绞吸式挖泥船作业模拟装置的制作方法

本发明属于环保疏浚技术领域，尤其涉及一种绞吸式挖泥船作业模拟装置。

背景技术：

中国江河湖泊众多，长江、黄河、海河等水系发达，内河航道总里程约120000千米，但河道中城市建筑垃圾沉积、泥沙淤积问题严重，港口、航道内沙石的大量堆积大大降低了其通行、蓄洪能力。利用疏浚设备清除在工业区域的港口和河道的污染，已经成为许多国家的惯例。对长江黄河等水域进行清淤疏浚是我国一项长期和艰难的任务。在全球经济化浪潮以及国际贸易快速发展的推动下，疏浚行业达到蓬勃发展期。在环保疏浚工程中，绞吸式挖泥船应用极为广泛。这类水力式挖泥船，均采用泥泵、管道输送泥沙。绞吸式挖泥船作业时，绞刀将疏浚介质粉碎为泥沙颗粒后，将其从河床中送入绞刀内部，进入水流的泥沙颗粒因为绞刀内部涡流的离心力作用一部分能在水流的约束作用下进入吸泥嘴，另一部分会摆脱水流的约束作用，被离心力甩出绞刀，扩散至周围水域。在实际施工中，常由于绞刀转速、绞刀进刀速度、泥泵功率输出等参数的选择不当，造成作业产量不高、施工效率低下。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的问题，提供一种绞吸式挖泥船作业模拟装置，针对不同的土质进行调节，提高挖泥船的产量，延长装置使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种绞吸式挖泥船作业模拟装置，包括实验池、台架步进机构、绞刀动力输出机构、桥架旋转机构、桥架高度调节机构，台架步进机构架设在实验池上，桥架旋转机构包括立式行星卷扬机、圆柱转筒、转筒壳体、双列圆锥滚子轴承、钢绳，立式行星卷扬机的底部通过法兰安装在台架步进机构的上方，圆柱转筒的上、下两端与转筒壳体之间均设有双列圆锥滚子轴承，圆柱转筒的周向设置凹槽，立式行星卷扬机的钢绳绕于圆柱转筒的凹槽内；桥架高度调节机构包括前法兰液压杆一、前法兰液压杆二、连接块一、连接块二，前法兰液压杆一和前法兰液压杆二均通过前端法兰安装于圆柱转筒中，连接块一上开设2个轴孔，分别与前法兰液压杆一的光轴、前法兰液压杆二的光轴配合，并通过轴肩和圆螺母轴向定位，连接块二焊接在连接块一的下方；绞刀动力输出机构包括绞刀、水下变速减速机、绞刀桥架一、绞刀桥架二，水下变速减速机设在绞刀桥架一上，绞刀桥架二的一端与连接块二焊接，绞刀桥架二的另一端与绞刀桥架一的一端之间设有一个转动轴，转动轴通过滚动轴承设置在绞刀桥架一上，转动轴与绞刀桥架二由平键定位，绞刀桥架一的另一端安装绞刀。

立式行星卷扬机带动圆柱转筒往复转动，通过液压杆实现升降。绞刀桥架一、绞刀桥架二之间角度在液压杆伸缩驱动下，角度可以在0°～60°之间连续调节。水下变速减速机驱动实验用绞刀转动，并可以针对不同土质(如泥浆、细沙、淤泥、粘土等)调整输出速度，从而改变绞刀转动切削速度。

前法兰液压杆一、前法兰液压杆二光轴的前端与圆螺母配合使用，在桥架旋转时连接块一与前法兰液压杆一的光轴、前法兰液压杆二的光轴之间不会发生相对运动。进一步地，还可以配合止动垫圈使用。前法兰液压杆一光轴、前法兰液压杆二光轴穿过连接块一的轴孔，并通过轴肩和圆螺母轴向定位，前法兰液压杆一光轴、前法兰液压杆二光轴的前端与圆螺母和止动垫圈配合使用，在桥架旋转时连接块一与光轴之间不会发生相对运动；连接块二与连接块一焊接，前法兰液压杆一和前法兰液压杆二的光轴沿轴向穿过直线轴承，并与其在轴向移动配合，直线轴承设置在圆柱转筒上，液压杆光轴穿过直线轴承后再与下端连接块一、连接块二连接，保证了液压杆活塞在缸体中移动不受影响，使得桥架的升降更平稳，减小了绞刀切削时所受横移阻力的力臂，降低了作用于光轴上的弯矩，且将受力转移到直线轴承上，提升了液压杆活塞的使用寿命。

