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摘要：介绍城市河道清淤机的组成及详细的工作原理，对淤泥搜集传动装置传动轴进行强度和刚度的校核，进而改进轴的设计，由原来的实心轴改为空心轴，降低成本。
关键词：淤泥搜集系统 工作原理 计算分析
前言
近年来，由于泥沙淤积导致的水环境污染日益严重，有必要研究和开发适合我国国情的自动化清淤机械。虽然已经拥有了适合大江大河等大范围水域疏浚工程的大中型挖泥船，但城市河道的小型清淤机械尚处于技术开发阶段，又因城市河道垃圾较多，搜集装置易于堵塞，现对城市河道的清淤机的淤泥搜集进行改进计算。
1淤泥搜集系统的组成
淤泥搜集系统是由小型的液压马达、液压缸、橡胶软管、工作前腔、小齿轮、动铰断片、静铰断片、弹簧、垫片、螺旋推进刀等组成。
图1.1淤泥搜集系统示意图
2淤泥搜集系统的工作原理
发动机工作 ,通过带轮把动力同时传给机油泵和离合器，一方面通过离合器带动泥浆泵工作 ,泥浆泵工作使淤泥源源不断的进入淤泥搜集装置；另一方面机油泵带动车体上的各个液压马达工作，液压马达通过小齿轮带动动铰断片转动 ,动铰断片通过花键把动力传递给轴，轴再通过花键把动力传递给螺旋推进刀，螺旋推进刀旋转使淤泥进入前腔，淤泥通过动铰断片上的孔进入静铰断片时，由于弹簧对动铰断片的挤压作用，动铰断片和静铰断片紧紧的贴在一起，动铰断片和静铰断片的相对转动产生了剪切作用，通过的淤泥被剪切 ,杂物被切碎 ,再经弹性胶管、橡胶管、泥浆泵、输泥管、输送至岸上。
重复以上的操作步骤,可以在不断航的条件下连续不断地清淤施工。若遇到石块、废旧衣服等杂物，前腔前面的阻隔片挡住石块使其不能进入，就不会产生堵塞现象,当淤泥杂物积累到一定量时，可以通过液压缸将前腔提起，然后将石块转运到车里的杂物储存处。
液压马达通过小齿轮带动静铰断片2继而通过花键带动轴转动焊接在轴上的螺旋推进刀也随之转动，淤泥源源不断的进入定铰断片再通过泥浆泵被送入车体力的仓库储存。在淤泥搜集装置中，对于轴的要求高，因此对于轴的要求需要进行详细的设计与计算分析。
轴的传动结构如图2.1
图2.1轴的视图
1.定铰断片2动铰断片3弹簧4垫片5螺旋推进刀
轴的结构如下图
图2.2轴的视图
3 淤泥搜集装置传动轴计算
对大跨度传递大扭矩，其自重又产生大值弯矩而必须同时考虑弯扭得传动轴，再某一特定工况时，必有一根外径为 实心圆钢可供选用。
外径为 的实心圆钢，用疲劳强度作精确校核。考虑到轴体在交变应力状态下工作，选用强度限低于350-550 的低碳钢。为安全起见，轴间的弯矩和扭矩均按最大值考虑。
1轴中由转盘拨水，转盘和轴自重引起的弯曲应力。因轴转动，载荷为对称循环。
式中：——轴弯曲应力的应力幅， ；
——轴计算界面总弯矩， ；
——轴计算截面的抗弯截面系数， ；
——转盘拨水产生的弯矩，方向水平， ；
——转盘自重产生的弯矩，方向垂直， ；
-——轴自重产生的弯矩，方向垂直， ；
2轴中转盘引起的扭转应力。因轴单项转动，载荷为脉动循环。
式中： ——轴的扭剪应力的应力幅， ；
——轴计算截面的转矩， ；
——轴计算截面的抗扭截面系数， .
