示，设计的圆形检查井口直径为660 mm，动力端和张紧端装置所占用空间圆柱体直径为540 mm，当开始清淤工作时，先将动力端装置和张紧端装置放入到检查井中固定；采用传统的“穿绳”法将链条布置好并调节好其张紧度，在工作的过程当中，装置可根据需要合适的进行移动。挖泥斗中的淤泥都倾倒在储泥桶2当中，再通过淤泥泵通过软管将淤泥抽取到地面的运输车，完成淤泥的转移工作。整个工作过程人工参与较少，自动化程度较高，且工作稳定可靠[3]。