CCG1000型割草船的設計與研究

[摘 要] 本文對市場現有機械式水上收割機結構特點進行了分析研究后，提出一種全液壓動力驅動機構的設計思路，介紹了CCG1000型割草船的工作原理、技術參數及機構設計。

[關鍵詞] 割草船 結構設計 液壓系統

[中圖分類號] S23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2013）12-0179-01

一、前言

隨著生活水平的提高，人們越來越向往“小橋流水”如詩如意般的生活環境，向往“碧波蕩漾，魚鳥成群”的自然美景，為了順應人們在這方面的要求，在城市綠地、公園建設和大型標志性建筑中，人工湖泊、人工河道及景觀水池不斷涌現；為了美化城市環境和解決城市熱島效應，城區內的水體如大小湖泊、人工湖、護城河，以成為各個城市風景建設的重點內容。由于景觀水多為靜止或流動性差的封閉緩流水體，一般具有水域面積小、易污染、水環境容量小、水體自凈能力低等特點，如果管理不善，很容易在不同程度上的污染，水體中產生氮磷等營養物質的富集，藻類異常增殖使水體的透明度下降，溶解氧降低水質嚴重惡化，導致水體的富營養化。特別是齊齊哈爾勞動湖水系，近些年來水草等藻類異常增殖，嚴重影響了水體質量，市政府有關部門也積極采取了重要的措施，通過人工辦法進行人工割草，再通過船運方式進行打撈，這不僅勞動強度大，而且勞動效率也非常低。

因此，研究一種經濟、實用、安全可靠的水中割草設備成為黑龍江省人工湖泊及景觀水體修復當務之急，必將大大改善水體的質量，提高了城市生活環境水平，也將大力推動景觀水體污染治理工藝發展。

二、工作原理

該割草船主要由割送裝置、船體總成和液壓系統等部分組成，如圖1所示

圖1 1、船體總成 2、液壓系統 3、割送裝置

其原理是整機通過柴油機帶動雙聯齒輪泵分別把油通過液壓控制元件分配器提供給每個液壓執行元件來實現割刀往復切割、輸送、割臺升降、船體的行走一系列傳動機構。割刀采用液壓馬凸輪式傳動結構，這樣的結構緊湊、機構傳動平穩，效率高，同時割臺的升降由兩個液壓缸來實現，使其操作更加靈活方便、割茬高度可以在一定范圍內自由控制，而割草船的行走采用定蹼式明輪結構，這樣結構就避免了船在淺水域中效率低，易使船體沉降，而且在有水草密集地方不易出現纏繞問題。

三、主要部裝設計

1.切割、輸送裝置的設計

根據整體結構，我們采用帶有標準Ⅱ型護刃器的往復式切割器，動刀片在液壓馬達凸輪式傳動結構驅動下做橫向的往復直線運動，根據工作對象，主要用來收割湖泊等淺水域的水草，水草的生長情況比較復雜，同時考慮到環境保護等問題，必須將水草及時收集打撈，因此，必須在船體上設計輸送裝置。

通過分析，我們把切割裝置安裝在船體的前端，這樣選擇的特點是能夠實現切割和輸送水草一體化，使水草的漏收率也比較低，動力輸入為液壓馬達傳動，這樣避免了切割裝置動力輸入端的傳動路線長等因素影響。

由于水草切割裝置是在水中進行作業，水草又比較密集，因此切割速度應為1.8m—2.2m/s，切割部件均采用是有耐磨、耐體腐蝕、防銹性的材料，同時，我們在輸送架上安裝了兩個升降的兩個油缸，割茬高度在0—0.8m的范圍內可自由調整高度，切割下來的水草能夠均勻的鋪放在傳送臺上一起收集，防止水草對水造成二次污染。

2.船體的明輪設計

水草收割機的工作環境是水深大于1.2米，切割裝置一般工作平均水深在0.6—0.8米之間，常用的推進裝置有螺旋推進器，空氣螺旋推進器和明輪推進器。螺旋式推進器在淺水域中效率低，易使船體沉降，且在有水草的水域易出現，纏繞問題，空氣螺旋推進器的制造工藝和使用維護要求很高且易翻船，而明輪推進器平衡性好，不易出現纏繞，通過分析我們采用明輪推進器。

我們采用定蹼式明輪結構，該結構簡單、牢固、根據設計、計算，該結構特點是：要想得到較高的效率，設計時必須有很大的直徑和比較低的轉速，這一特點完全適合船體特點。當明輪低速液壓馬達帶動下旋轉蹼板依次進出水面，蹼板向后撥水產生的作用力推船前進。

該機構中如圖2所示，明輪軸與驅動明軸采用分體式結構，這樣便于運輸和維修，同時驅動明輪軸的固定采用兩組深溝球軸承固定轉動。

3.液壓系統設計

該割草船全部以液壓為動力來源，并通過液壓控制來對割草船進行船的行走、割臺升降、水草收割與輸送，整個液壓原理圖4所示，

1 油箱總成 、2雙聯齒輪油泵、3開關、4 壓力表、5多路換向閥、6 可調節流閥、7分流閥、8切割馬達、9輸送馬達、10雙作用液壓缸、11雙向液壓鎖、12液壓油管、13單向節流閥、14明輪馬達、15柴油機

液壓系統的其特點：

1.簡化結構提高可靠性，割草船由多個工作裝置組成，各工作裝置分散在整機的各個部位，若過多地采用皮帶、齒輪、鏈條、等機械零件，一方面帶彩用復雜的結構，另一方面導致可靠性較低，收割過程中出現水草可能會纏住傳動部件，增加傳動負荷甚至使機器卡死。運用液壓技術，可以使割草船在結構上獲得簡化，可以方便地實現各種功能要求，可方便地控制各種參數，利于動力分配及各裝置間的節拍整合與優化，有利于提高收割船整體性能，提高可靠性。

2.實現操縱控制的多樣性，在雙聯齒輪泵運載下即可方便的實現平穩換向、變速、前進、倒退制動，變速只需一根操縱桿即可完成。

通過分析計算，該割草船通過兩種調速系統來完成整個液壓調速系統，割草船割臺升降液壓系統，輸送裝置液壓系統和切割液壓系統采用節流控制措施，這是因為臺架升降對位置控制要求高，而輸送機構和切割機構對速度穩定要求高，所以采用調速閥很容易控制轉速。割草船由于工作在水上的特點以及水草密度的不同，因而行走速度要求頻繁變化，采用容積調速方式較為合理。

四、結束語

割草船已經過了多輪的設計試驗、檢測，進行了嚴格的生產考核，對相關參數與部件進行了多輪的校正與修改，目前該機型完全可以直接應用于生產。該機結構緊湊，機構傳動平穩，效率高，性能可靠，操作簡單，維修保養方便，可大大減輕了人工打撈水草勞動強度，加快了城市景觀水體治理工藝工作效率，推廣應用前景十分廣闊。