宽适应高效环保清淤清浮疏浚机器装置设计

何光宇，缪 宏，巩青松，高 锋，李 爽，李孟丽

（1.扬州大学机械工程学院；2.扬州华特铝业环保科技有限公司，江苏 扬州 225128）

0 引 言

目前，在我国港口、航道、内河以及湖泊清淤工程中，主要采用河道排干清淤以及抓斗式、泵吸式、铰吸式清淤等方式。分析其方法技术使用方面，发现存在清淤船等清淤设备体积过大、不适合小型水域作业、清淤装置清淤过程流场较大等不足之处。因此设计一款合理、适应性强的清淤装置对于我国河道清淤工作具有重要的意义。

本文设计一种宽适应高效环保清淤清浮疏浚机器装置，从清淤疏浚机器防绞机身驱动结构、清淤清浮机构、防堵输送机构出发，解决现阶段清淤疏浚机器本体结构优化设计、环保清淤关键技术等难题，提高清淤疏浚智能机器在各种环境下的适用性。

1 整体结构设计

结合国内外清淤疏浚船只的核心技术发展，从符合小规模环保清淤的角度入手，研究清淤清浮装置工作的可靠性与适应性，设计宽适应高效环保清淤清浮疏浚机器装置，如图1 所示。

该装置主要由机架、机身驱动系统、清淤清浮机构、防堵输送机构等部分组成，经过协同优化，解决现有清淤造成的二次污染扩散、无法环保清淤的问题，为我国水资源的保护提供可靠的技术支持。

2 自平衡可原地回转式防绞机身驱动机构

清淤机器装置机身驱动机构主要由推进系统、自平衡系统以及电气设备控制系统组成，机身结构简图如图2 所示。

本机构采用2 个小型的轴流式推进器，安置于机身中部两侧，保证运行过程的平稳性以及较好的动力性，实现0.6 m/s 的预定前进速度。机构可实现原地回转的推进系统，采用涡轮蜗杆式结构，实现推进器的360°回转；前进后退过程中，通过电机驱动涡轮蜗杆带动中部两侧推进器实现转动，改变运动方向，转弯过程中，控制两个推进器推进方向相反，实现设备围绕中心的原地转动，解决转弯半径大的问题，提高设备对地形适应性。机构自平衡结构，采用浮筒与可旋转浮体相配合结构，浮筒用来平衡前置清淤机构的重力以及抽吸造成的不平稳性，当设备发生倾斜时，旋转浮体可绕活动轴承迅速响应产生偏转，改变自身吃水深度，机身在自身重力的作用下保持水平，实现设备运行过程的稳定性。

3 可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构

清淤清浮机构由清淤铰刀、抽吸泵以及关节臂组成，结构简图如图3 所示。

机构采用同轴互逆螺旋式清淤铰刀，清理淤泥时，互逆螺旋式结构可保证被破碎的淤泥顺着铰刀槽集中到中间，起到防扩散的作用，同时提高抽吸泵的效率；对淤泥层的清理采用液压式关节臂，实现铰刀的多角度变换作业；为了实现清淤清浮一体化，本机构采用上下一体式清淤清浮机构，在机身周围水平位置布置吸口，实现对水面浮萍的清除作业。

4 低阻尼自浮式可快速锁紧防堵输送机构

输送机构主要由表面浮体材料、柔性管道以及连接装置组成，管路结构如图4 所示。

管道采用PEN 纤维织物，具有一定的柔性和强度，内外壁阻尼较低，增强了管路的柔性与强度，防止堵塞和爆管；本机构采用可将旋转动力转换为转动力矩的压紧装置，辅以带可伸缩卡爪的螺旋弹簧限位式智能自动锁紧机构，实现输送管道与输泥泵快速锁紧的目的。

5 结 语

通过本设计，可达到清淤最小回转半径≤1 m、污染物扩散范围≤1 m3，能有效解决清淤疏浚器械存在环境适应能力差、工作过程平稳性不足、清除机构功能性单一，易造成二次污染的问题，具有重要的社会和经济意义。