3轴的实际安全系数
只考虑弯矩时
只考慮转矩时，
式中： 和 分别为轴只考虑弯矩作用和转矩作用时的安全系数；
和 分别为对称循环应力时的弯曲和扭转疲劳极限， ；
和 分别为轴弯曲应力和扭剪应力的平均盈利， （轴对称循环时=0， 脉动循环时）；
和 分别为轴弯曲和扭转时的有效应力集中系数；
表面质量系数；
和 分别为轴弯曲和扭转时的绝对尺寸影星系数；
和 分别为轴弯曲和扭转时平均应力折合为应力幅的等效系数。
轴的实际安全系数
式中： 同时考虑弯扭时轴的实际安全系数；
疲劳强度计算的许用安全系数。
通过上述各步按照常规算出外径为 的实心圆钢满足强度条件，再此略去其刚度校核，并约定其亦满足刚度要求。
对于大跨度，有大扭矩和大玩具的传动轴，采用实心轴载经济上时不合算的，因而为降低成本，往往采用管材去替代实心轴。
设管子外径为 ，内径为 ，其惯性矩 和截面模数 分别为：
设实心轴外径为 ，其惯性矩 和截面模数 分别为：
在同一设定工况时空心管轴和实心轴刚度和强度等效条件需同时满足：
即
当满足强度条件 时，从上式可知 时，并简化为：
结合以上公式说明 的管材空心轴替代实心轴时，凡能满足强度条件的管材，其刚度条件即 也能满足。
上式经整理，可写成：
凡满足 式的多根外径为 ，内径为 的空心管材皆可等效替代外径为 的实心轴。这样我们可以做成经济实用的传动轴，以降低设备成本。
4结论
本文介绍了淤泥搜集装置的组成结构及工作原理，通过对轴的计算分析中，在满足足够的强度和刚度时，由以往常用的实心轴改为性能相当的空心轴，做到经济实用，降低成本。
参考文献
[1] 吴宗泽主编.机械设计使用手册.北京：化学工业出版社，2000
[2] 陆萍主编.机械设计基础[M].济南：山东科技技术出版社，2003.9
[3] 王望予主编.汽车设计[M].机械工业出版社，2004
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：淤泥搜集系统 工作原理 计算分析
前言
近年来，由于泥沙淤积导致的水环境污染日益严重，有必要研究和开发适合我国国情的自动化清淤机械。虽然已经拥有了适合大江大河等大范围水域疏浚工程的大中型挖泥船，但城市河道的小型清淤机械尚处于技术开发阶段，又因城市河道垃圾较多，搜集装置易于堵塞，现对城市河道的清淤机的淤泥搜集进行改进计算。
1淤泥搜集系统的组成
淤泥搜集系统是由小型的液压马达、液压缸、橡胶软管、工作前腔、小齿轮、动铰断片、静铰断片、弹簧、垫片、螺旋推进刀等组成。
图1.1淤泥搜集系统示意图
2淤泥搜集系统的工作原理
发动机工作 ,通过带轮把动力同时传给机油泵和离合器，一方面通过离合器带动泥浆泵工作 ,泥浆泵工作使淤泥源源不断的进入淤泥搜集装置；另一方面机油泵带动车体上的各个液压马达工作，液压马达通过小齿轮带动动铰断片转动 ,动铰断片通过花键把动力传递给轴，轴再通过花键把动力传递给螺旋推进刀，螺旋推进刀旋转使淤泥进入前腔，淤泥通过动铰断片上的孔进入静铰断片时，由于弹簧对动铰断片的挤压作用，动铰断片和静铰断片紧紧的贴在一起，动铰断片和静铰断片的相对转动产生了剪切作用，通过的淤泥被剪切 ,杂物被切碎 ,再经弹性胶管、橡胶管、泥浆泵、输泥管、输送至岸上。
重复以上的操作步骤,可以在不断航的条件下连续不断地清淤施工。若遇到石块、废旧衣服等杂物，前腔前面的阻隔片挡住石块使其不能进入，就不会产生堵塞现象,当淤泥杂物积累到一定量时，可以通过液压缸将前腔提起，然后将石块转运到车里的杂物储存处。
