小型清漂船的机械结构设计(附件)【字数：16720】
摘 要摘 要针对河道、景观河等中小水域航道窄、面积小，一般大型水草收割船难以进行操作的情况，本文设计了一种结构进紧凑，传动平稳，效率高，适合在中小流域内作业的小型清漂船。论文主要论述了小型清漂船的研究背景、研究现状和设计内容，完成了清漂船的驱动装置、收割装置、输送装置、撕碎装置及船体的方案设计，并对这些装置的主要零件设计计算和校核。同时，按照任务要求建立清漂船的三维模型和绘制二维总装配图及其主要零件图。结果表明所设计的小型清漂船具有结构简单、紧凑、合理，适用范围广，切割效率高等优点。这种小型清漂船能够长时间稳定工作，基本达到清除水草，净化水质的目的。关键词小型清漂船；切割装置；输送装置；撕碎装置
Keywords: small cleaning boat; cutting device; conveying device; shredding device 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 2
1.3 本课题研究意义及内容 5
第二章 小型清漂船的方案设计 6
2.1 清漂船驱动装置的选择 6
2.1.1 螺旋桨 6
2.1.2 明轮 6
2.1.3 喷水式驱动器 7
2.2 水草输送装置的选择 7
2.2.1 摩擦型输送装置 7
2.2.2 啮合型输送装置 8
2.3 水草切割装置的选择 9
2.4 水草撕碎装置的设计 9
2.5 本章小结 10
第三章 水草收割和输送装置的设计 11
3.1 收割装置及其主要零件的设计计算 11
3.1.1 电机及带轮的设计计算 11
3.1.2 转动轴及其零件的计算和校核 13
3.2 输送装置及其主要零件的设计计算 17
3.2.1 同步带和输送带的设计计算 18
3.2.2 主动轴和联轴器的设计计算 19
3.3 本章小结 23
第四章 船体及撕碎装置的设计 24
4.1 撕碎装置的设计计算 24
4.2 船体的设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
计计算 29
4.3 本章小结 30
第五章 基于ANSYS的清漂船主要部件的结构分析 31
5.1部件所受载荷 31
5.1.1输送主动轴（I轴）和撕碎旋转轴（II轴）所受的载荷 31
5.1.2带轮的许用应力 32
5.2基于ANSYS的输送装置主动轴的分析及优化 32
5.2.1对输送装置主动轴的分析 32
5.2.2对输送装置主动轴的优化 34
5.3基于ANSYS的撕碎装置旋转轴分析及优化 35
5.3.1对旋转轴的分析 35
5.3.2对撕碎装置旋转轴的优化 36
5.4基于ANSYS的同步带带轮分析 38
第六章 总结与展望 39
致 谢 40
参考文献 41
第一章 绪论
1.1 研究背景
社会发展是建立在良好的生态环境基础上的，同时人类的发展也离不开良好的生态环境。因此，我们现在重点关注的问题是如何实现生态环境的可持续发展。因为它不仅关系到当代经济社会和人类的发展，而且还影响到我们人类未来的发展。
自然生态系统的重要组成部分之一就是水，水资源在人类文明发展中占有举足轻重的地位。可是随着工业革命以来，经济迅速发展，人口激增，对水资源的需求增加，特别是工业用水后排出大量污水，对水资源造成严重污染。污水中含有大量氮、磷等营养成分，水中各种藻类和水生植物因吸收这些营养成分而大量繁殖，水资源生态环境因此而遭到破坏，如图11所示。
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图11 湖底水草泛滥成灾
目前很多地区对于河道水草清理还是采用人工打捞的方式，如图12所示。但是人工打捞水草工作量大而且工作环境恶劣，费时费力，效率也十分低下。在春夏季节，水草容易疯长，人工除草的速度有限而且偏慢，水草生长速度很快，人工工作的进度是跟不上的。夏季高温，在水中的水草因为浸泡而发生质变、腐烂发出恶臭，水的质量进一步下降。
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图12 人工打捞水草
