绞吸式挖泥船绞刀切削受力及其影响因素分析.pdf

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1、第４３卷第４期船海工程Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．４２０１４年８月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡｕｇ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１４．０４．０４０绞吸式挖泥船绞刀切削受力及其影响因素分析凌良勇（长江航道局机务处，武汉４３００１４）摘要：针对绞吸式挖泥船绞刀的磨损快和挖掘效率低等实际工程问题，对挖泥船绞刀进行切削受力分析，建立绞刀作用力计算模型，利用数值计算方法计算绞刀在不同切削角和包角条件下的作用力，得到了绞刀的切削角、包角与其受力之间的影响关系，给出绞刀切削角和包角的优化理论值

2、范围。关键词：绞吸式挖泥船；切削理论；受力分析；参数优化中图分类号：Ｕ６７４．３１文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-７９５３（２０１４）０４-０１５６-０４绞吸式挖泥船是航道维护疏浚中的主力船刀以一定的角度安装在刀架上，在挖泥船的疏浚型，但在疏浚作业中挖泥船的绞刀常出现易磨损、作业中这种螺旋的刀架可以使得整个切削过程能易掉落和低切削效率等工程问题，如何让绞刀高连续地进行，有效地避免了瞬时冲击力的产生。效可靠地工作一直是值得关注的技术问题。有多对绞刀作一系列垂至于绞刀轴的截面，它们种因素影响绞刀的可靠性和高效性，其中关键因相对绞

3、刀轴心转过的角度形成不同的刀臂截面，素有绞刀材料、切削受力和绞刀几何形状等。在即螺旋绞刀在横移切削时同一刀臂上不同位置绞绞刀材料的耐磨性方面，绞吸式挖泥船的绞刀一刀的切削状态不同，不同的刀臂不是同时进入、同般选用耐磨的合金钢或锰钢等材料制造，并通过时离开切削层，而是先进先出、后进后出。因此每调整绞刀材料的微量耐磨合金元素和后热处理工个刀臂不是整个都参与切削，而只是其中某段参艺方法，有效地提高绞刀的强度和抗磨性，延长绞与切削，多个刀臂的不同段在不同位置参入切削。刀的使用寿命，这是目前使用较多的一种方法。1．2受力分析模型同时，绞

4、刀的受力情况和几何形状对绞刀的影响以挖泥船的单个绞刀处于挖掘状态为例，依也很重要。分析绞刀载荷、优化绞刀结构形状同据绞刀切削理论建立切削受力分析模型，绞刀和样可以改善绞刀耐磨性可靠性，提高绞刀切削效切削层的受力分布与各力作用位置见图１、２。［１］率。近年来一些研究学者分别从切削理论、受［２-４］［５-６］力计算、疏浚介质作用载荷特性等方面开展了研究，在此基础上，本文依据挖泥船的绞刀切削理论建立绞刀切削受力分析模型，分析绞刀受力状况与绞刀几何参数之间的影响关系，并将研究结论用于绞刀结构设计及改进刀型和改善绞刀切削受力等方面。１受

5、力分析模型图1刀片受力分析1．1切削分析绞吸挖泥船的刀架是空间曲线的螺旋形，绞收稿日期：２０１４－０４－０１修回日期：２０１４－０４－１４第一作者简介：凌良勇（１９６１－），男，学士，工程师研究方向：船舶修造技术E-mail：ｈｈ．ｚｈｕ＠１６３．ｃｏｍ图2切削层受力分析１５６绞吸式挖泥船绞刀切削受力及其影响因素分析———凌良勇在图１和图２中，N２为作用在刀片上的法向２切削力影响因素分析力；S２为泥土与刀片的摩擦力N２ｔａｎδ引起的剪切力；A２为泥土和刀片之间的粘性剪切力；W２为2．1模型参数取值作用在刀片上的水下压力引起的力

6、；W３为刀片后以长江某型绞吸式挖泥船为例进行计算分面的水下压力引起的力；W１为剪切区域由水压力析。参数分别为：绞刀转速n＝２４０ｒ／ｍｉｎ，刀架横引起的作用力；N１为作用在剪切面上的法向力；移速度v＝０．３ｍ／ｓ，绞刀切削角α＝０°～８０°，表S１为内摩擦力引起的剪切力；C为沙土的内聚力面摩擦角δ＝２０°，内摩擦角φ＝３７．５°，绞刀功率引起的作用力；G为沙土的重力；T为泥土加速度P＝１００ｋＷ，绞刀材料的弹性模量E＝１７５ＧＰａ，泊引起的惯性力；W４为水阻力。松比μ＝０．２５。疏浚土质为细砂，密实度为中密，－５这些力在不同的

7、位置和方向上作用在绞刀和渗透系数Kｉ＝６×１０ｍ／ｓ，孔隙度为nｉ＝４５％，被切削泥层上，构成复杂的力系。土层的弹性模量E＝１．３ＧＰａ，泊松比为μ＝０．３５。分别对图上不同的参数设定变量，其中设刀2．2切削角α的影响片横移速度为vｃ、切削角为α、切削土层厚度为用数值计算方法，通过Ｍａｔｌａｂ编程计算，结hｉ、刀片高度为hｂ、剪切角为β、刀片宽度为b，将果见图３、４。作用在绞刀上的总压力分解力沿切削速度反向的切向力Fｈ和沿切削速度垂向的法向力Fｖ。根据绞刀和切削层的受力平衡条件，分别建立切向和法向上的力平衡方程，经推导和简化得

8、２Fｈ＝c１ρｗgvｃhｉbe／kｍ（１）２Fｖ＝c２ρｗgvｃhｉbe／kｍ（２）式中：ｓｉｎφhｂｓｉｎ（α＋β＋φ）p１ｍ＋p２ｍｓｉｎβhｉｓｉｎαc１＝×图3切向力随切削角和转角的变化趋势ｓｉｎ（α＋β＋φ＋δ）ｓｉｎ（α＋δ）hｂｓｉｎα－p２ｍ＋ｓｉｎ（α＋β＋