摘 要
本文是在充分调查掌握清淤机工作原理的基础上，结合当前国内外清淤机的发
展和常德地区地理条件及工作环境，提出适用于农村地区的绞吸式清淤机。阐述了绞吸式清淤机总体设计的内容，其主要内容包括整体结构设计、绞吸式的工作原理、船壳的设计、传动系统的设计、泥浆泵的选型、动力选择、绞吸头的设计及绞笼轴的设计与校核。对其整台机器的生产成本及推广效应做了经济分析和可行性分析。设计中注重实际，在动力机的选择上采用其设计结构合理，刚性大，油耗低，同时还有结构紧凑，造价低，便于安装等优点。研制出来的绞吸式清淤机操作方便，设计结构合理，不仅带来很大的社会效益，同时带来了很大的经济效益。
关键词：绞吸式清淤机；绞吸头；绞笼轴；泥浆泵；ZH1110柴油机
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Abstract
This article is grasps the clear silt machine principle of work in the full investigation in the foundation, the union current domestic and foreign clear silt machine development with the Chang de area geography condition and the working conditions, proposed is suitable twists to the countryside area attracts the type clear silt machine. Elaborated twists attracts the type clear silt machine system design the content, its main content including the overall construction design, twists the attracting -like principle of work, the hull design, the transmission system design，The sludge pump shaping, the power choice, twists attracts the head the design and twists the cage axis the design and the examination. Have made the economic analysis and the feasibility analysis to its entire machine production cost and the promoted effect. In the design the attention reality, uses its design structure in the engine choice reasonably, rigidity big, oil consumption low, meanwhile has the structure compact, the construction cost is low, is advantageous for merit and so on installment.
Develops twists attracts the type clear silt machine ease of operation, the design structure is reasonable, not only brings the very big social efficiency, simultaneously has brought the very big economic efficiency.
Key words: Twists attracts the type clear silt machine; Twists attracts the head; Twists the cage axis; Sludge pump; ZH1110 diesel engine
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目 录
中文摘要与关键词 ........................................................................................................................... 1 Abstract and keywords ............................................................................... 错误！未定义书签。 第一章 前言 ................................................................................................................................... 2
1.1 明确清淤船的组成以及其性能 ....................................................................................... 4 1.2 检查产品的工艺性 ......................................................................................................... 4 1.3 国内外研究现状 ............................................................................................................. 5
1.3.1 遥控水下清淤车 ................................................................................................... 5 1.3.2 两栖式清淤机（大型铲刮式） ........................................................................... 6 1.3.3 自吸水下清淤机 ................................................................................................... 9 1.4 目的意义及课题来源 ................................................................................................... 12
1.4.1 需达到的主要技术指标 ................................................................................... 13 1.4.2 设计的主要内容以及采用的技术路线 ........................................................... 14
