一種新型的襯砌渠道清淤設備

宗理華，張林，桑國慶

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東　濟南　250014；2.濟南大學，山東　濟南　250022）

一種新型的襯砌渠道清淤設備

宗理華1，張林1，桑國慶2

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東濟南250014；2.濟南大學，山東濟南250022）

為滿足調水工程中襯砌渠道常年輸水的需要，研制了一種新型的渠道清淤車，能夠在不影響輸水的條件下執行高效的清淤作業。通過現場渠坡和水下行走、挖泥排泥、排除堵塞及水下密封等方面試驗，表明清淤車完全能夠勝任襯砌渠道的清淤任務。

襯砌渠道；清淤設備；南水北調

為保證渠道正常的輸水運行。大部分輸水渠道需進行定期清淤，但目前還沒有用于襯砌渠道的機械化清淤設備。河湖疏浚一般采用絞吸式挖泥船，但其鋼樁定位和跨步行走的工作方式不適合于襯砌硬底、斷面窄淺的渠道清淤。泥漿泵抽排淤積物的作業方式，則不僅費時費力，而且可能造成襯砌渠道的揚壓力破壞。因此，需要一種適用于襯砌渠道的新型的機械化清淤設備。

1　工作原理

利用襯砌渠道的渠底堅硬平整、渠水清淺流緩和渠寬視線可及的特點，采用水下低速行走和目視遙控操作的思路研制了一種新型的全液壓襯砌渠道潛水清淤車（以下簡稱清淤車）。其設計方案主要描述如下：

1）渠道清淤車以潛水電機為動力，在水下工作，其工作裝置全部采用液壓驅動。岸上（船上）的柴油發電機組通過動力電纜向水下裝置中的潛水電機供電。岸上（船上）的操作面板中的控制器和水下裝置中的控制器通過控制電纜相連。

2）渠道清淤車為低速行走車輛，且必須全部清除掉其前面的淤積物后才能繼續向前行走，以防陷入軟泥中進退不得。

3）渠道清淤車采用橡膠履帶式底盤，車架與底盤剛性連接。在車架上固定安裝潛水電機和密封箱，液壓泵組、液壓油箱和控制閥組都集成在密封箱中；在車架上設舉升裝置，舉升裝置掛接螺旋絞刀和泥泵。履帶行走馬達、螺旋絞刀馬達、泥泵馬達和舉升臂等水下工作裝置全部為液壓驅動，依靠密封箱中的液壓泵組為其提供動力。

4）渠道清淤車兩側各設置一根信號桿，頂部探出水面并裝設方向指示，操作人員手持便攜式的操作面板，目視觀察清淤車的位置和行走方向，控制清淤車的前進、后退和轉向，以及舉升機構、泥泵和螺旋絞刀的動作。

5）渠道清淤車在水下邊工作邊行走，螺旋絞刀絞削渠底淤積物，攪拌形成泥水混合物并收集到泥泵進口，排泥管路將泥泵抽吸的泥水混合物輸送到岸上排泥場。

6）遇到石塊堵塞泥泵的情況時，渠道清淤車將泥泵舉升到水面上，并靠近岸邊，操作人員排除堵塞。

7）渠道清淤車自行上下較緩的岸坡，陡坡時則借助于手動助力絞盤。

2　結構設計

渠道清淤車按照水下行走、全液壓傳動、水下與岸上雙向通訊、遠程電氣控制的思路進行結構設計，總體結構設計如圖1所示。

車體是所有部件的安裝平臺。渠道清淤車采用整體焊接式車體，中間為一個密封箱體，后部安裝凸緣潛水電機，前部為絞刀和泥泵等工作裝置，兩側的下部為履帶行走裝置的縱梁（也稱臺車架），兩側的后上部為舉升機構支承。從節約開發成本和提高工作可靠性出發，水下工作的分動力箱、液壓泵、液壓閥、液壓油箱、電氣元件等都采用陸地設備的通用元件，不單獨進行水下密封和防腐蝕專門設計，所以將其安裝在密封箱體中。密封箱體與外部元件之間沒有動密封，其密封性能容易得到保證。

圖1　渠道清淤車外形圖

表1　渠道清淤車主要技術參數

3　現場清淤試驗

現場清淤試驗地點為南水北調東線穿黃河南干渠（樁號0+100～0+400），該段渠道為全斷面混凝土襯砌，渠道底寬34.5 m，邊坡系數1∶2，現狀水深約2.5 m。

渠道清淤車在水中行走，操作面板放在渠道岸邊，操作人員通過觀察渠道水面的指示標桿來操作渠道清淤車。指示標桿伸出水面約1.0 m。水中的橡膠排泥管與臍帶電纜綁扎在一起，并一起包裹在泡沫塑料浮體中，漂浮在水面上。利用渠道堤頂道路一側的棄土區作為排泥場，沉淀后的清水經過路穿管重新流回渠道中。渠道清淤車到排泥場之間的排泥管路長約120 m，包括35 m長的橡膠軟管、20 m長的鋼管和65 m長的鋼絲編織橡膠軟管，排泥高度約4.5 m。閘閥用來調整泥泵的壓力和流量，實測得到泥泵的性能曲線；取樣口用來取出泥漿樣本，放入量杯中，靜置沉淀后就能夠知道泥水混合物的體積濃度；加液口用來向泥漿中加入示蹤物（高錳酸鉀），測量排泥口與加液口之間的距離，示蹤物從加液加入到從排泥口流出的間隔用秒表計時，從而能夠計算出泥水混合物平均流速，乘以固定的管道流通面積，即可計算出泥泵流量。電磁式流量計用來測量泥泵的清水流量，測量泥水混合物流量時也作為參考。

4　結語

渠道清淤車是一種新型的用于襯砌渠道清淤的專用機械化設備，利用襯砌渠道的渠底堅硬平整、渠水清淺流緩和渠寬視線可及的特點，采用水下低速行走和目視遙控操作的思路研制的清淤車順利完成了現場清淤試驗，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實現預期了設計功能。因技術手段的限制，試驗中沒有對清淤車作業過程進行水下攝像，所以缺少對渠道清淤車作業效果進行評價的直接證據。但根據對試驗過程的觀察和對試驗結果的分析，新研制的渠道清淤車完全能夠勝任襯砌渠道的清淤任務，可以在襯砌渠道清淤工程中推廣應用。

（責任編輯遲明春）

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1009-6159（2016）-06-0033-02

2015-11-09

宗理華（1973—），女，工程師