液压马达通过小齿轮带动静铰断片2继而通过花键带动轴转动焊接在轴上的螺旋推进刀也随之转动，淤泥源源不断的进入定铰断片再通过泥浆泵被送入车体力的仓库储存。在淤泥搜集装置中，对于轴的要求高，因此对于轴的要求需要进行详细的设计与计算分析。
轴的传动结构如图2.1
图2.1轴的视图
1.定铰断片2动铰断片3弹簧4垫片5螺旋推进刀
轴的结构如下图
图2.2轴的视图
3 淤泥搜集装置传动轴计算
对大跨度传递大扭矩，其自重又产生大值弯矩而必须同时考虑弯扭得传动轴，再某一特定工况时，必有一根外径为 实心圆钢可供选用。
外径为 的实心圆钢，用疲劳强度作精确校核。考虑到轴体在交变应力状态下工作，选用强度限低于350-550 的低碳钢。为安全起见，轴间的弯矩和扭矩均按最大值考虑。
1轴中由转盘拨水，转盘和轴自重引起的弯曲应力。因轴转动，载荷为对称循环。
式中：——轴弯曲应力的应力幅， ；
——轴计算界面总弯矩， ；
——轴计算截面的抗弯截面系数， ；
——转盘拨水产生的弯矩，方向水平， ；
——转盘自重产生的弯矩，方向垂直， ；
-——轴自重产生的弯矩，方向垂直， ；
2轴中转盘引起的扭转应力。因轴单项转动，载荷为脉动循环。
式中： ——轴的扭剪应力的应力幅， ；
——轴计算截面的转矩， ；
——轴计算截面的抗扭截面系数， .
3轴的实际安全系数
只考虑弯矩时
只考慮转矩时，
式中： 和 分别为轴只考虑弯矩作用和转矩作用时的安全系数；
和 分别为对称循环应力时的弯曲和扭转疲劳极限， ；
和 分别为轴弯曲应力和扭剪应力的平均盈利， （轴对称循环时=0， 脉动循环时）；
和 分别为轴弯曲和扭转时的有效应力集中系数；
表面质量系数；
和 分别为轴弯曲和扭转时的绝对尺寸影星系数；
和 分别为轴弯曲和扭转时平均应力折合为应力幅的等效系数。
轴的实际安全系数
式中： 同时考虑弯扭时轴的实际安全系数；
疲劳强度计算的许用安全系数。
通过上述各步按照常规算出外径为 的实心圆钢满足强度条件，再此略去其刚度校核，并约定其亦满足刚度要求。
对于大跨度，有大扭矩和大玩具的传动轴，采用实心轴载经济上时不合算的，因而为降低成本，往往采用管材去替代实心轴。
设管子外径为 ，内径为 ，其惯性矩 和截面模数 分别为：
设实心轴外径为 ，其惯性矩 和截面模数 分别为：
在同一设定工况时空心管轴和实心轴刚度和强度等效条件需同时满足：
即
当满足强度条件 时，从上式可知 时，并简化为：
结合以上公式说明 的管材空心轴替代实心轴时，凡能满足强度条件的管材，其刚度条件即 也能满足。
上式经整理，可写成：
凡满足 式的多根外径为 ，内径为 的空心管材皆可等效替代外径为 的实心轴。这样我们可以做成经济实用的传动轴，以降低设备成本。
4结论
本文介绍了淤泥搜集装置的组成结构及工作原理，通过对轴的计算分析中，在满足足够的强度和刚度时，由以往常用的实心轴改为性能相当的空心轴，做到经济实用，降低成本。
参考文献
[1] 吴宗泽主编.机械设计使用手册.北京：化学工业出版社，2000
[2] 陆萍主编.机械设计基础[M].济南：山东科技技术出版社，2003.9
[3] 王望予主编.汽车设计[M].机械工业出版社，2004
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。