第二章 绞吸式清淤机的技术经济分析 ..................................................................................... 15
2.1经济分析 .......................................................................................................................... 15
2.1.1企业经济效益分析 .............................................................................................. 15 2.1.2 企业预算效益 ................................................................................................... 16 2.2结论 .................................................................................................................................. 17 第三章 全液压绞吸式清淤机技术设计说明 ............................................................................. 18
3.1总体方案的确定 .............................................................................................................. 18 3.2 工作原理和结构特点 ................................................................................................... 19
3.2.1 工作原理 ........................................................................................................... 19 3.2.2 结构特点 ........................................................................................................... 20 3.3 各主要工作部件设计说明 ............................................................................................ 21
3.3.1 动力选择 ........................................................................................................... 21 3.3.2 整体布局与传动系统设计 ............................................................................... 21 3.3.3 泥浆泵的选型说明 ......................................................................................... 24 3.3.4 船体设计 ........................................................................................................... 25 3.3.5 绞吸头的设计 ................................................................................................... 26 3.4 轴的设计计算 ............................................................................................................... 28 3.4.1 材料选择 ..................................................................................................................... 28 3.4.2 初步估算轴的最小直径 ........................................................................................... 28
3.4.3 拟定轴上零件的装配方案及轴径 ................................................................... 29 3.4 轴的校核计算 ............................................................................................................. 30
3.4.1 求轴上的载荷 ................................................................................................... 31 3.5 键连接的选择及校核计算 ........................................................................................... 32 3.6联轴器的选择 .................................................................................................................. 32
