一種新型的襯砌渠道清淤設(shè)備

宗理華，張林，桑國(guó)慶

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東　濟(jì)南　250014；2.濟(jì)南大學(xué)，山東　濟(jì)南　250022）

一種新型的襯砌渠道清淤設(shè)備

宗理華1，張林1，桑國(guó)慶2

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250014；2.濟(jì)南大學(xué)，山東濟(jì)南250022）

為滿足調(diào)水工程中襯砌渠道常年輸水的需要，研制了一種新型的渠道清淤車，能夠在不影響輸水的條件下執(zhí)行高效的清淤作業(yè)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)渠坡和水下行走、挖泥排泥、排除堵塞及水下密封等方面試驗(yàn)，表明清淤車完全能夠勝任襯砌渠道的清淤任務(wù)。

襯砌渠道；清淤設(shè)備；南水北調(diào)

為保證渠道正常的輸水運(yùn)行。大部分輸水渠道需進(jìn)行定期清淤，但目前還沒有用于襯砌渠道的機(jī)械化清淤設(shè)備。河湖疏浚一般采用絞吸式挖泥船，但其鋼樁定位和跨步行走的工作方式不適合于襯砌硬底、斷面窄淺的渠道清淤。泥漿泵抽排淤積物的作業(yè)方式，則不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能造成襯砌渠道的揚(yáng)壓力破壞。因此，需要一種適用于襯砌渠道的新型的機(jī)械化清淤設(shè)備。

1　工作原理

利用襯砌渠道的渠底堅(jiān)硬平整、渠水清淺流緩和渠寬視線可及的特點(diǎn)，采用水下低速行走和目視遙控操作的思路研制了一種新型的全液壓襯砌渠道潛水清淤車（以下簡(jiǎn)稱清淤車）。其設(shè)計(jì)方案主要描述如下：

1）渠道清淤車以潛水電機(jī)為動(dòng)力，在水下工作，其工作裝置全部采用液壓驅(qū)動(dòng)。岸上（船上）的柴油發(fā)電機(jī)組通過(guò)動(dòng)力電纜向水下裝置中的潛水電機(jī)供電。岸上（船上）的操作面板中的控制器和水下裝置中的控制器通過(guò)控制電纜相連。

2）渠道清淤車為低速行走車輛，且必須全部清除掉其前面的淤積物后才能繼續(xù)向前行走，以防陷入軟泥中進(jìn)退不得。

3）渠道清淤車采用橡膠履帶式底盤，車架與底盤剛性連接。在車架上固定安裝潛水電機(jī)和密封箱，液壓泵組、液壓油箱和控制閥組都集成在密封箱中；在車架上設(shè)舉升裝置，舉升裝置掛接螺旋絞刀和泥泵。履帶行走馬達(dá)、螺旋絞刀馬達(dá)、泥泵馬達(dá)和舉升臂等水下工作裝置全部為液壓驅(qū)動(dòng)，依靠密封箱中的液壓泵組為其提供動(dòng)力。

4）渠道清淤車兩側(cè)各設(shè)置一根信號(hào)桿，頂部探出水面并裝設(shè)方向指示，操作人員手持便攜式的操作面板，目視觀察清淤車的位置和行走方向，控制清淤車的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向，以及舉升機(jī)構(gòu)、泥泵和螺旋絞刀的動(dòng)作。

5）渠道清淤車在水下邊工作邊行走，螺旋絞刀絞削渠底淤積物，攪拌形成泥水混合物并收集到泥泵進(jìn)口，排泥管路將泥泵抽吸的泥水混合物輸送到岸上排泥場(chǎng)。

6）遇到石塊堵塞泥泵的情況時(shí)，渠道清淤車將泥泵舉升到水面上，并靠近岸邊，操作人員排除堵塞。

7）渠道清淤車自行上下較緩的岸坡，陡坡時(shí)則借助于手動(dòng)助力絞盤。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

渠道清淤車按照水下行走、全液壓傳動(dòng)、水下與岸上雙向通訊、遠(yuǎn)程電氣控制的思路進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

