圓形檢查井連續(xù)自動清淤裝置的設計*

吳修玉，肖書浩，周 嚴，李 碩

（華中科技大學武昌分校機電與自動化學院，湖北武漢 430064）

0 引言

作為排水管系統(tǒng)的構筑物，檢查井起著定期檢查和清通，連接上下游管道及旁支管道等作用。一旦排水管道出現(xiàn)了堵塞現(xiàn)象，檢查井也是清淤設備的進入和安放的場地，因此其在市政排水管道的清淤工作中起著十分重要的作用。目前，我國城市的檢查井口多為圓形的，直徑從500 mm～800 mm為主，排水管道直徑在1 500 mm～2 000 mm之間[1]。近年來多個內(nèi)地城市遇到暴雨而出現(xiàn)的“看?！爆F(xiàn)象暴露了當前排水管道建設跟不上城市建設步伐的現(xiàn)狀，而排水管道的清淤問題也再次被重視起來。目前采取的管道清淤方式多為人工操作，清淤效率低、勞動強度大且有一定的危險性。作者根據(jù)實地調(diào)研和考察，設計了一種針對于圓形檢查井的連續(xù)自動清淤裝置，可大大改善清淤的效果[2]。

1 建立模型

以檢查井口直徑為660 mm、排水管道尺寸為2 000 mm×2 500 mm為參數(shù)建立箱涵的三維模型圖，如圖1所示。該模型是以實際的市政管道箱涵為依據(jù)，在結構上進行了少許的改變，如增加了檢查井的沉槽，其目的是為了方便的安放清淤工具。

圖1 圓形檢查井箱涵結構示意圖

2 清淤裝置動力端設計

清淤裝置動力端主要的結構如圖2所示，其主要由動力機構、支撐機構、傳動機構和移動機構組成，負責管道淤泥的抽取和排放功能。

圖2 清淤裝置動力端結構圖

（1）動力機構

該清淤裝置采用的是液壓徑向柱塞馬達驅動的方式，主動鏈輪2被馬達驅動后開始轉動，從而帶動傳動鏈條和從動鏈輪運轉，挖泥泥斗懸掛在傳動鏈上，可以方便摘取，工作時可根據(jù)需要調(diào)整其個數(shù)，挖泥斗9在傳動鏈的傳動時前進收取淤泥。液壓驅動的動力方式結構簡單，體積較小，且沒有較多的電氣管線，安全性較好。

（2）支撐機構

動力端裝置在開始工作前需要先固定在一個位置，其主要是由頂部固定支架和底部固定支架靠緊在排水管周圍的固體壁面上，伸縮固定液壓缸伸出直至頂緊在檢查井底部的前后兩端土壤層，從而實現(xiàn)裝置的固定。該固定方式同樣采用液壓缸的方式，使用方便，調(diào)節(jié)方便，其伸縮缸有一定的工作行程，可適用于不同尺寸的檢查井中。

（3）傳動機構

由于一般的檢查井之間的間距在5～6米之間，距離較長，所以設計使用了鏈條傳動的方式，為保證其傳動效果和懸掛泥斗，設計了雙列鏈條的傳動方式，其傳動鏈輪如圖3所示。經(jīng)計算，該傳動方式穩(wěn)定可靠。當裝完了淤泥的泥斗傳動到儲泥桶上方時，由于其開口朝下，淤泥都會被傾倒到儲泥桶8中，完成一個工作循環(huán)。

圖3 動力端主傳動鏈輪

（4）移動機構

在工作時，該裝置的動力端可根據(jù)清淤的實際工況和淤泥的成分及深度等移動一定的距離，其主要有上下的升降移動和前后的垂直移動兩種情況。升降移動由液壓伸縮缸11來實現(xiàn)，當需要調(diào)整傳動清淤的深度時，液壓伸縮缸可伸縮一定的行程；前后的移動主要是由滾輪來實現(xiàn)的，如圖2中的12和13，其要配合伸縮固定液壓缸一起使用，滾輪隨著伸縮缸的伸出和縮回可方便的前后移動。該裝置由于在各個方向的移動都比較方便，因此其使用起來非常的靈活，可在清淤的過程當中盡量避免留下死角。

3 清淤裝置張緊端設計

清淤裝置的張緊端安放在動力端相鄰的一個檢查井中，其主要結構組成和動力端相似，差別是沒有動力端部分而是安裝了一個張緊缸。張緊端機構的結構如圖4所示，其和動力端一樣可以方便的進行升降和前后移動，主要作用是調(diào)整傳動鏈條的張進度，保證其運動強度和清淤效果，同時也起著傳動的作用。

圖4 清淤裝置張緊端結構圖

張緊端工作原理：張緊端核心部件是張緊缸，其結構如圖5所示。當在清淤工作過程中發(fā)現(xiàn)傳動鏈條松緊度不合適的時候，可通過液壓伸縮缸的伸縮來推動傳動鏈條的傳動軸前后移動一定的距離，從而實現(xiàn)鏈條的張緊。傳動鏈輪軸的兩端設計有滑動塊如圖3所示，在支撐板上開設有滑動槽如圖5所示，張緊缸工作的時候，滑塊就是在滑槽里前后移動實現(xiàn)調(diào)節(jié)，該方法簡單方便，安全可靠。

圖5 張緊缸結構示意圖

4 清淤裝置工作原理

整個清淤裝置的工作狀態(tài)如圖6所示，設計的圓形檢查井口直徑為660 mm，動力端和張緊端裝置所占用空間圓柱體直徑為540 mm，當開始清淤工作時，先將動力端裝置和張緊端裝置放入到檢查井中固定；采用傳統(tǒng)的“穿繩”法將鏈條布置好并調(diào)節(jié)好其張緊度，在工作的過程當中，裝置可根據(jù)需要合適的進行移動。挖泥斗中的淤泥都傾倒在儲泥桶2當中，再通過淤泥泵通過軟管將淤泥抽取到地面的運輸車，完成淤泥的轉移工作。整個工作過程人工參與較少，自動化程度較高，且工作穩(wěn)定可靠[3]。

圖6 清淤裝置工作示意圖

5 結論

針對目前大多數(shù)市政排水管道都為圓形檢查井口的現(xiàn)狀，該裝置能夠較好的完成清淤工作，且安全可靠、使用方便、自動化程度較高，可以解決當前清淤工作中的一些難點問題。

［1］盛金良，嚴敏東，龔海，等.城鎮(zhèn)排水管道清淤液壓抓斗挖掘過程建模與分析［J］.工程機械，2011（11）：34-35.

［2］莫曉亮.城市排水管道的清淤問題研究［J］.科學與財富，2012（6）：382-384.

［3］嵇鵬程，沈惠平.基于AT89C 51控制的排水管道清淤機器人的設計［J］.機械設計與制造，2012（12）：165-168.