3.6.1 联轴器选用要求 ................................................................................................. 32 3.6.2绞笼轴联轴器的选用设计计算 .......................................................................... 33 3.7 转移、运输及行走方面的设计 ................................................................................... 34 第四章 设计总结 ......................................................................................................................... 35 参考文献......................................................................................................................................... 36 致 谢 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
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第一章 前言
目前由于农村现有养鱼和蓄水的池塘、水库、过水沟渠和游玩场所因多年的漩积使蓄水减少，功能下降。针对这一问题而研究推出了一种十分经济且又适宜大小池塘使用的绞吸式清淤船是相当有必要的。本设计的该船配有浮船，能在深水池塘或水库内自行游动作业，也可在无水的情况下固定作业，还可作清水泵和游动吸砂泵使用。其研究方向确定如下：
1.1 明确清淤船的组成以及其性能
清淤机由吸淤泵总成、浮船、操纵等三大部分组成，配10~20kW的电动机或柴油机为动力。吸淤泵是一个集搅切、螺旋、离心于一体的混合泵，当泵在工作中直接潜于水底进入淤层时，通过叶轮前的同步搅刀将沉积的淤泥和杂质搅松切碎，立即被叶轮中部螺旋段的高负压吸入，然后推送至叶轮后部离心段高速甩出。浮船主要起支撑、连接和水上行驶的作用。操纵部分配有液压装置、船体行驶牵引和方向机构，液压升降可根据泥、水深度的变化任意调节。
1.2 检查产品的工艺性
对产品进行工艺性的检查，以确认产品的各个细小部分是否符合工艺性条件。设计过程中，要对每一工序做合理的分析，做到低价值，高效率。对产品设计进行工艺性分析和审查，指的是从工艺角度检查产品结构的合理性、可加工性，以便使所设计的产品符合本企业的制造条件，并力求达到最好的经济效益。 产品设计工艺性分析审查的主要内容是：
1、技术要求的经济合理性，例如，机械加工的精度、表面粗糙度是否适当； 2、结构关系是否合理，即零部件的继承性如何，结构的规格化与标准化程度如何，应尽量提高已有零部件在新产品中的比例； 3、材料选择是否经济合理，加工性能是否良好；
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4、在本厂现有设备上能否加工制造，有没有条件采用高效率的先进工艺和先进生产组织方式；
5、工艺装备系数是否合理，能否充分利用现有的工艺装备和标准工具。
1.3 国内外研究现状
纵观我国先阶段清淤机发展，清淤机类型多样，下面列出了几种典型的清淤机样式及其各自的特点。根据各地的具体特点而采取相适应的机型是最有效的节能措施。
1.3.1 遥控水下清淤车
图1-1 遥控水下清淤车
遥控水下清淤车（见图1-1）是一种用于中小型河道或其他水系清淤泥的机械设备。由底盘和安装于底盘上动力机构、工作机构、行走机构和控制机构组成。
表1-1 遥控水下清淤车技术参数 电压 功率 全车重量 全车体积 排量 遥控距离
380/220V 30KW 3T 长4.7m 宽2.4m 高2m 40-300立方米/小时(各种规格) 400m 5
车速 接地比压
自建国以来全国有很多中小型河道多年来未曾清淤，遇有大雨泻洪便会受阻，因此均需清淤。另外近几年来饮用水的短缺，养殖业发展迅速，很多水库鱼、虾池塘也需清淤以增大蓄水量。因此这种高效、灵活的摇控水下清淤车不受河水深浅了限制，直接可在水下作业。为美化城市建设、改善为类生存环境提供了理想的机械设备。
本专利获得第八届中国专利技术博览会金奖。经世界发明家国际协会专家评审团评定，荣获国际发明金奖。
遥控水下清淤车技术参数（见表1-1） 1.3.2 两栖式清淤机（大型铲刮式）
10m/分钟 0.06公斤/平方厘米
图1-2 两栖式清淤机
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近年来,江苏省水利机械制造总厂为全国水利单位生产优质、高效两栖式清淤机近2000台套。是前，该厂在保留以往清淤机优点的基础上研制出SLQYX-40型斗轮式清淤机。该机增大了挖深和挖掘半径，作业水深可达2.5米，排距达120米，同时大提高了挖掘硬土的能力。技术参数见表1-2，从图1-2、1-3、1-4、1-5可以了解到不同型号的清淤机的外形结构，工作性能等。
表1-2 两栖式清淤机技术参数
项目 铲斗容量 工作效率 最大挖掘深度 最大挖掘半径 最大卸载高度 最大爬坡度 爬行速度 作业水深 最小航行水深 过桥净空 航速 机重 发动机型号 额定功率 额定转速 外形尺寸(运输) 外形尺寸(航行)
单位 立方米 立方米/小时 米 米 米 度 千米/小时 米 米 米 千米/小时 千克 KW 转/分 米 米 技术参数 0.4 54 3.5 9 7.5 15 0.5 0~2.5 1 2以上 5~7 13500 F6L912G26 60 80 长7.5*宽2.6*高2.7 长7.5*宽3.8*高2.5
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图1-3 两栖式清淤船
图1-4 多功能清淤船
表1-3 多功能清淤船主要技术参数
型号 STWD80型 总长 30米 型宽 7米 型深 2.5米 吃水 1.3米 排距 500米 排高 4米 最大挖深 5.5米 图1-5 绞吸式挖泥船
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图1-6 绞吸式挖泥船
表1-4 绞吸式挖泥船技术参数
挖泥船型号 80立方米/时 120立方米/时 200立方米/时 350立方米/时
总长 26.7m 28m 28.7m 38.2m 型宽 6.25m 7m 7.60m 8.60m 型深 1.30m 1.76m 1.90m 2.10m 吃水 0.80m 1.08m 1.30m 1.25m 排距 500m 2500m 1500m 1650m 排高 3m 4m 4m 4m 最大挖深 6m 8m 10m 12.5m 1.3.3 自吸水下清淤机
沿海养参业大量的参池，由于日积月累，参池淤积越来越严重，有的参池泥
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沙淤积太厚，导致池内石块掩埋，参池变浅；有的淤泥太多，导致海藻类大量繁殖，造成参池底部缺氧，环境恶化，淤泥变质，细菌生长；加之大量生长的海藻类妨碍了海参的活动和摄食，使海参生长缓慢、瘦小，严重时，可引起海参死亡减产。海参对药物比较敏感，很难找到合适的药物清除海草，只有彻底清池，改善水质，给海参一个适合生长的环境。
根据养殖户反映的上述情况及养殖户的强烈要求，我们实地进行了广泛的调研，研制出了专利产品参池专用水下清淤机。该产品适用于参池底部淤泥、淤沙、污泥、藻类杂草小石块等条件下的清淤。经过养殖户的使用，该产品现场使用效果受到了广泛的好评，经清淤后的参池，参的生长活动增加，生长良好。 该产品采用特殊设计的内部结构，合理简约，使用方便，易于维修，是参池清淤的理想设备。 自吸水下清淤机分三种类型 1. 自吸离心清淤机