車體是所有部件的安裝平臺(tái)。渠道清淤車采用整體焊接式車體，中間為一個(gè)密封箱體，后部安裝凸緣潛水電機(jī)，前部為絞刀和泥泵等工作裝置，兩側(cè)的下部為履帶行走裝置的縱梁（也稱臺(tái)車架），兩側(cè)的后上部為舉升機(jī)構(gòu)支承。從節(jié)約開發(fā)成本和提高工作可靠性出發(fā)，水下工作的分動(dòng)力箱、液壓泵、液壓閥、液壓油箱、電氣元件等都采用陸地設(shè)備的通用元件，不單獨(dú)進(jìn)行水下密封和防腐蝕專門設(shè)計(jì)，所以將其安裝在密封箱體中。密封箱體與外部元件之間沒有動(dòng)密封，其密封性能容易得到保證。

圖1　渠道清淤車外形圖

表1　渠道清淤車主要技術(shù)參數(shù)

3　現(xiàn)場(chǎng)清淤試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)清淤試驗(yàn)地點(diǎn)為南水北調(diào)東線穿黃河南干渠（樁號(hào)0+100～0+400），該段渠道為全斷面混凝土襯砌，渠道底寬34.5 m，邊坡系數(shù)1∶2，現(xiàn)狀水深約2.5 m。

渠道清淤車在水中行走，操作面板放在渠道岸邊，操作人員通過(guò)觀察渠道水面的指示標(biāo)桿來(lái)操作渠道清淤車。指示標(biāo)桿伸出水面約1.0 m。水中的橡膠排泥管與臍帶電纜綁扎在一起，并一起包裹在泡沫塑料浮體中，漂浮在水面上。利用渠道堤頂?shù)缆芬粋?cè)的棄土區(qū)作為排泥場(chǎng)，沉淀后的清水經(jīng)過(guò)路穿管重新流回渠道中。渠道清淤車到排泥場(chǎng)之間的排泥管路長(zhǎng)約120 m，包括35 m長(zhǎng)的橡膠軟管、20 m長(zhǎng)的鋼管和65 m長(zhǎng)的鋼絲編織橡膠軟管，排泥高度約4.5 m。閘閥用來(lái)調(diào)整泥泵的壓力和流量，實(shí)測(cè)得到泥泵的性能曲線；取樣口用來(lái)取出泥漿樣本，放入量杯中，靜置沉淀后就能夠知道泥水混合物的體積濃度；加液口用來(lái)向泥漿中加入示蹤物（高錳酸鉀），測(cè)量排泥口與加液口之間的距離，示蹤物從加液加入到從排泥口流出的間隔用秒表計(jì)時(shí)，從而能夠計(jì)算出泥水混合物平均流速，乘以固定的管道流通面積，即可計(jì)算出泥泵流量。電磁式流量計(jì)用來(lái)測(cè)量泥泵的清水流量，測(cè)量泥水混合物流量時(shí)也作為參考。

4　結(jié)語(yǔ)

渠道清淤車是一種新型的用于襯砌渠道清淤的專用機(jī)械化設(shè)備，利用襯砌渠道的渠底堅(jiān)硬平整、渠水清淺流緩和渠寬視線可及的特點(diǎn)，采用水下低速行走和目視遙控操作的思路研制的清淤車順利完成了現(xiàn)場(chǎng)清淤試驗(yàn)，在上/下渠坡、水下行走、挖泥排泥、排除堵塞和水下密封等方面都實(shí)現(xiàn)預(yù)期了設(shè)計(jì)功能。因技術(shù)手段的限制，試驗(yàn)中沒有對(duì)清淤車作業(yè)過(guò)程進(jìn)行水下攝像，所以缺少對(duì)渠道清淤車作業(yè)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)的直接證據(jù)。但根據(jù)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的觀察和對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，新研制的渠道清淤車完全能夠勝任襯砌渠道的清淤任務(wù)，可以在襯砌渠道清淤工程中推廣應(yīng)用。

（責(zé)任編輯遲明春）

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2015-11-09

宗理華（1973—），女，工程師