目前也有一些水草清理装置被设计出来，如WH1800型河道清草机、SGY2.5型水草收割机[1]、GC2230型河道割草保洁船、GC200O型小型河道割草作业机械、9GSCC1.4型水生植物收割船和LW5000多功能水草收割船[2]等。但这些产品体型都较大，长度大都大于8m,需要多人共同操作完成作业任务，只适合在大型水域进行水草清理工作。如图13所示。而对于许多景观河道水域，其轮廓呈现凹凸曲线形，且水面较为狭小，不利于大型机械作业。
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图13 大型清理船打捞水草
对于大型的水草收割船而言，一般需要3~4人进行操作，但随着水草收割机的体型不断变小，它的收割和收集都在同时进行，且安装紧凑，由于空间有限，最多只能有一人操作。若都是手动操作的话会降低效率，所以应该提高水草收割船的自动化程度，并进一步减小船体的尺寸，增加存储空间。随着社会需求的增加，人们会越来越多的使用小型自动化水草清理船，因此小型轻便、美观环保的水草收割船将是一个重要研究方向。
1.2 研究现状
此种小型清漂船致力于清理中小型湖泊、河道和风景区水域的水草。首先清漂船前部的剪切装置在水中将水草切割，通过运输装置运送到甲板再输送撕碎装置，最后送入压实装置压缩等靠岸后一并取出。
关于水草收割船，目前海内外已经有很多成功使用的案列和深厚的研究基础。
对于水草清理设备国外很早就已经开始研究了，荷兰等国从50年代初就开始使用专门的水草切割机械在河道的内进行作业。在1958年荷兰的ICH CO机械厂研制出H系列两栖式挖泥船，共六种机型，紧接着M系列、S系列和FB系列等多种清理机械又都被设计开发出来[3]。ICAOHERDER公司也开始研制各种机型的河道除草机[4]。一开始他们一般都把切割器安装在液压挖掘机或农用拖拉机上，把沟渠、河道内的蒲草、杂草切割后捞起放于岸边，然后把整理机停在岸边或者沿着河岸开始作业，这就是陆用割草机。由于陆用割草机设计存在很多问题，使用范围被地理环境所制约，在河道、沟渠两旁常栽种有树木，使得设备无法停机，而在水域中央部分的水草因距离过远而无法清除，因此设计研发一种能够在水中作业的割草机迫在眉睫。后来很多公司也研发出了在水中作业的切草机，产品进一步得到发展。
Keywords: small cleaning boat; cutting device; conveying device; shredding device 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 2
1.3 本课题研究意义及内容 5
第二章 小型清漂船的方案设计 6
2.1 清漂船驱动装置的选择 6
2.1.1 螺旋桨 6
2.1.2 明轮 6
2.1.3 喷水式驱动器 7
2.2 水草输送装置的选择 7
2.2.1 摩擦型输送装置 7
2.2.2 啮合型输送装置 8
2.3 水草切割装置的选择 9
2.4 水草撕碎装置的设计 9
2.5 本章小结 10
第三章 水草收割和输送装置的设计 11
3.1 收割装置及其主要零件的设计计算 11
3.1.1 电机及带轮的设计计算 11
3.1.2 转动轴及其零件的计算和校核 13
3.2 输送装置及其主要零件的设计计算 17
3.2.1 同步带和输送带的设计计算 18
3.2.2 主动轴和联轴器的设计计算 19
3.3 本章小结 23
第四章 船体及撕碎装置的设计 24
4.1 撕碎装置的设计计算 24
4.2 船体的设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
计计算 29
4.3 本章小结 30
第五章 基于ANSYS的清漂船主要部件的结构分析 31
5.1部件所受载荷 31
5.1.1输送主动轴（I轴）和撕碎旋转轴（II轴）所受的载荷 31
5.1.2带轮的许用应力 32
5.2基于ANSYS的输送装置主动轴的分析及优化 32
5.2.1对输送装置主动轴的分析 32