适用于参池淤积污泥、淤沙，池内有少量小石块，少量海藻类的环境条件。 2. 自吸旋流清淤机
适用于参池淤泥中石块较多，海藻类较多的环境条件，该机的特殊结构解决了机体间磨损较快的问题。
3. 水下摄像监视自吸清淤机
为了解决养殖户需用人员潜入水中清淤的烦恼，根据用户的需要，可配备水下摄像监视系统，是理想的水下清淤机。
上述清淤机根据参池的现场条件，设备动力部分，可配置电动机，也可配置柴油机。 ⑴、主要用途
本机为自吸式无堵塞水下清淤机械，适用于河道、鱼塘、港口及水库的清淤挖深。 ⑵、技术要点
该机组有XSQ90-5及XYQ90-5两种型号，由自吸泵和吸头组成。工作时，利用装设在吸头内的高压水或液压旋转装置将水下沉积的淤泥搅成浆，经吸头顶部的吸泥吞口通过工作船上的自吸泵，将泥浆吸送到河岸选定地点。该装置整机
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接地比压为0.40.kN/cm2(0.04～0.05kgf/cm2)。并可利用充排水的方法进行调节，以保持吸泥吞口在泥浆中的有效高度，保证泥浆浓度达到预定指标。 主要技术参数为： (1)吸泥深度：水面下≤5m； (2)输出泥浆流量：90m3/h； (3)输出泥浆浓度：>45%； (4)可通过最大颗粒直径：70mm； (5)泥浆输送距离：20m； (6)扬程：12m；
(7)吸头行进速度：0.6m/s；
(8)吸头牵引力：XSQ型600N(60kgf)，XYQ型1800N .(180kg f)； (9)吸头外型尺寸：0.5m×1.6m×2m；
(10)配用功率：XSQ型15kW(20马力)，XYQ型12kW(16马力)； (11)整机重量：XSQ型800kg，SYQ型1200kg； (12)配套工作船：3～5t农用船。 ⑶、适用范围
适用于各种河道、鱼塘、港口及水库的清淤加深。清淤工作在水下进行，不需要打坝抽水。工作水深0.5～5m；水面宽度2～400m，输送距离大时可加装接力泵；工作时只需两人操作；机电两用，特别适合于电源缺乏地区的清淤作业。泥浆输送采用无堵塞泵，解决了水草、杂物缠绕堵塞的影响。 ⑷、预期效益
采用水下清淤机施工，每个台班可吸排含泥量45%以上泥浆水700m3，考虑到泥浆浓度及开停机及转移场地等诸多因素的影响，最少可折算为150IV2级烂淤土。
该机组每个台班需耗柴、机油费30元，机具折旧费60元，2人操作人工费用60元，合计费用150元/台班。清淤成本单位为1元/m3，清淤1万m3需67个台班，共需成本费1万元，是人工清淤费用的1/14。
我国第一台旋耕吸盘式水下清淤机面世
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一种采用水力冲刷和和旋切相结合的破土方式——旋耕吸盘式水下清淤机前不久在南京通过省级技术鉴定。它的研制成功，填补了我国该机型产品生产的空白。据有关专家介绍，这种清淤机广泛适用于河道中沙土、粘土及硬质粘土、河底碎石、杂草、树枝等复杂河床的清淤，对内河航道、湖泊、码头、盐场、水库、水电厂的清淤、疏浚和农田复垦、积肥都可做到在不断航的情况下施工作业，具有结构合理、使用方便、易于维修等特点。经江苏省技术监督部门检测，产品各项指标均达到或超过设计指标，施工效率高出同类产品1．5倍，清淤成本仅为“绞吸式”或“抓斗机”等老式疏浚机械的1／4。
由湖南长沙中联重工科技发展股份有限公司自行研制开发的高浓度环保清淤机日前进入最后的安装调试阶段，预计2002年1月中旬可到长沙市烈士公园进行施工示范。
这台总长14.5米，高2.9米的清淤机是在公司高浓多相混合料泵送设备设计、制造的优势和丰富经验的基础上，结合水下清淤的具体实际，自主开发的高浓度淤泥泵送装置。其最大挖深可达４．５米，排泥浓度高达９０％。另外，由于配置有浓度传感器和液压微动系统，可精确控制水平螺旋绞刀的浓度位置，实现清除薄层淤泥的环保清淤要求，适用于淤泥、软黏土、砂质土及中等以下硬度的黏土土质。
1.4 目的意义及课题来源
池塘、沟港及大型电排渠道的清淤一直是困扰我们洞庭湖区的一个难题。据调查，大部分渔池自六、七十年代投入使用以来，从未清理过淤泥，淤泥深度都在0.5米以上，导致水质恶化，鱼病增加，造成产量下降、成本增加，给水产养殖造成了较大的影响。沟港、渠道、河道的淤积给农业及水利事业造成了巨大的危害和不可估量的经济损失。1996年和1998年的洪涝灾害就充分说明了这一点（如下图所示）。因此设计一清淤船是很有必要的，根据从农机所得到的调研资料，开始了对绞吸式清淤船的初步设计，以便能得到更大的改进，达到更好的效果。
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图1-7 绞吸式清淤船的工作环境
图1-8 绞吸式清淤船排污口
1.4.1 需达到的主要技术指标
1.配套动力功率（KW） 14.7（20马力） 2.输送距离（m） <150 3.生产率（m3/h） <15（淤泥） 4.浆浓度（％） 85（体积浓度）
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5.有效输送高度（m） <8 6.工作噪声〔dB（A）〕 <85 7.动力效率（m3/KWh） >1.5 8.工作适用水深（m） 0.6～2.8 9.整机质量（kg） <750 10.作业成本（元/立方米） <1.6 11.操作人数 1～2 12.整机制造成本（万元） <2.3 1.4.2 设计的主要内容以及采用的技术路线
1.研究的内容
清淤形式及原理；全液压控制系统；行走方式及机构；泥浆泵的选型配套；整体布局及船体结构。
2.技术路线
选择成熟机具：20马力柴油机、泥浆泵、液压马达、液控阀等。 进行配套设计：液压传动系统、绞吸泥装置、行走步进机构等。
平面组合布置：为了保证船体行驶的平稳性，将各主要工作部件合理布局，使其整机重心处于船体纵向对称平面内，完成平面组合优化设计。
近年来，随着“三制”体制改革的不断深入和机淤工程的广泛应用，机淤施工逐渐向市场化迈进，从而加大了竞争力度，也对施工机械的效率和能耗提出了更高要求，因此对清淤船的设计有着很重要的意义。
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第二章 绞吸式清淤机的技术经济分析
目前，渔塘、沟港、河渠的淤积非常严重，一般都在0.5米以上，严重地影响了农业、渔业的生产。而且在洪涝之年由于沟港、河道淤积，使洪涝更频繁，损失更大。而人工清淤不但劳动强度大，效率低，成本高，而且还受农业，渔业的季节影响，有些场合人工清淤还无法实现。
新设计的全液压绞吸式清淤机生产效率高，使用成本低，且不受季节限制。经生产试验和技术测试证明它的性能指标和技术经济指标都是先进的。
2.1经济分析
2.1.1企业经济效益分析
表2-1 制造成本概算
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 动力 泥浆泵 船体及桩杆部件 绞吸头部件 液压泵、马达及其它文件 其它辅件 销售费 出厂价 装配工资 税金 厂家利润 名称 成本（元） 5500 3000 4000 1500 7000 2000 1000 27500 500 680 2320 1110型柴油机 接头、液压管、液压阀、滤油器等 输泥管24米，浮筒及标准件等 三包费 增值税的17％ 备注
