CCG1000型割草船的設(shè)計(jì)與研究

[摘 要] 本文對市場現(xiàn)有機(jī)械式水上收割機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究后，提出一種全液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，介紹了CCG1000型割草船的工作原理、技術(shù)參數(shù)及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞] 割草船 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)] S23 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1003-1650 （2013）12-0179-01

一、前言

隨著生活水平的提高，人們越來越向往“小橋流水”如詩如意般的生活環(huán)境，向往“碧波蕩漾，魚鳥成群”的自然美景，為了順應(yīng)人們在這方面的要求，在城市綠地、公園建設(shè)和大型標(biāo)志性建筑中，人工湖泊、人工河道及景觀水池不斷涌現(xiàn)；為了美化城市環(huán)境和解決城市熱島效應(yīng)，城區(qū)內(nèi)的水體如大小湖泊、人工湖、護(hù)城河，以成為各個(gè)城市風(fēng)景建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。由于景觀水多為靜止或流動(dòng)性差的封閉緩流水體，一般具有水域面積小、易污染、水環(huán)境容量小、水體自凈能力低等特點(diǎn)，如果管理不善，很容易在不同程度上的污染，水體中產(chǎn)生氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的富集，藻類異常增殖使水體的透明度下降，溶解氧降低水質(zhì)嚴(yán)重惡化，導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。特別是齊齊哈爾勞動(dòng)湖水系，近些年來水草等藻類異常增殖，嚴(yán)重影響了水體質(zhì)量，市政府有關(guān)部門也積極采取了重要的措施，通過人工辦法進(jìn)行人工割草，再通過船運(yùn)方式進(jìn)行打撈，這不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且勞動(dòng)效率也非常低。

因此，研究一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全可靠的水中割草設(shè)備成為黑龍江省人工湖泊及景觀水體修復(fù)當(dāng)務(wù)之急，必將大大改善水體的質(zhì)量，提高了城市生活環(huán)境水平，也將大力推動(dòng)景觀水體污染治理工藝發(fā)展。

二、工作原理

該割草船主要由割送裝置、船體總成和液壓系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示

圖1 1、船體總成 2、液壓系統(tǒng) 3、割送裝置

其原理是整機(jī)通過柴油機(jī)帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪泵分別把油通過液壓控制元件分配器提供給每個(gè)液壓執(zhí)行元件來實(shí)現(xiàn)割刀往復(fù)切割、輸送、割臺(tái)升降、船體的行走一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。割刀采用液壓馬凸輪式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，同時(shí)割臺(tái)的升降由兩個(gè)液壓缸來實(shí)現(xiàn)，使其操作更加靈活方便、割茬高度可以在一定范圍內(nèi)自由控制，而割草船的行走采用定蹼式明輪結(jié)構(gòu)，這樣結(jié)構(gòu)就避免了船在淺水域中效率低，易使船體沉降，而且在有水草密集地方不易出現(xiàn)纏繞問題。

三、主要部裝設(shè)計(jì)

1.切割、輸送裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)整體結(jié)構(gòu)，我們采用帶有標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型護(hù)刃器的往復(fù)式切割器，動(dòng)刀片在液壓馬達(dá)凸輪式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下做橫向的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工作對象，主要用來收割湖泊等淺水域的水草，水草的生長情況比較復(fù)雜，同時(shí)考慮到環(huán)境保護(hù)等問題，必須將水草及時(shí)收集打撈，因此，必須在船體上設(shè)計(jì)輸送裝置。

通過分析，我們把切割裝置安裝在船體的前端，這樣選擇的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)切割和輸送水草一體化，使水草的漏收率也比較低，動(dòng)力輸入為液壓馬達(dá)傳動(dòng)，這樣避免了切割裝置動(dòng)力輸入端的傳動(dòng)路線長等因素影響。

由于水草切割裝置是在水中進(jìn)行作業(yè)，水草又比較密集，因此切割速度應(yīng)為1.8m—2.2m/s，切割部件均采用是有耐磨、耐體腐蝕、防銹性的材料，同時(shí)，我們在輸送架上安裝了兩個(gè)升降的兩個(gè)油缸，割茬高度在0—0.8m的范圍內(nèi)可自由調(diào)整高度，切割下來的水草能夠均勻的鋪放在傳送臺(tái)上一起收集，防止水草對水造成二次污染。

2.船體的明輪設(shè)計(jì)

