水葫芦自动清理压缩船结构设计及其仿真

赵达境++占向辉

摘 要：从清理水葫芦实际工程应用出发，对现有技术进行了整合，设计了一种一体化打捞船，对打捞上来的水葫芦进行脱水、压缩处理，在节约船上有限的储存空间和燃料的同时提高了工作效率。

关键词：水葫芦；自动清理压缩船；Siemens NX；结构设计

中图分类号：U661.42 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.078

近几年，人们开发了多种清理水葫芦的机械设备，它们大大降低了人们的劳动强度，提高了人们的工作效率。但纵观水葫芦机械清理设备，仍存在一些不合理之处。比如有一种水葫芦清理船，船头前端装有刀具，在它前进的过程中刀具连续转动，将水葫芦就地打碎，以此来疏通航道。这种设备的缺点是没有将打碎的水葫芦收集起来，将会对水体造成二次污染。还有一种常见的清理方式是用机械设备直接将水葫芦打捞起来，这类设备有几个缺点：①传统机械打捞臂从抓斗进入水中打捞水葫芦到将水葫芦转运到装载机上，需要花费一定的时间，抓斗转向进行打捞或卸货时需要消耗大量动能；②抓斗在打捞起水葫芦会将水葫芦中夹带的水、泥沙和金属等杂物一同打捞进运载机中，造成不必要的能量消耗；③传统打捞机械只能进行简单的打捞，机械一体化集成度低、功能单一。

在当前的技术条件下，我们思考设计一款水葫芦设备，兼具节能、环保、高效等一系列的优点，在清理水葫芦的同时对收集上来的水葫芦进行预处理，既方便储存，又可以节省后续的加工成本。经过调查研究，我们决定设计一种新产品——水葫芦自动清理压缩船。

1 水葫芦自动清理压缩船结构及工作原理

水葫芦自动清理压缩船主要结构分为动力和处理两部分。

1.1 动力部分

如图1所示，动力部分由履带、螺旋桨、船体、支撑杆和浮箱组成，并使用柴油机作为动力源。浮箱和船体为整船提供浮力，螺旋桨为清理船提供前进的动力。如果螺旋桨被漂浮物卡住无法旋转，那么履带可继续为清理船提供前进动力。

1.2 处理部分

1.2.1 收集

采用履带式收集板将水葫芦从水里打捞上来，拨片做旋转移动，不断地将水面上的水葫芦拨到传送带上，再由传送带将水葫芦输送到打捞船上。此结构简单、可靠，适合打捞浮在水面上的物体。

1.2.2 除杂粉碎

在水葫芦被提升到收集板顶端，接着掉入除杂机构进行打断、除杂处理，最后进入粉碎腔进行粉碎。除杂机构可除去水葫芦携带的大部分沙石泥土，在减少不必要负载的同时将水葫芦提纯，减少杂质对粉碎机构的刀片和腔壁的磨损。

1.2.3 压榨

采用滚轮式压榨机对粉碎后的水葫芦碎块进行脱水处理，经过层层压榨，水葫芦含有的水分被挤出并沿着管道进入废液箱，待清理船靠岸卸载的同时使用水泵将废液泵出。

1.2.4 压缩成型

经过滚轮式压榨机压榨后的水葫芦掉入压缩成型机，利用其内部螺旋推进器将水葫芦碎块推到成型机端部堆积压缩，最终从端部出口排出成型。

1.2.5 储存

压缩后的棒状水葫芦进入储存仓储存，待靠岸之后，利用传送带将其抛出卸载。至此，整个清理流程结束。

经反复考虑各种功能结构，最终选择本文所述的机构组合，实现了结构创新和功能创新。水葫芦从收集到最后的卸载，都是在接近封闭的情况下进行的。这避免了水葫芦的残体掉落水中，造成二次污染。

2 三维设计及仿真

2.1 设计工具

在整个设计过程，我们使用的是西门子一体化软件NX 8.0 ，并使用NX软件的自顶向下的设计方法实现设计过程中尺寸和结构的关联，提高设计效率。

2.2 设计结果

最终设计结果如图3所示。

2.3 粉碎轴有限元分析

粉碎轴是粉碎腔的一个重要配件，它带动刀片在粉碎腔里高速旋转，将水葫芦粉碎。粉碎轴轴向两端由轴承支撑，粉碎轴上有5片盘片，每片分别连接3片刀片。最终分析结果如图4所示，符合应力要求。

3 结论

水葫芦自动清理压缩船集打捞、脱水、压缩和储存于一体，有机地将现今成熟的技术有机地结合到一起，实现了对水葫芦的自动脱水和压缩，大大减少了后期加工成本。在整个处理过程无二次污染，降低了水葫芦再次爆发的概率，符合可持续发展的潮流。

参考文献

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[3]严潮红，陈建.基于NX的立轴冲击式破碎机的设计及应用[J].装备制造技术，2013（8）：58-59.

〔编辑：刘晓芳〕