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2.1.2 企业预算效益
按年生产100台计算，年产值达280万元，利润达31.5万元，税金8.5万元，而且除外购件外，一般小厂就可以生产，因此这种清淤机是一种投资小，见效快的产品。
i 清淤机的清淤成本的概算
按清淤机生产率15立方米每小时，泥浆浓度85％，输送距离150m计算，其清淤成本为：
清淤成本＝油耗费+机手工资+设备折旧费
①油耗：按每公斤柴油4元，每小时耗油4kg计算，则油耗费为11.2元/小时。
②折旧：按5年报废（大修），每年按200个工作日，每天按7个小时计算，折旧费为：
销售价28500＝＝4元/小时 折旧费＝年数工作日工作时间/日52007③机手工资：按每天2人操作，每人工资30元计，则小时工资＝60/7＝8.6元，因此清淤成本＝11.2+4+8.6＝23.8元/小时。
④折成每方淤泥成本为23.8/15＝1.6元 ii 人工方法清淤成本
按每人每天清淤2立方米，工资30天计算：
工资30清淤成本＝＝＝15（元/m3）清淤泥量2
清淤泥量2工效＝＝＝0.276（m3/h）工作时间7将清淤机与人工清淤进行成本和工效比较：
人工清淤成本15成本＝＝＝9.（倍）4清淤机清淤成本1.6
清淤机工效15工效＝＝＝54（倍）人工工效0.276综上所述分析，清淤机清淤工效是人工的54倍，而人工清淤的成本为清淤机成本的9.4倍，因此人工清淤己远不能满足现代农业发展的需要，而本设计的
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全液压绞吸式清淤机是清淤史上的一大进步，将会有广阔的推广前景。 iii 经营效益
用户购买清淤机除满足自己需要外，还可以向社会进行清淤服务，按每立方米淤泥4元进行计算，则一天纯利为：
纯利＝总收入－总支出
①总收入＝收费标准×工作时间×生产率 ＝4×7×15＝420元 ②总支出＝支出＋稳定+管理费 ③支出＝油耗+折旧+工资 ＝11.2×7+4×7+60 ＝166.8元
④税金和管理费按（收入－支出）的10％计算，则为： （420-166.8）×10％＝25.32（元） 则总支出为：166.8+25.32＝192.12元 则一天纯利润为：420-192.12＝227.88元 年纯利＝日纯利×工作日 ＝227.88×200 ＝45576元
由此可见，用户购买清淤机的经济效益是可观的。
2.2结论
因此，该清淤机的研究开发和推广不但能带来很大的社会效益，亦能产生很大的经济效益，投资回收周期短，且适合当前的社会购买力，是一种有利发展渔业和农业及水利事业的可靠实用的好机械。
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第三章 全液压绞吸式清淤机技术设计说明
3.1总体方案的确定
池塘和沟港清淤一直是困扰本地区的一个难题。由于池塘和沟港、渠道长期以来的崩塌、淤塞，严重削弱了各种水利设施的行洪、蓄洪、排涝、抗旱等作用，造成池塘水体减少，水质恶化，鱼病增多，产量下降，阻碍了渔塘养殖业的发展。因此研制开发出一种或一系列清淤机械来高效地清除渔塘中的淤泥，使养殖效益进一步提高，是目前水产养殖业急需解决的问题。
近些年来，国内一些工厂和研究单位在开发池塘清淤机械上做了许多工作，也取得了一定的进展。从清淤方式上来分大体可总结为带水作业和不带水作业两种形式，带水作业可分为水上作业和水下作业二种形式。
不带水作业清淤（也称干式清淤）其优点是在清淤过程中，可以利用淤泥来修复坍塌的塘埂，并可对塘底进行冷冻和石灰消毒处理，从而减少鱼的发病率。但这种清淤方式受季节限制较大，特别是长江以南的许多渔场进行放养制度的改革，由春放改为冬放，即连放连养不能再干塘清淤，因此这种作业方式的清淤机械的使用和推广受到一定程度的限制。
带水作业的清淤方式的最大优点是可以提高池塘利用率，工作时间不受季节限制，同时也节约了在干塘过程中所消耗的人力、物力、财力，节约了养殖用水。带水作业的水下清淤方式是整个机构潜入池底，在淤泥表面移动并进行吸泥。但由于整个机构潜入水中，对工作部件防水密封要求较高，维修保养技术难度大，安全性低，用户难以自己完成维修工作，工作可靠性也差。而水上工作方式克服了上述缺点，只须淤泥绞吸头沉在水下，可靠性好，机动性大，使用方便，具有较好的推广应用前景。
综上所述，结合本地区的特点和借鉴其他清淤机的优缺点，通过对几种清淤方案的反复论证，确定本清淤机采用船载的水上作业方式，以柴油机为动力，泥浆泵为工作执行部件，吸头部分绞龙搅动淤泥边吸边排。行走是靠绞头作用船体摆动，利用船尾两根桩杆轮流定位从而实现船体步进的总体设计方案。
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其主要技术经济指标：
1.配套动力功率（KW） 14.7（20马力） 2.输送距离（m） <150
3.生产率（m3/h） <15（淤泥） 4.浆浓度（％） 85（体积浓度） 5.有效输送高度（m） <8 6.工作噪声〔dB（A）〕 <85 7.动力效率（m3/KWh） 1.5 8.工作适用水深（m） 0.6～2.8 9.整机质量（kg） <750 10.作业成本（元/m3） <1.6 11.操作人数 1～2 12.整机制造成本（万元） <2.3
3.2 工作原理和结构特点
3.2.1 工作原理
本清淤机为钢制船体，总浮力不小于2.5吨。柴油机、泥浆泵、液压系统、行走桩杆、绞吸头和输送管道等安装固定在船仓内外，组成具备自我摆动步进的清淤机（船）。
清淤机的主要工作原理：
a.船体承载大部分工作件，故为水上作业。水上作业，工作方便，维修快捷，船体的主要工作原理为利用水的浮力将柴油机，水泵，操作台，变速箱，液压马达等承载于水上。
b.绞吸头主要是将池底淤泥通过带绞叶的绞茏旋转搅动使其成沸腾状，再由泥浆泵通过水下吸管抽吸上来，再通过排泥管输送到岸上指定地点。绞吸头与船体绞接靠自重沉入水底，始终与池底保持良好接触。
c.绞笼是通过液压马达带动旋转的，由于对绞叶反作用力的作用，使整个船
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体在水中绕一根定位桩杆转动。
d.整体工作原理为，柴油机（高速旋转）
变速箱（变速，调整为适当速度） 齿轮泵（由齿轮泵带
动万向节运转） 泥浆泵（从万向节端输入转速带动泥浆泵工作） 绞吸管（由于泥浆泵工作产生的高速离心力，使得在水底的绞吸管工作），同时柴油机 油泵（油泵泵油带动液压马达工作） 液压油缸（控制绞吸头的位置和船的行走情况） 同时液压马达带动绞吸轴旋转。因此，绞吸头的旋转，泥浆泵的工作，以及液压油缸带动定位桩杆的工作在同时进行的。
通过液压阀的的切换使液压马达正反转，从而可使船体在不同位置时调换定位桩杆，改变船体运动中心，以实现整个船体的步进。
故本机型工作原理可归纳如下：绞吸头搅动淤泥使抽吸淤泥浓度高且稳定，同时使整个船体摆动，通过调换桩杆来实现船体步进，行走简单可靠。泥浆泵将淤泥输送到岸上指定的地点。 3.2.2 结构特点