按上述技术方案，台架步进机构包括步进导轨、滚轮、锁紧装置、支撑板，步进导轨为工型钢轨道，支撑板通过其下端两侧的滚轮设置在步进导轨上，步进导轨与支撑板之间还设有锁紧装置；立式行星卷扬机的底部通过法兰安装在支撑板上。台架步进机构有连续锁紧功能，即锁紧点不限于某些特定的点，使实验装置在轨道上针对不同工作土质可以灵活调整进刀量；台架步进机构采用滚轮和工型钢轨道代替普通滑动导轨，改滑动摩擦为滚动摩擦，进而实验装置移动时不需要配备电动或液压驱动装置，降低了装置设计与制造难度。

按上述技术方案，桥架高度调节机构还包括直线轴承，直线轴承设置在圆柱转筒上，前法兰液压杆一的光轴和前法兰液压杆二的光轴沿轴向穿过直线轴承并与直线轴承在轴向移动配合，前法兰液压杆一的光轴前端和前法兰液压杆二的光轴前端均设有螺纹段和键槽。

前法兰液压杆一的光轴、前法兰液压杆二的光轴穿过直线轴承后再与下端连接，前法兰液压杆一、前法兰液压杆二的活塞在缸体中移动不受影响，使得桥架的升降更平稳，减小了绞刀切削时所受横移阻力的力臂，降低了作用于光轴上的弯矩，且将受力转移到直线轴承上，提升了液压杆活塞的使用寿命。

按上述技术方案，桥架旋转机构还包括钢绳压块一和钢绳压块二，钢绳压块一和钢绳压块二通过螺钉安装在圆柱转筒的侧面上。圆柱转筒上的钢绳在钢绳压块一和钢绳压块二的压紧作用下不会相互挤压，且降低了发生滑动的可能，能够保证转动的稳定性。

按上述技术方案，立式行星卷扬机的驱动电动机为电磁调速电机。桥架旋转机构能够驱使绞刀桥架一、绞刀桥架二匀速转动且旋转速度可以连续调节。针对不同的土质可以选择不同的转速，对于某一具体土质能够连续调整转速，有利于更精确的找到最佳转速范围，行星式卷扬机作为绞刀桥架一、绞刀桥架二转动的驱动装置，实现了绞刀桥架一、绞刀桥架二在大扭矩下低速转动，与电机驱动的蜗轮蜗杆减速机相比，可以避免实验时桥架旋转机构只在150°范围内往复旋转而造成蜗轮蜗杆单边磨损，进而延长了实验装置寿命。

按上述技术方案，绞刀桥架一的另一端(前端)设有密封机构，密封机构包括密封块及依次安装在密封块上的O型密封圈、唇形密封圈和骨架密封圈，密封块与绞刀桥架一的另一端之间设有静密封垫片。绞刀桥架一的前端设有密封机构，可以防止实验时水和泥沙渗入绞刀桥架一中，从而防止试验中对轴和轴承的磨损，以及避免实验装置停止工作时桥架前端零件的腐蚀。本发明装置还包括泥沙吸排机构包括依次连接的吸泥口、吸泥软管、泥泵。还包括管路循环，管路循环包括与实验池连接的直管、弯管、透明直管，管路循环中设有膜片式压力计和流量计。设置透明直管是为方便在实验中观察管道内的流态。

