工业设计论文CCG1000型割草船的设计与研究

　　随着生活水平的提高，人们越来越向往“小桥流水”如诗如意般的生活环境，向往“碧波荡漾，鱼鸟成群”的自然美景，为了顺应人们在这方面的要求，在城市绿地、公园建设和大型标志性建筑中，人工湖泊、人工河道及景观水池不断涌现；为了美化城市环境和解决城市热岛效应，城区内的水体如大小湖泊、人工湖、护城河，以成为各个城市风景建设的重点内容。

　　[摘要]本文对市场现有机械式水上收割机结构特点进行了分析研究后，提出一种全液压动力驱动机构的设计思路，介绍了CCG1000型割草船的工作原理、技术参数及机构设计。

　　[关键词]割草船,结构设计,液压系统

　　一、前言

　　由于景观水多为静止或流动性差的封闭缓流水体，一般具有水域面积小、易污染、水环境容量小、水体自净能力低等特点，如果管理不善，很容易在不同程度上的污染，水体中产生氮磷等营养物质的富集，藻类异常增殖使水体的透明度下降，溶解氧降低水质严重恶化，导致水体的富营养化。特别是齐齐哈尔劳动湖水系，近些年来水草等藻类异常增殖，严重影响了水体质量，市政府有关部门也积极采取了重要的措施，通过人工办法进行人工割草，再通过船运方式进行打捞，这不仅劳动强度大，而且劳动效率也非常低。

　　因此，研究一种经济、实用、安全可靠的水中割草设备成为黑龙江省人工湖泊及景观水体修复当务之急，必将大大改善水体的质量，提高了城市生活环境水平，也将大力推动景观水体污染治理工艺发展。

　　二、工作原理

　　该割草船主要由割送装置、船体总成和液压系统等部分组成，如图1所示

　　图11、船体总成2、液压系统3、割送装置

　　其原理是整机通过柴油机带动双联齿轮泵分别把油通过液压控制元件分配器提供给每个液压执行元件来实现割刀往复切割、输送、割台升降、船体的行走一系列传动机构。割刀采用液压马凸轮式传动结构，这样的结构紧凑、机构传动平稳，效率高，同时割台的升降由两个液压缸来实现，使其操作更加灵活方便、割茬高度可以在一定范围内自由控制，而割草船的行走采用定蹼式明轮结构，这样结构就避免了船在浅水域中效率低，易使船体沉降，而且在有水草密集地方不易出现缠绕问题。

　　三、主要部装设计

　　1.切割、输送装置的设计

　　根据整体结构，我们采用带有标准Ⅱ型护刃器的往复式切割器，动刀片在液压马达凸轮式传动结构驱动下做横向的往复直线运动，根据工作对象，主要用来收割湖泊等浅水域的水草，水草的生长情况比较复杂，同时考虑到环境保护等问题，必须将水草及时收集打捞，因此，必须在船体上设计输送装置。

　　通过分析，我们把切割装置安装在船体的前端，这样选择的特点是能够实现切割和输送水草一体化，使水草的漏收率也比较低，动力输入为液压马达传动，这样避免了切割装置动力输入端的传动路线长等因素影响。

　　由于水草切割装置是在水中进行作业，水草又比较密集，因此切割速度应为1.8m—2.2m/s，切割部件均采用是有耐磨、耐体腐蚀、防锈性的材料，同时，我们在输送架上安装了两个升降的两个油缸，割茬高度在0—0.8m的范围内可自由调整高度，切割下来的水草能够均匀的铺放在传送台上一起收集，防止水草对水造成二次污染。

　　2.船体的明轮设计

　　水草收割机的工作环境是水深大于1.2米，切割装置一般工作平均水深在0.6—0.8米之间，常用的推进装置有螺旋推进器，空气螺旋推进器和明轮推进器。螺旋式推进器在浅水域中效率低，易使船体沉降，且在有水草的水域易出现，缠绕问题，空气螺旋推进器的制造工艺和使用维护要求很高且易翻船，而明轮推进器平衡性好，不易出现缠绕，通过分析我们采用明轮推进器。

　　我们采用定蹼式明轮结构，该结构简单、牢固、根据设计、计算，该结构特点是：要想得到较高的效率，设计时必须有很大的直径和比较低的转速，这一特点完全适合船体特点。当明轮低速液压马达带动下旋转蹼板依次进出水面，蹼板向后拨水产生的作用力推船前进。

　　该机构中如图2所示，明轮轴与驱动明轴采用分体式结构，这样便于运输和维修，同时驱动明轮轴的固定采用两组深沟球轴承固定转动。

　　3.液压系统设计

　　该割草船全部以液压为动力来源，并通过液压控制来对割草船进行船的行走、割台升降、水草收割与输送，整个液压原理图4所示，

　　1油箱总成、2双联齿轮油泵、3开关、4压力表、5多路换向阀、6可调节流阀、7分流阀、8切割马达、9输送马达、10双作用液压缸、11双向液压锁、12液压油管、13单向节流阀、14明轮马达、15柴油机

　　液压系统的其特点：

　　1.简化结构提高可靠性，割草船由多个工作装置组成，各工作装置分散在整机的各个部位，若过多地采用皮带、齿轮、链条、等机械零件，一方面带彩用复杂的结构，另一方面导致可靠性较低，收割过程中出现水草可能会缠住传动部件，增加传动负荷甚至使机器卡死。运用液压技术，可以使割草船在结构上获得简化，可以方便地实现各种功能要求，可方便地控制各种参数，利于动力分配及各装置间的节拍整合与优化，有利于提高收割船整体性能，提高可靠性。

　　2.实现操纵控制的多样性，在双联齿轮泵运载下即可方便的实现平稳换向、变速、前进、倒退制动，变速只需一根操纵杆即可完成。

　　通过分析计算，该割草船通过两种调速系统来完成整个液压调速系统，割草船割台升降液压系统，输送装置液压系统和切割液压系统采用节流控制措施，这是因为台架升降对位置控制要求高，而输送机构和切割机构对速度稳定要求高，所以采用调速阀很容易控制转速。割草船由于工作在水上的特点以及水草密度的不同，因而行走速度要求频繁变化，采用容积调速方式较为合理。

　　四、结束语

　　割草船已经过了多轮的设计试验、检测，进行了严格的生产考核，对相关参数与部件进行了多轮的校正与修改，目前该机型完全可以直接应用于生产。该机结构紧凑，机构传动平稳，效率高，性能可靠，操作简单，维修保养方便，可大大减轻了人工打捞水草劳动强度，加快了城市景观水体治理工艺工作效率，推广应用前景十分广阔。