首先，选择在农村拥有量大，使用维修方便，熟练的柴油机作为动力源，为该种机械在农村、渔场和无电地区推广使用创造了有利条件。其次是船体采用薄钢板焊接而成，重量轻，使用寿命长，有利于长途运输和工作场地转移，加之船底部安装了滚动轮，配上了专业滑道，使转移运输过程中上车、下塘变得非常方便。第三，采用了全液压系统操作控制，结构紧凑，工作可靠，操作方便，劳动强度低。第四，采用了无堵塞泥浆泵，提高了泥浆的通过性能，较好的解决了工作时的断流现象。第五，整个船体布局简单紧凑，水中行走原理新颖、可靠，抽吸淤泥浓度大。第六，船体行走轨迹明了，可控制，工作面由线及面，工作较彻底。
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3.3 各主要工作部件设计说明
3.3.1 动力选择
本课题研制开发的清淤机主要用于渔塘和沟港的清淤，故选择的动力不能太大，立足于小型，具有一定实用和推广价值。
根据我们选择的泥浆泵的特点，其轴功率为12马力（8.82KW），转速为1700r/min，液压系统工作压力定为8MPa，最高压力为12.5MPa，齿轮泵最大流量为28L/min，故液压系统可耗功率为：
p2Qk810628103p35.3KW 310p10600.7式中：P2——液压系统额定工作压力 Qk——齿轮泵额定流量 N ——系统效率
系统总功率应不小于8.82+5.3＝14.2KW＝19.2马力。
可以选用标定功率14.7KW（20马力）的柴油机就可以满足系统的要求。由于液压系统工作压力、流量由于调速作用和阻力影响，均很难同时达到上述参数指标，泥浆泵的工作功率也是如此，从而可以说，选择20马力的柴油机作为系统动力部件是能够满足系统工作要求的。.ZH1110柴油机
ZH1110型柴油机是S195基础上改进提高，其设计结构合理，机体采用外露筋专利结构，刚性大，清砂方便，它具有功率大、扭矩大、油耗低，耗水少，易起动，配套适用性广等特点，可作为农业运输、工程机械等产品的配套动力。
由于1110型柴油机具有结构紧凑，造价低，便于安装，标定功率为20马力等特点，可以选择该类型的ZH1110型柴油机作为本系统的动力。 3.3.2 整体布局与传动系统设计
本课题的清淤机属于一种水上作业机械，由于其工作原理的特殊性，决定了如下几个特点：①水上操作，水下清淤，机手既看不到水下淤泥沉积分布和绞吸头工作情况，也看不到出口处泥浆浓度和流量变化情况；②绞吸头工作时作用整个船体，绕定位桩杆转动船体的前进方式是桩杆步进式，而船体的主要运动则是
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绕桩杆的旋转运动；③水上作业故障排除，机械维修不方便。
⑴整体布局：整个清淤机由动力部件（柴油机）、工作部件（泥浆泵）、绞吸部件、液压操纵控制系统、桩杆部件及船体等几部分组成，并沿船体纵向排列。绞吸头在船头并伸入水下之后便是泥浆泵、柴油机、操纵台和座椅，为了保持平衡，应尽量将各部件重量对称布置在船体纵向平面上。由于绞吸头在非工作时要抬出水平面，有一定重量，且力臂较长，故其他几个部件的整体重心位置应偏向船尾，并按静力平衡方程式进行计算，整体重心应靠近船尾20～30cm，这样就可以在绞吸头抬起时船整体前倾一定的小角度，当绞吸头工作放入水中时船体就整体后倾一个小的角度。
图3-1 船体整体结构图
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为了使清淤机工作时阻力小，从泥浆泵接出的输泥管尽量靠近船体纵向轴线，从船尾延伸出去，这样又使管子的摆动幅度最小，试制和试验说明了这种整体布局是较对称合理的，工作时泵的轴线处于船体吃水线以下，有利于排出泵体内空气，且船尾吃水较大，船体稍微翘起，减少了船体摆动时的阻力，机手也对各工作部件一目了然，操纵较方便直观。
⑵液压传动系统设计
由于本清淤机原理的特殊性，并采用液压传动，使整个传动系统变得相对紧凑、简单，绞头的转动和桩杆的升降是靠液压马达来实现，绞吸头的升降则是由液压缸来实现，中间只有液压管路连接，统一由操纵台来控制。原理如图一所示
图3-2 液压系统图
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3.3.3 泥浆泵的选型说明
泥浆泵概述:泥浆泵是在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分。它的主要作用是在钻进过程中将泥浆随钻头钻进注入井下，起着冷却钻头，清洗钻具、固着井壁、驱动钻进，并将打钻后岩屑带回地面的作用。在常用的正循环钻探中﹐泥浆泵是将地表冲洗介质─清水﹑泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下﹐经过高压软管﹑水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端﹐以达到冷却钻头﹑将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的﹐由动力机带动泵的曲轴回转﹐曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往復运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现压送与循环冲洗液的目的。
泥浆泵性能参数：泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算﹐它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关﹐即孔径越大﹐所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑﹑岩粉及时冲离孔底﹐并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时﹐一般上返速度在0.4～1米/分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅﹐冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。钻孔越深﹐管路阻力越大﹐需要的压力越高。随着钻孔直径﹑深度的变化﹐要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度﹐以达到改变排量的目的。为了準确掌握泵的压力和排量的变化﹐泥浆泵上要安装流量计和压力表﹐随时使钻探人员瞭解泵的运转情况﹐同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生孔内事故。
泥浆泵分类:泥浆泵分单作用及双作用两种型式﹐单作用式泥浆泵在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排水动作。而双作用式泥浆泵每往復一次完成两次吸排水动作。若按泥浆泵的缸数分类﹐有单缸﹑双缸及三缸3种型式。 泥浆泵是整个系统的一个关键工作部件，它的工作质量好坏直接影响整机的工作效率。我们通过多方调查、考证，选定了TP100-12型泥浆泵，它的各项技术参数比较符合本机的技术要求和我们整体设计要求，特别是经很多用户使用（还可用于吸沙）证明了它的可靠性后，最后选择定型，主要技术参数为： 型号：TP100-12 流量：180立方米每小时
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扬程：12m
