水葫蘆自動清理壓縮船結(jié)構(gòu)設計及其仿真

趙達境++占向輝

摘 要：從清理水葫蘆實際工程應用出發(fā)，對現(xiàn)有技術進行了整合，設計了一種一體化打撈船，對打撈上來的水葫蘆進行脫水、壓縮處理，在節(jié)約船上有限的儲存空間和燃料的同時提高了工作效率。

關鍵詞：水葫蘆；自動清理壓縮船；Siemens NX；結(jié)構(gòu)設計

中圖分類號：U661.42 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.078

近幾年，人們開發(fā)了多種清理水葫蘆的機械設備，它們大大降低了人們的勞動強度，提高了人們的工作效率。但縱觀水葫蘆機械清理設備，仍存在一些不合理之處。比如有一種水葫蘆清理船，船頭前端裝有刀具，在它前進的過程中刀具連續(xù)轉(zhuǎn)動，將水葫蘆就地打碎，以此來疏通航道。這種設備的缺點是沒有將打碎的水葫蘆收集起來，將會對水體造成二次污染。還有一種常見的清理方式是用機械設備直接將水葫蘆打撈起來，這類設備有幾個缺點：①傳統(tǒng)機械打撈臂從抓斗進入水中打撈水葫蘆到將水葫蘆轉(zhuǎn)運到裝載機上，需要花費一定的時間，抓斗轉(zhuǎn)向進行打撈或卸貨時需要消耗大量動能；②抓斗在打撈起水葫蘆會將水葫蘆中夾帶的水、泥沙和金屬等雜物一同打撈進運載機中，造成不必要的能量消耗；③傳統(tǒng)打撈機械只能進行簡單的打撈，機械一體化集成度低、功能單一。

在當前的技術條件下，我們思考設計一款水葫蘆設備，兼具節(jié)能、環(huán)保、高效等一系列的優(yōu)點，在清理水葫蘆的同時對收集上來的水葫蘆進行預處理，既方便儲存，又可以節(jié)省后續(xù)的加工成本。經(jīng)過調(diào)查研究，我們決定設計一種新產(chǎn)品——水葫蘆自動清理壓縮船。

1 水葫蘆自動清理壓縮船結(jié)構(gòu)及工作原理

水葫蘆自動清理壓縮船主要結(jié)構(gòu)分為動力和處理兩部分。

1.1 動力部分

如圖1所示，動力部分由履帶、螺旋槳、船體、支撐桿和浮箱組成，并使用柴油機作為動力源。浮箱和船體為整船提供浮力，螺旋槳為清理船提供前進的動力。如果螺旋槳被漂浮物卡住無法旋轉(zhuǎn)，那么履帶可繼續(xù)為清理船提供前進動力。

1.2 處理部分

1.2.1 收集

采用履帶式收集板將水葫蘆從水里打撈上來，撥片做旋轉(zhuǎn)移動，不斷地將水面上的水葫蘆撥到傳送帶上，再由傳送帶將水葫蘆輸送到打撈船上。此結(jié)構(gòu)簡單、可靠，適合打撈浮在水面上的物體。

1.2.2 除雜粉碎

在水葫蘆被提升到收集板頂端，接著掉入除雜機構(gòu)進行打斷、除雜處理，最后進入粉碎腔進行粉碎。除雜機構(gòu)可除去水葫蘆攜帶的大部分沙石泥土，在減少不必要負載的同時將水葫蘆提純，減少雜質(zhì)對粉碎機構(gòu)的刀片和腔壁的磨損。

1.2.3 壓榨

采用滾輪式壓榨機對粉碎后的水葫蘆碎塊進行脫水處理，經(jīng)過層層壓榨，水葫蘆含有的水分被擠出并沿著管道進入廢液箱，待清理船靠岸卸載的同時使用水泵將廢液泵出。

1.2.4 壓縮成型

經(jīng)過滾輪式壓榨機壓榨后的水葫蘆掉入壓縮成型機，利用其內(nèi)部螺旋推進器將水葫蘆碎塊推到成型機端部堆積壓縮，最終從端部出口排出成型。

1.2.5 儲存

壓縮后的棒狀水葫蘆進入儲存?zhèn)}儲存，待靠岸之后，利用傳送帶將其拋出卸載。至此，整個清理流程結(jié)束。

經(jīng)反復考慮各種功能結(jié)構(gòu)，最終選擇本文所述的機構(gòu)組合，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和功能創(chuàng)新。水葫蘆從收集到最后的卸載，都是在接近封閉的情況下進行的。這避免了水葫蘆的殘體掉落水中，造成二次污染。

2 三維設計及仿真

2.1 設計工具

在整個設計過程，我們使用的是西門子一體化軟件NX 8.0 ，并使用NX軟件的自頂向下的設計方法實現(xiàn)設計過程中尺寸和結(jié)構(gòu)的關聯(lián)，提高設計效率。

2.2 設計結(jié)果

最終設計結(jié)果如圖3所示。

2.3 粉碎軸有限元分析

粉碎軸是粉碎腔的一個重要配件，它帶動刀片在粉碎腔里高速旋轉(zhuǎn)，將水葫蘆粉碎。粉碎軸軸向兩端由軸承支撐，粉碎軸上有5片盤片，每片分別連接3片刀片。最終分析結(jié)果如圖4所示，符合應力要求。

3 結(jié)論

水葫蘆自動清理壓縮船集打撈、脫水、壓縮和儲存于一體，有機地將現(xiàn)今成熟的技術有機地結(jié)合到一起，實現(xiàn)了對水葫蘆的自動脫水和壓縮，大大減少了后期加工成本。在整個處理過程無二次污染，降低了水葫蘆再次爆發(fā)的概率，符合可持續(xù)發(fā)展的潮流。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