一种新型的衬砌渠道清淤设备

宗理华，张林，桑国庆

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东　济南　250014；2.济南大学，山东　济南　250022）

一种新型的衬砌渠道清淤设备

宗理华1，张林1，桑国庆2

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济南250014；2.济南大学，山东济南250022）

为满足调水工程中衬砌渠道常年输水的需要，研制了一种新型的渠道清淤车，能够在不影响输水的条件下执行高效的清淤作业。通过现场渠坡和水下行走、挖泥排泥、排除堵塞及水下密封等方面试验，表明清淤车完全能够胜任衬砌渠道的清淤任务。

衬砌渠道；清淤设备；南水北调

为保证渠道正常的输水运行。大部分输水渠道需进行定期清淤，但目前还没有用于衬砌渠道的机械化清淤设备。河湖疏浚一般采用绞吸式挖泥船，但其钢桩定位和跨步行走的工作方式不适合于衬砌硬底、断面窄浅的渠道清淤。泥浆泵抽排淤积物的作业方式，则不仅费时费力，而且可能造成衬砌渠道的扬压力破坏。因此，需要一种适用于衬砌渠道的新型的机械化清淤设备。

1　工作原理

利用衬砌渠道的渠底坚硬平整、渠水清浅流缓和渠宽视线可及的特点，采用水下低速行走和目视遥控操作的思路研制了一种新型的全液压衬砌渠道潜水清淤车（以下简称清淤车）。其设计方案主要描述如下：

1）渠道清淤车以潜水电机为动力，在水下工作，其工作装置全部采用液压驱动。岸上（船上）的柴油发电机组通过动力电缆向水下装置中的潜水电机供电。岸上（船上）的操作面板中的控制器和水下装置中的控制器通过控制电缆相连。

2）渠道清淤车为低速行走车辆，且必须全部清除掉其前面的淤积物后才能继续向前行走，以防陷入软泥中进退不得。

3）渠道清淤车采用橡胶履带式底盘，车架与底盘刚性连接。在车架上固定安装潜水电机和密封箱，液压泵组、液压油箱和控制阀组都集成在密封箱中；在车架上设举升装置，举升装置挂接螺旋绞刀和泥泵。履带行走马达、螺旋绞刀马达、泥泵马达和举升臂等水下工作装置全部为液压驱动，依靠密封箱中的液压泵组为其提供动力。

4）渠道清淤车两侧各设置一根信号杆，顶部探出水面并装设方向指示，操作人员手持便携式的操作面板，目视观察清淤车的位置和行走方向，控制清淤车的前进、后退和转向，以及举升机构、泥泵和螺旋绞刀的动作。

5）渠道清淤车在水下边工作边行走，螺旋绞刀绞削渠底淤积物，搅拌形成泥水混合物并收集到泥泵进口，排泥管路将泥泵抽吸的泥水混合物输送到岸上排泥场。

6）遇到石块堵塞泥泵的情况时，渠道清淤车将泥泵举升到水面上，并靠近岸边，操作人员排除堵塞。

7）渠道清淤车自行上下较缓的岸坡，陡坡时则借助于手动助力绞盘。

2　结构设计

渠道清淤车按照水下行走、全液压传动、水下与岸上双向通讯、远程电气控制的思路进行结构设计，总体结构设计如图1所示。

车体是所有部件的安装平台。渠道清淤车采用整体焊接式车体，中间为一个密封箱体，后部安装凸缘潜水电机，前部为绞刀和泥泵等工作装置，两侧的下部为履带行走装置的纵梁（也称台车架），两侧的后上部为举升机构支承。从节约开发成本和提高工作可靠性出发，水下工作的分动力箱、液压泵、液压阀、液压油箱、电气元件等都采用陆地设备的通用元件，不单独进行水下密封和防腐蚀专门设计，所以将其安装在密封箱体中。密封箱体与外部元件之间没有动密封，其密封性能容易得到保证。

图1　渠道清淤车外形图

表1　渠道清淤车主要技术参数

3　现场清淤试验

现场清淤试验地点为南水北调东线穿黄河南干渠（桩号0+100～0+400），该段渠道为全断面混凝土衬砌，渠道底宽34.5 m，边坡系数1∶2，现状水深约2.5 m。

渠道清淤车在水中行走，操作面板放在渠道岸边，操作人员通过观察渠道水面的指示标杆来操作渠道清淤车。指示标杆伸出水面约1.0 m。水中的橡胶排泥管与脐带电缆绑扎在一起，并一起包裹在泡沫塑料浮体中，漂浮在水面上。利用渠道堤顶道路一侧的弃土区作为排泥场，沉淀后的清水经过路穿管重新流回渠道中。渠道清淤车到排泥场之间的排泥管路长约120 m，包括35 m长的橡胶软管、20 m长的钢管和65 m长的钢丝编织橡胶软管，排泥高度约4.5 m。闸阀用来调整泥泵的压力和流量，实测得到泥泵的性能曲线；取样口用来取出泥浆样本，放入量杯中，静置沉淀后就能够知道泥水混合物的体积浓度；加液口用来向泥浆中加入示踪物（高锰酸钾），测量排泥口与加液口之间的距离，示踪物从加液加入到从排泥口流出的间隔用秒表计时，从而能够计算出泥水混合物平均流速，乘以固定的管道流通面积，即可计算出泥泵流量。电磁式流量计用来测量泥泵的清水流量，测量泥水混合物流量时也作为参考。

4　结语

渠道清淤车是一种新型的用于衬砌渠道清淤的专用机械化设备，利用衬砌渠道的渠底坚硬平整、渠水清浅流缓和渠宽视线可及的特点，采用水下低速行走和目视遥控操作的思路研制的清淤车顺利完成了现场清淤试验，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实现预期了设计功能。因技术手段的限制，试验中没有对清淤车作业过程进行水下摄像，所以缺少对渠道清淤车作业效果进行评价的直接证据。但根据对试验过程的观察和对试验结果的分析，新研制的渠道清淤车完全能够胜任衬砌渠道的清淤任务，可以在衬砌渠道清淤工程中推广应用。

（责任编辑迟明春）

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1009-6159（2016）-06-0033-02

2015-11-09

宗理华（1973—），女，工程师