配用功率：12马力（8.82KW） 转速：1700r/min 重量：87kg 3.3.4 船体设计
综合各方面因素，决定船体采用薄钢板焊合而成，船底板用1.9mm板，其余用1.5mm板材。该船体具有重量相对较轻，制造简单，耐冲击、磨损等特点。由于船体的功能和方案复杂，既要在水面工作，同时又要方便在陆地上行走，所以对船体的设计相当重要，考虑到在岸上行走，所以根据方便，设计了6个铁芯轮，用滚动代替滑动，省力，省时，节约劳动力资源。为了保证船的结构稳固性，船的周围都用筋板加固，保证船结构的成形。船设计了两翼板，增加了船的面积，便于工具放置，船体上方采用开放式，主要为了给柴油机散热，加大空气流通。根据总体布局要求和各主要工作部件外形尺寸、结构、质量以及泥浆泵工作特性，确定船体总长为3.2m，船宽1.6m，船深为0.55m，吃水深度0.28m，排水量为2.5吨，船两头采用圆弧状便于搬运。
在船体上还设计了些人性化的附加设施，比如：船顶上安装有蓬布，这样可以晴天挡太阳，雨天遮雨，对正在工作的柴油机有相当大的好处，可以延续其寿命，同时也对操作者带有很多方便见（图3-2）。
船体是由不同的铁板，钢管组焊而成，因此，对船体的各条焊缝的要求也就相当高。船体不仅要承受在水里的浮力，也要承受在岸上滚动时受的重力，因此，焊缝要求：无虚焊，气孔，焊高为连接板厚，焊接要倒坡口等要求。
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图3-2 船壳图
3.3.5 绞吸头的设计
绞吸头是本机最重要的部件之一，同时它也是本次设计的重点，它的工作好坏直接影响船体运动的可靠性和排出淤泥的浓度。它既起到行走轮的作用又起到抛松淤泥的作用，通过十多次长达半年时间的试验改进、提高，决定绞头采用为柱形，前端带球形结构，整体用钢条焊成棚栏状，全封闭阻止大形杂物吸进堵塞管道。在绞头前端球状部配装4片绞叶，叶片腰子形，可沿绞头径向轴线转动，由于转动轴线不在叶片的几何对称轴线上，故在水中转动时，由于实现了在液压马达带动下正、反向转动时叶片使淤泥都出吸泥口方向运动，保证了抽泥的浓度，而又不使淤泥向四周散失。
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图3-3 绞吸头部件装配图
同时，由于转动绞头上的叶片受到淤泥和池塘底的反作用力，使整个船体绕桩杆为圆心实现了转动，配合桩杆的升降，可实现船体整体向前步进，淤泥浓度可通过绞头转动速度得到控制。
由于绞头、绞叶的特殊设计，使体清淤机的清淤浓度高且稳定，不易出现堵塞等断流现象，船体的前进也无须借助船体外的任何部件，结构紧凑，操作方便，这也是本清淤机在设计上的独到之处。
图3-4 绞叶图
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3.4 轴的设计计算 3.4.1 材料选择
由于绞笼轴主要用来传递转矩，绞笼轴工作时产生的应力为循环变应力，
表3-1 轴的常用材料及主要力学性能
材料热处毛坯直牌号 理 径（mm） <100 正火45 回 火 >100～300 调质 <200 162～217 570 285 245 135 抗拉屈服弯曲剪刀许用备硬度/HBS 强度强度强度疲劳弯曲注 极限 极限 170～217 590 295 极限 极限 255 140 55 应力 应用最广217～255 640 355 275 155 60 泛 故其主要失效形式为因疲劳强度不足而产疲劳断裂，有时还将产生塑性变形，脆性断裂、磨损和振动等失效形式，因此，考虑多方面要求以及韧性，耐磨性和加工工艺性等要求，选择45#，调质处理。
3.4.2 初步估算轴的最小直径
用扭转强度法，对于既受转矩又受变矩的转轴而言，若转轴的结构没有确定，轴上零件的位置和支撑跨距无法确定，而本设计的绞笼轴，两端都处于运动中，承受变应力，变载荷；由己知得P＝8.82KW，n＝800r/min，按扭转强度法来估算轴的最小轴径；查轴常用材料的〔τ〕及C值，表如下：
表3-2 轴常用材料的〔τ〕及C值
轴的材料 〔τ〕/MPa C
由于选用功率为14.7KW的柴油机，其输出到轴上的功率为8.82KW，转速为
Q235-A、20 15～25 149～126 Q275、35 20～35 135～112 45 25～45 126～103 40Cr、35SiMn 35～55 112～97 28
800r/min，
按[6]式15－2 根据[6]表15-3A0=112 故： d≥A03P8.82＝1123=23.27 mm N800取dmin=30mm
需要注意的是，利用上式计算得到的直径为轴的最小直径，若该段轴上有键槽，应适当放大轴的直径，以考虑键槽对轴强度的削弱影响，然后再将其圆整为标准直径。
由于考虑到1.轴上零件便于装拆和调整； 2.轴上零件应定位准确，固定可靠； 3.轴应具有良好的加工工艺性和装配工艺性
4.轴应受力合理，尽量减小应力集中，并有利于提高轴的强度和刚度。
3.4.3 拟定轴上零件的装配方案及轴径
因为绞笼轴一端与万向节相连，另一端与绞吸头相连，考虑能使绞吸头固定在轴上，能与轴一起运动，故在轴上开键槽，为了保证绞头不随键方向滑落，在轴端安装两个螺母，起到拧紧固定作用。其它轴端部分起到传动作用；考虑到加工问题，将轴分为台阶轴，从左到右分别为I-II、II-III、III-IV、IV-V、V-VI、VI-VII六段。
图3-4 绞笼轴
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i. ii. iii. iv. v. vi.
I-II段轴用于安装圆螺母，用来固定绞吸头。 II-III段轴装绞吸头，轴段长为60mm。
III-IV轴肩用来挡住绞吸头，起到固定绞吸头的作用。 IV-V段传动转矩，起到传递作用。 V-VI段起到连接作用。
VI-VII段安装铰链，与万向节相连，起到连接，传递转矩的作用。
根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1. I-II长度为48mm，直径为24mm。 2. II-III长度为60mm，直径为30mm。 3. III-IV段长度为48mm，直径为35mm。 4. IV-V长度为210mm，直径为40mm。 5. V-VI段长度为48.5mm，直径为35mm。 6. VI-VIII长度为21.5mm，直径为25（开槽）。
3.4 轴的校核计算
轴的计算通常都是在初步完成结构设计之后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。
轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按扭转强度条件计算；对于只承受弯矩的轴（心轴），应按弯曲强度条件计算；对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。
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3.4.1 求轴上的载荷
由于绞笼轴只考虑自重，所受的弯矩较小，可以忽略，主要承受扭矩，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。
抽的扭转强度条件为：