水草收割機(jī)的工作環(huán)境是水深大于1.2米，切割裝置一般工作平均水深在0.6—0.8米之間，常用的推進(jìn)裝置有螺旋推進(jìn)器，空氣螺旋推進(jìn)器和明輪推進(jìn)器。螺旋式推進(jìn)器在淺水域中效率低，易使船體沉降，且在有水草的水域易出現(xiàn)，纏繞問題，空氣螺旋推進(jìn)器的制造工藝和使用維護(hù)要求很高且易翻船，而明輪推進(jìn)器平衡性好，不易出現(xiàn)纏繞，通過分析我們采用明輪推進(jìn)器。

我們采用定蹼式明輪結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡單、牢固、根據(jù)設(shè)計(jì)、計(jì)算，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：要想得到較高的效率，設(shè)計(jì)時(shí)必須有很大的直徑和比較低的轉(zhuǎn)速，這一特點(diǎn)完全適合船體特點(diǎn)。當(dāng)明輪低速液壓馬達(dá)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)蹼板依次進(jìn)出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生的作用力推船前進(jìn)。

該機(jī)構(gòu)中如圖2所示，明輪軸與驅(qū)動(dòng)明軸采用分體式結(jié)構(gòu)，這樣便于運(yùn)輸和維修，同時(shí)驅(qū)動(dòng)明輪軸的固定采用兩組深溝球軸承固定轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該割草船全部以液壓為動(dòng)力來源，并通過液壓控制來對割草船進(jìn)行船的行走、割臺(tái)升降、水草收割與輸送，整個(gè)液壓原理圖4所示，

1 油箱總成 、2雙聯(lián)齒輪油泵、3開關(guān)、4 壓力表、5多路換向閥、6 可調(diào)節(jié)流閥、7分流閥、8切割馬達(dá)、9輸送馬達(dá)、10雙作用液壓缸、11雙向液壓鎖、12液壓油管、13單向節(jié)流閥、14明輪馬達(dá)、15柴油機(jī)

液壓系統(tǒng)的其特點(diǎn)：

1.簡化結(jié)構(gòu)提高可靠性，割草船由多個(gè)工作裝置組成，各工作裝置分散在整機(jī)的各個(gè)部位，若過多地采用皮帶、齒輪、鏈條、等機(jī)械零件，一方面帶彩用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，另一方面導(dǎo)致可靠性較低，收割過程中出現(xiàn)水草可能會(huì)纏住傳動(dòng)部件，增加傳動(dòng)負(fù)荷甚至使機(jī)器卡死。運(yùn)用液壓技術(shù)，可以使割草船在結(jié)構(gòu)上獲得簡化，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種功能要求，可方便地控制各種參數(shù)，利于動(dòng)力分配及各裝置間的節(jié)拍整合與優(yōu)化，有利于提高收割船整體性能，提高可靠性。

2.實(shí)現(xiàn)操縱控制的多樣性，在雙聯(lián)齒輪泵運(yùn)載下即可方便的實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換向、變速、前進(jìn)、倒退制動(dòng)，變速只需一根操縱桿即可完成。

通過分析計(jì)算，該割草船通過兩種調(diào)速系統(tǒng)來完成整個(gè)液壓調(diào)速系統(tǒng)，割草船割臺(tái)升降液壓系統(tǒng)，輸送裝置液壓系統(tǒng)和切割液壓系統(tǒng)采用節(jié)流控制措施，這是因?yàn)榕_(tái)架升降對位置控制要求高，而輸送機(jī)構(gòu)和切割機(jī)構(gòu)對速度穩(wěn)定要求高，所以采用調(diào)速閥很容易控制轉(zhuǎn)速。割草船由于工作在水上的特點(diǎn)以及水草密度的不同，因而行走速度要求頻繁變化，采用容積調(diào)速方式較為合理。

四、結(jié)束語

割草船已經(jīng)過了多輪的設(shè)計(jì)試驗(yàn)、檢測，進(jìn)行了嚴(yán)格的生產(chǎn)考核，對相關(guān)參數(shù)與部件進(jìn)行了多輪的校正與修改，目前該機(jī)型完全可以直接應(yīng)用于生產(chǎn)。該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，性能可靠，操作簡單，維修保養(yǎng)方便，可大大減輕了人工打撈水草勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了城市景觀水體治理工藝工作效率，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。