3d技术在环保疏浚机具研制中的应用

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1、3D技术在环保疏浚机具研制中的应用

2、第1一、引言我国疏浚设备发展历程经历了以下三个阶段：(1)测绘、设计仿造阶段----到60年代末期处于仿制阶段；(2)独立开发设计阶段----70年代初期至80年代，我国挖泥船开始走上独立设计阶段，一批专业化的工程船建造厂及设备配套厂初步形成，并开发出一大批国内急需、具有一定技术水准的船型。(3)以高新技术为目标的高性能挖泥船研制阶段----进入90年代，一大批高技术含量的创新产品相继问世，填补了国内多项空白，包括配套的挖泥机具等，部分产品的性能已接近国际水平，并形成批量生产，还实现了挖泥船出口的

3、历史性突破，充分表明我国挖泥船技术跃上了一个新台阶，缩短了与世界先进水平的差距。更换现代设备是很重要的投资，设备设计能力，交货时间是很重要的。尤其值得指出的是，进入90年代以来，随着人们环保意识的不断增强，各类环保挖泥船相继研究成功。如：IHC的环保型绞刀头，日本的旋转刮刀集泥机，ELLICOTT的小型泥猫挖掘机，HAM公司的全封闭抓斗，ET公司的子、母式潜水清淤机等争相问世。市场竞争说到底就是高新技术的竞争，上述公司在市场中的辉煌业绩就是最好的印证。二、3D技术对环保疏浚机具研制的意义加大力度发展我国疏浚机具，实现“国轮国造”，不

4、仅必要，也是完全可能的。经过几代人的挣扎、拼搏，不仅研制水平有了重大突破，而且形成了一定的规模。我们已相继研制成功技术形态比较先进的耙吸、绞吸、吸盘、链斗、抓斗、铲斗、斗轮、螺旋切刀、气力泵、喷射泵等各型产品，除环保疏浚设备外，基本覆盖了国际上现有挖泥船品种，一定程度上满足了国内经济建设和国防的需要，并跻身国际市场，所以，环保疏浚设备自主研发更具有实际意义：(1)具有价格上的明显优势，通常国内船价只及进口船的1/3～2/3，能以有限的资金投入，更大程度地满足国内需求。(2)拉动内需形成新的经济增长点，在荷兰，仅为挖泥船配套的厂家就有

5、520余家，我国的配套厂断不低于这个数字。(3)解决一大批船厂及设备配套厂下岗职工的就业困难，救活一大批企业。“百船工程”1999年计划投产的53艘挖泥船尚未出台之前，踏破水利部门槛的船厂、设备厂、及设计单位足有百家之多，形成“百家争百船”的火爆局面！(4)有利于造就一大批挖泥船设计建造的技术队伍，提高我国挖泥船建造的整体水平，增强在国际挖泥船市场的竞争力。(5)有利于摆脱国外对我国环保疏浚市场的长期垄断。我国急需大量的挖泥船，这已是不争的事实。我国已有相当一批较为成熟的国产挖泥船船型可供建造，我国众多的中、小船厂普遍任务不足、急待

6、订单，现阶段年建造五、六十艘中小型挖泥船，相信没有疑问。“十五”期间我国应能新造大约300艘高性能挖泥船，以增加疏浚能力5～6亿m3(含对旧船的更新)，方可基本缓解防洪、清淤方面的需求并满足大型疏浚工程的需要。立足国内设计制造、引进关键装备及技术，坚持走适合我国国情的发展道路----90年代以来，高技术含量，高附加值的环保挖泥船及大型挖泥船研制更有待国家政策上的扶持和统筹规划。三、3D技术在环保疏浚机具研制中的应用示例3.1空间复杂绞刀刀臂的建模设计绞刀刀臂呈空间复杂圆锥螺旋结构，空间角度参数多，结构设计要求高、难度大，而其结构设计

7、的优劣，直接影响着疏浚作业的产量和成效，所以，绞刀刀臂的结构优化设计是疏浚刀具整体设计的难点和关键。绞刀组件（见图一）是环保型挖泥刀具的关键部件，它由绞刀刀臂、刀毂、螺旋输送机构、刀圈组焊而成。绞刀刀臂乃关键部件中的关键件,刀臂外形呈复杂空间圆锥结构，刀臂数量为6～10个，疏浚作业时，刀臂先接触底泥，刀臂上的刀刃随绞刀的旋转疏松泥土并聚集进刀腔，刀臂的刃口均需分布在园锥面上，其螺旋角为40°～70°，锥角为20°～30°。刀臂刃口部分的前角与基面的夹角δ为10°～35°，后角α为28°～60°，刃口角β为18°～28°。绞刀刀臂是绞

8、刀挖泥的切削部位，切削面是空间螺旋面，其空间姿态直接影响着挖掘效率。图1对绞刀臂进行三维建模，首先需要一条空间螺旋线，这条螺旋曲线是在二维状态下通过预先设定参数，求出空间各点拟合而成。利用AUTOCAD软件先做出主、俯视图对应关系，再进行等分，求出对应点上的坐标值。之后，在三维建模软件下，输入对应三维坐标点值，获得空间拟合曲线作为刀臂建模的原始轨迹。空间复杂环保型挖泥刀具关键件—绞刀刀臂的造型设计开发流程为：借用二维CAD图形的设计思想与三维建模的综合应用，即采用画法几何原理,把空间复杂绞刀刀臂在二维CAD作图下求出的一系列特征点输

9、入到建模软件中,拟合出特征曲线,经过反复调整样条曲线,优化出理想角度参数的绞刀刀臂模型，以满足环保疏浚设定要求。