本发明装置的工作原理如下：对于试验中要用到的各种土质(如泥浆、细沙、淤泥、粘土等)，参考实际疏浚工程中绞吸式挖泥船作业数据，根据相似理论估算出实验时绞刀自转初始转速、绞刀横移(绞刀桥架旋转)初始速度，进而计算出水下变速减速机电动机转速、立式行星卷扬机电动机转速。实验时，在实验池中填入实验土质，将绞刀桥架一倾斜角度调至30°，升降机构调节至初始位置，台架步进机构回复到起始位置并将锁紧装置锁紧，按照估算的转速调整各电动机转速。绞刀将疏浚土质粉碎为颗粒后，将其从实验池中带入绞刀内部，进入水流的泥沙颗粒因为绞刀内部涡流的作用一部分能在水流的约束作用下进入吸泥嘴，另一部分被离心力甩出绞刀。泥泵将吸出的泥浆输出到外围的管路中，管路中设有流量计和压力计对流动信息进行测量，最后泥浆从管道尾端排泥口排出。当绞刀桥架从起始点转动到150°终止点时，第一个切削位置的切削完成，停止电动机的转动并松开锁紧装置夹块，将装置向前步进一个进刀量至第二切削点后，再次利用锁紧机构将装置锁紧，水下变速减速机电动机启动，立式行星卷扬机电动机反向转动，至绞刀切削至0°终止点，第二个切削位置的切削完成，停止电动机的转动并松开锁紧装置夹块，依照上述步骤将装置依次步进到后续工作位置，直至完成第一层土质的作业。在第一层土质切削完成后，将步进机构回复到起始位置并将锁紧装置锁紧，升降机构的液压杆进油将绞刀桥架向下降一个竖直进刀量，随后完成第二个切削位置的切削。类似的可以向下完成所有实验土质层的切削。采集实验中的各数据，针对性调节实验参数，即水下变速减速机电动机转速、立式行星卷扬机电动机转速、绞刀桥架一倾斜角、向前以及向下进刀量，以得到工况点的最优匹配值。

本发明产生的有益效果是：针对不同的土质进行调节，提高挖泥船的产量，延长装置使用寿命。行星式卷扬机作为绞刀桥架一、绞刀桥架二的驱动装置，实现了绞刀桥架一、绞刀桥架二在大扭矩下低速转动，可以避免实验时桥架旋转机构只在150°范围内往复旋转而造成蜗轮蜗杆单边磨损，从而使得本发明装置使用寿命更长；桥架高度调节机构由前法兰液压杆一、前法兰液压杆二配合工作，在使用前法兰液压杆一、前法兰液压杆二升降功能的同时还可以满足桥架旋转的要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例绞吸式挖泥船作业模拟装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中转筒壳体和圆柱转筒处的剖视图；

图3是本发明实施例中前法兰液压杆一的结构示意图；

图4是本发明实施例中绞刀桥架一、绞刀桥架二铰接处的剖视图；

图5是本发明实施例中滚轮的剖视图；

图6是本发明实施例中锁紧装置的剖视图；

图7是本发明实施例中钢绳压块一的剖视图；

图8是本发明实施例中管路布置示意图；

图9是本发明实施例中密封机构剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，如图1-图9所示，提供一种绞吸式挖泥船作业模拟装置，包括实验池1、台架步进机构、绞刀动力输出机构、桥架旋转机构、桥架高度调节机构，台架步进机构架设在实验池上，桥架旋转机构包括立式行星卷扬机6、圆柱转筒7、转筒壳体8、双列圆锥滚子轴承9、钢绳11，立式行星卷扬机的底部通过法兰安装在台架步进机构的上方，圆柱转筒的上、下两端与转筒壳体之间均设有双列圆锥滚子轴承，圆柱转筒的周向设置凹槽，立式行星卷扬机的钢绳绕于圆柱转筒的凹槽内；桥架高度调节机构包括前法兰液压杆一12a、前法兰液压杆二12b、连接块一13、连接块二15，前法兰液压杆一和前法兰液压杆二均通过前端法兰安装于圆柱转筒中，连接块一上开设2个轴孔，分别与前法兰液压杆一的光轴、前法兰液压杆二的光轴配合，并通过轴肩和圆螺母轴向定位，连接块二焊接在连接块一的下方；绞刀动力输出机构包括绞刀17、水下变速减速机18、绞刀桥架一19a、绞刀桥架二19b，水下变速减速机设在绞刀桥架一上，绞刀桥架二的一端与连接块二焊接，绞刀桥架二的另一端与绞刀桥架一的一端之间设有一个转动轴21，转动轴通过滚动轴承22设置在绞刀桥架一上，转动轴与绞刀桥架二由平键23定位，绞刀桥架一的另一端安装绞刀。

立式行星卷扬机带动圆柱转筒往复转动，通过前法兰液压杆一、前法兰液压杆二的伸缩使绞刀桥架一、绞刀桥架二实现升降。绞刀桥架一、绞刀桥架二之间角度在液压杆20伸缩驱动下，角度可以在0°～60°之间连续调节。水下变速减速机驱动实验用绞刀转动，并可以针对不同土质调整输出速度，从而改变绞刀转动切削速度。