5.2.2对输送装置主动轴的优化 34
5.3基于ANSYS的撕碎装置旋转轴分析及优化 35
5.3.1对旋转轴的分析 35
5.3.2对撕碎装置旋转轴的优化 36
5.4基于ANSYS的同步带带轮分析 38
第六章 总结与展望 39
致 谢 40
参考文献 41
第一章 绪论
1.1 研究背景
社会发展是建立在良好的生态环境基础上的，同时人类的发展也离不开良好的生态环境。因此，我们现在重点关注的问题是如何实现生态环境的可持续发展。因为它不仅关系到当代经济社会和人类的发展，而且还影响到我们人类未来的发展。
自然生态系统的重要组成部分之一就是水，水资源在人类文明发展中占有举足轻重的地位。可是随着工业革命以来，经济迅速发展，人口激增，对水资源的需求增加，特别是工业用水后排出大量污水，对水资源造成严重污染。污水中含有大量氮、磷等营养成分，水中各种藻类和水生植物因吸收这些营养成分而大量繁殖，水资源生态环境因此而遭到破坏，如图11所示。
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图11 湖底水草泛滥成灾
目前很多地区对于河道水草清理还是采用人工打捞的方式，如图12所示。但是人工打捞水草工作量大而且工作环境恶劣，费时费力，效率也十分低下。在春夏季节，水草容易疯长，人工除草的速度有限而且偏慢，水草生长速度很快，人工工作的进度是跟不上的。夏季高温，在水中的水草因为浸泡而发生质变、腐烂发出恶臭，水的质量进一步下降。
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图12 人工打捞水草
目前也有一些水草清理装置被设计出来，如WH1800型河道清草机、SGY2.5型水草收割机[1]、GC2230型河道割草保洁船、GC200O型小型河道割草作业机械、9GSCC1.4型水生植物收割船和LW5000多功能水草收割船[2]等。但这些产品体型都较大，长度大都大于8m,需要多人共同操作完成作业任务，只适合在大型水域进行水草清理工作。如图13所示。而对于许多景观河道水域，其轮廓呈现凹凸曲线形，且水面较为狭小，不利于大型机械作业。
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图13 大型清理船打捞水草
对于大型的水草收割船而言，一般需要3~4人进行操作，但随着水草收割机的体型不断变小，它的收割和收集都在同时进行，且安装紧凑，由于空间有限，最多只能有一人操作。若都是手动操作的话会降低效率，所以应该提高水草收割船的自动化程度，并进一步减小船体的尺寸，增加存储空间。随着社会需求的增加，人们会越来越多的使用小型自动化水草清理船，因此小型轻便、美观环保的水草收割船将是一个重要研究方向。
1.2 研究现状
此种小型清漂船致力于清理中小型湖泊、河道和风景区水域的水草。首先清漂船前部的剪切装置在水中将水草切割，通过运输装置运送到甲板再输送撕碎装置，最后送入压实装置压缩等靠岸后一并取出。
关于水草收割船，目前海内外已经有很多成功使用的案列和深厚的研究基础。
对于水草清理设备国外很早就已经开始研究了，荷兰等国从50年代初就开始使用专门的水草切割机械在河道的内进行作业。在1958年荷兰的ICH CO机械厂研制出H系列两栖式挖泥船，共六种机型，紧接着M系列、S系列和FB系列等多种清理机械又都被设计开发出来[3]。ICAOHERDER公司也开始研制各种机型的河道除草机[4]。一开始他们一般都把切割器安装在液压挖掘机或农用拖拉机上，把沟渠、河道内的蒲草、杂草切割后捞起放于岸边，然后把整理机停在岸边或者沿着河岸开始作业，这就是陆用割草机。由于陆用割草机设计存在很多问题，使用范围被地理环境所制约，在河道、沟渠两旁常栽种有树木，使得设备无法停机，而在水域中央部分的水草因距离过远而无法清除，因此设计研发一种能够在水中作业的割草机迫在眉睫。后来很多公司也研发出了在水中作业的切草机，产品进一步得到发展。
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