9550P00 TTWn0T T0.2d3式中：T——扭转切应力，单位为MPa； T——轴所受的扭矩，单位为N.mm； WT——轴的抗扭截面系数，单位为mm3; N——轴的转速，单位为r/min； P——轴传递的功率，单位为KW； D——计算截面处轴的直径，单位为mm；
T——许用扭转切应力，单位为MPa，见表3-3；
表3-3 45钢轴的T及A0值
轴的材料 45 T/MPa 25~45 A0 126~103
P8因此可得：T9550000.82TWn955000038000.230319.49T T0.2d故根据扭转强度校核安全。
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3.5 键连接的选择及校核计算
表3-3 键 代号 直径 （mm） 工作长度 工作高度 （mm） （mm） 转矩 极限应力 （N·m） （MPa） 绞笼轴 12×8×60（双头） 70 50 6 1600 108.4 由于键采用静联接，冲击轻微，而配合的键槽、键均的强度都是45#以上，所以许用挤压应力为[sp]=110MPa，所以上述键皆安全。
3.6联轴器的选择
3.6.1 联轴器选用要求
在选择标准联轴器时应根据使用要求和工作条件，如承载能力、转速、两轴相对位移、缓冲吸振以及装拆、维修更换易损元件等综合分析来确定。具体选择时可考虑以下因素：
i．原动机和工作机的机械特性 原动机的类型不同，其输出功率和转速，有的是平稳恒定的，有的是波动不均匀的，而各种工作机的载荷性质差异更大，有的甚至是强烈冲击或振动，这将直接影响联轴器类型的选择，是选型的主要依据之一。对于载荷为平稳的，可选用刚性联轴器，否则宜选用挠性联轴器。
ii．联轴器连接的轴系及其运转情况 对于连接轴系的质量大、转动惯量大，而又经常启动、变速或反转的，应考虑选用能承受较大瞬时过载，并能缓冲吸振的联轴器。
iii．工作机的转速高低 对于需高速运转的两轴连接，应考虑选择联轴器的结构具有高平衡精度特性，以削除离心力产生的振动和噪声，避免相关元件因磨损和发热而降低传动质量和使用寿命。
iv．联轴器的对中和对保持程度 保持良好的对中是正常运转的前提，可防止产生过大附加载荷及其他不良工况。选择的联轴器不但要补偿安装时难免存在的一定相对偏差，还应预计到能补偿两轴在运转中出现的相对位移。
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v．联轴器的结构及工作特性 联轴器的外形尺寸，安装、拆卸所需的空间大小和难易程度以及对维护的要求等都应与连接装置的具体配置和要求相适应。
vi．联轴器的可靠性、使用寿命和工作环境 对于要求运转可靠，不允许运转工作临时中断的传动，最好选用不需润滑、无非金属弹性元件的联轴器。高温和含有腐蚀性介质的场所应避免使用橡胶弹性元件的联轴器。有灰尘、潮湿的环境应使用有罩壳的联轴器。
vii．联轴器的制造、安装和维护的成本。 由于弹性联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。 3.6.2绞笼轴联轴器的选用设计计算
联轴器的品种、型式、规格很多，每一种都有各自的特点和适用范围，其中常用的已经标准化，一般情况下，设计人员无需自行设计，只需要根据工作条件和工作要求选择合适的类型，然后按照轴的直径d、转速n和计算转矩T从标准中选择所需要的型号和尺寸，必要时对少数关键零件作校核计算。在选择和计算联轴器时，传递的最大转矩应考虑启动时的惯性力矩以及过载等因素，一般以联轴器所需传递的计算转矩T小于所选联轴器的许用转矩〔T〕为原则。
由于传动轴系载荷变化性质不同以及联轴器本身的结构特点和性能不同，联轴器实际传递的转矩与传动轴系理论上所需传递的转矩不同，但确定机器的这些载荷往往需要繁琐的计算。因此，当最大转矩不易准确计算时，通常可把名义工作转矩乘以一些影响系数来考虑这些因素的影响。考虑了影响系数之后计算转矩T为：
TcKAKWKZKtT
由于装置为一般减速器，原动机为柴油机，考虑到转矩变化较大，所以工作情况系数为KA=1.7。
9.5510314.6140Nm 计算转矩为Tc1.71700所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4（GB4323-84），但由于联轴器一端与柴油机相连，其孔径受柴油机外联接轴径限制，所以选用TL5（GB4323-84） 其主要参数如下：
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材料HT200 公称转矩140N.m 轴孔直径d1=30mm， 装配尺寸A=60mm 半联轴器厚b=38mm
（[1]P163表17-3）（GB4323-84）
3.7 转移、运输及行走方面的设计
此种带水作业的水上清淤机存在的主要问题之一就是池塘间转移及运输上、下车时的困难，由于整个船结构质量在800kg左右，要15～20人才能搬动，在池塘中搬起来更是难上加难，使清淤机在农村的使用和推广受到一定的限制。
为了解决这一问题，同时又不要增加很多成本，因此，我们设计了能快装折陆地行走机构，也就是在船底部插装6个铁芯轮，中间一对，轮子轴线布置在船体质心附近，同时设计了一幅专门的滑道，可折叠，上、下车时可将滑道搭在车箱后，船体沿滑道推进车箱，下车时沿滑道滑下。放入池塘的过程也基本上如此，这样就使大的部件也无需拆卸，极大的方便了工作地点的转移和运输。
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第四章 设计总结
本次设计，是大学的全部基础课、技术基础课程以及全部专业课程和生产实习的综合。这是我们在进行毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的锻炼。它在我们四年的大学生活学习中占有很重要的地位。在此次毕业设计中我对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加祖国的现代化建设打下了一个良好的基础。
本次设计查阅了有关手册、教材，并在互联网上进行文献检索，采用了计算机辅助设计，对各个重要步骤进行了详细计算和说明,必要处都有校核。装配图和零件图按照国家机械制图标准和模具设计的习惯画法绘制,通过这次设计，我进一步熟悉了有关标准、规范、技术文件和设计说明书的编写，分析问题、解决问题的能力得到了提高，能够综合运用所学知识解决一些实际生产问题。圆满地完成了本次毕业设计。
这次设计中我最大的感受是：理论与实践必须相结合，只有将正确的理论应用于实践中，才能真正发挥理论的价值，才能更深刻地了解和掌握理论的真正内涵，而要做到理论与实践相结合必须有一定的理论基础和丰富的实践经验。在这方面，我很欠缺，还在待于在日后的进一步学习和工作中来弥补和提高。此外，设计工作是一项繁重的工作，必须具有严谨细致的工作作风和顽强的决心和毅力。对软件的要求也很高，而软件的熟悉必须通过不断的练习，最好使用快捷键。必要时可以在一些专业论坛里向前辈请教。
由于能力所限,经验不足，设计中尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。
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参考文献
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