灌溉渠道是农业生产中必不可少的水利设施。渠道在运行过程中,由暴雨、洪水等因素引起的水土流失,会造成渠内沉积淤泥,减少过流面积,使水流速度降低、流量减少,影响灌溉效率。受渠道宽度和水深限制,并考虑渠道的防渗漏要求,现有河道清淤设备无法在渠道中进行清淤作业,以致长期以来,渠道淤泥清理都是人工作业完成。随着人口出生率下降和农村剩余劳动力的减少,渠道清淤已成为现代农业水利建设亟待解决的问题。本课题拟通过对现有清淤方法的研究,开发一种适合灌溉渠道的清淤设备,实现在不空渠、不损伤渠道、不影响渠道周边环境的条件下完成渠道的清淤作业。该设备的开发对提高渠道的灌溉能力,确保灌区粮食产量具有重要意义。论文的主要研究内容如下:1.渠道水文参数及淤泥物理特性试验研究。分析了委托单位提供的渠道淤积深度,淤泥颗粒分布等渠道水文参数,并用试验的方法测得了渠道淤泥的密度、孔隙率、含水率、内摩擦角、粘聚力等物理及力学特性参数,为清淤设备的方案制定及相关数值模拟提供了数据基础。2.在分析了现有清淤方法优缺点的基础上,提出了一种“绞-冲”式清淤方法,该清淤方法将绞刀切削、射流冲刷两种方式结合起来使泥沙起动,利用渠道水流将泥沙带走至下游农田。论文从泥沙起动条件、渠道挟沙能力、泥沙输送距离三个方面进行理论分析,论证了“绞-冲”式清淤方法的可行性。3.基于FLOW-3D平台,结合所制定的清淤方案及所测得淤泥特性参数,对不同射流角度下的射流冲刷进行数值模拟,发现冲刷角在45°左右更有利于泥沙起动,相较于其它冲刷角度,该角度下的冲刷坑面积更大,深度更深;并在45°冲刷角条件下,对不同流速的射流冲刷进行仿真计算,分析不同流速下短时间内的冲刷坑深度,当射流流速为17m/s时,冲刷坑深度满足要求。4.基于LS-DYNA平台,采用所测得淤泥特性参数,对绞刀切削淤泥过程进行动力学分析,得到了切削过程中绞刀的切削阻力曲线及阻力矩曲线,在切削过程中,绞刀转速为90r/min,移速为0.3m/s的情况下,单组绞刀所受最大阻力为45N,所受最大阻力矩为13.5N·m。5.设计了渠道清淤船原理样机,尤其对淤泥清理装置进行了详细设计,并基于数值模拟得到的射流冲刷系统及绞刀切削系统的工作参数,对驱动绞刀的液压系统及水射流系统进行了设计计算,并采用flowmaster软件对所设计的水射流系统进行了仿真,发现喷嘴流速基本符合清淤作业需求。