前法兰液压杆一、前法兰液压杆二光轴的前端与圆螺母配合使用，在桥架旋转时连接块一与前法兰液压杆一的光轴、前法兰液压杆二的光轴之间不会发生相对运动。进一步地，还可以配合止动垫圈使用。前法兰液压杆一光轴、前法兰液压杆二光轴穿过连接块一的轴孔，并通过轴肩和圆螺母14轴向定位，前法兰液压杆一光轴、前法兰液压杆二光轴的前端与圆螺母和止动垫圈配合使用，在桥架旋转时连接块一与光轴之间不会发生相对运动；连接块二15与连接块一13焊接，前法兰液压杆一12a和前法兰液压杆二12b的光轴沿轴向穿过直线轴承16，并与其在轴向移动配合，直线轴承16设置在圆柱转筒7上，液压杆光轴穿过直线轴承16后再与下端连接块一、连接块二连接，保证了液压杆活塞在缸体中移动不受影响，使得桥架的升降更平稳，减小了绞刀切削时所受横移阻力的力臂，降低了作用于光轴上的弯矩，且将受力转移到直线轴承上，提升了液压杆活塞的使用寿命。

进一步地，台架步进机构包括步进导轨2、滚轮3、锁紧装置、支撑板5，步进导轨为工型钢轨道，支撑板通过其下端两侧的滚轮设置在步进导轨上，步进导轨与支撑板之间还设有锁紧装置；立式行星卷扬机的底部通过法兰安装在支撑板上。锁紧装置下部的夹紧块4的下表面曲线与导轨上表面曲线相贴合。台架步进机构有连续锁紧功能，即锁紧点不限于某些特定的点，使实验装置在轨道上针对不同工作土质可以灵活调整进刀量；台架步进机构采用滚轮和工型钢轨道代替普通滑动导轨，改滑动摩擦为滚动摩擦，进而实验装置移动时不需要配备电动或液压驱动装置，降低了装置设计与制造难度。

进一步地，桥架高度调节机构还包括直线轴承，直线轴承设置在圆柱转筒上，前法兰液压杆一的光轴和前法兰液压杆二的光轴沿轴向穿过直线轴承并与直线轴承在轴向移动配合，前法兰液压杆一的光轴前端和前法兰液压杆二的光轴前端均设有螺纹段和键槽。

前法兰液压杆一的光轴、前法兰液压杆二的光轴穿过直线轴承后再与下端连接，前法兰液压杆一、前法兰液压杆二的活塞在缸体中移动不受影响，使得桥架的升降更平稳，减小了绞刀切削时所受横移阻力的力臂，降低了作用于光轴上的弯矩，且将受力转移到直线轴承上，提升了液压杆活塞的使用寿命。

进一步地，桥架旋转机构还包括钢绳压块一10和钢绳压块二，钢绳压块一和钢绳压块二通过螺钉安装在圆柱转筒的侧面上。圆柱转筒上的钢绳在钢绳压块一和钢绳压块二的压紧作用下不会相互挤压，且降低了发生滑动的可能，能够保证转动的稳定性。

进一步地，立式行星卷扬机的驱动电动机为电磁调速电机。桥架旋转机构能够驱使绞刀桥架一、绞刀桥架二匀速转动且旋转速度可以连续调节。针对不同的土质可以选择不同的转速，对于某一具体土质能够连续调整转速，有利于更精确的找到最佳转速范围，行星式卷扬机作为绞刀桥架一、绞刀桥架二转动的驱动装置，实现了绞刀桥架一、绞刀桥架二在大扭矩下低速转动，与电机驱动的蜗轮蜗杆减速机相比，可以避免实验时桥架旋转机构只在150°范围内往复旋转而造成蜗轮蜗杆单边磨损，进而延长了实验装置寿命。

进一步地，绞刀桥架一的另一端设有密封机构，密封机构包括密封块27及依次安装在密封块上的O型密封圈28、唇形密封圈29和骨架密封圈30，密封块与绞刀桥架一的另一端之间设有静密封垫片31。绞刀桥架一的前端设有密封机构，可以防止实验时水和泥沙渗入绞刀桥架一中，从而防止试验中对轴和轴承的磨损，以及避免实验装置停止工作时桥架前端零件的腐蚀。本发明装置还包括泥沙吸排机构包括依次连接的吸泥口、吸泥软管、泥泵。还包括管路循环，管路循环包括与实验池连接的直管、弯管、透明直管，管路循环中设有膜片式压力计25和流量计26。设置透明直管是为方便在实验中观察管道内的流态。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。