水面垃圾自动打捞船的设计毕业设计.docx
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水面垃圾自动打捞船的设计毕业设计
摘要
本文主要是对水面垃圾自动打捞船的船体结构、动力装置、传输装置、垃圾存储装置以及其他零部件的设计、计算、校核等。
在了解此次设计的成果所需实现的功能需求,以及实际环境背景的情况下,研究水面垃圾自动清扫机的系统构成及功能的设计方法。
水面垃圾自动打捞船针对水面环境污染的问题,致力于中小型湖泊河流等水域的固体垃圾清理,如塑料袋、饮料瓶,树枝树叶以及其它易清理的水面垃圾。
实现水面垃圾清理的机械化与自动化,整个打捞过程无需人工参与,安全性非常好,效率大约是人工打捞的几百倍,水面越大、风浪越大效果越显著。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
此次设计除了动力装置与其他船类相同,传输装置以及垃圾存储装置都有一定的独特设计。
采用链齿轮与链条的传动带动传输带的形式,以及船体前方两个旋转叶片的设计都使得水面垃圾的收集更加有效率。
此外,垃圾存储装置采用的是三个可替换式的存储箱,其底部设计为多孔式,使得水面垃圾的收集更加方便,可执行性有所加强。
聞創沟燴鐺險爱氇谴
净。
本文对设计中,水面垃圾收集船的结构图,装配图,零件图,都有详细的说明。
关键字:
水面垃圾自动清理环境保护船舶
Abstract
Inthispaper,thehullstructure,powerplant,transmissiondevice,garbagestoragedeviceforautomaticcleaningofthesurfaceofthewaterwasteaswellasotherpartsofthedesign,calculation,check.Inthecaseoftheunderstanding
oftheresultsofthedesignrequiredtoachievethefunctionalrequirements,aswellastheactualenvironmentalbackgroundtostudythedesignofthestructureandfunctionofthewatergarbagesweepersystem.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
Surfacegarbageautomaticcleaningmachineforthewaterproblemof
environmentalpollution,solidwasteclean-updedicatedtosmallandmedium-sized
lakesandriverswaters,suchasplasticbags,beveragebottles,leavesandbranches,aswellasothereasytocleansurfacegarbage.Surfacegarbageclean-upofmechanizationandautomation,theentiresalvageprocesswithouthuman
participation,verygoodsecurity,efficiencyisaboutartificialsalvage
hundredsoftimes,thegreaterthesurfaceofthewater,thestormsgreatertheeffectismoresignificant.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
Thedesigninadditiontothepowerplantandothershipclass,the
transmissiondeviceandgarbagestoragedevicehasauniquedesign.Formofthesprocketsandthechaintransmissionisdrivenbyatransmissionbelt,andthehullinfrontofthetworotatingbladesaredesignedsothatthegarbagecollectiononthewatermoreefficiently」naddition,garbagestoragedeviceusesthreereplaceablestoragetank,thebottomisdesignedtoporoussurfacegarbagecollectionmoreconvenient,enforceabilityhasbeenstrengthened.彈贸摄尔霁毙攬砖卤
庑。
Inthispaper,thedesign,ablockdiagramofthewatergarbagecollectionvessel,assemblydrawings,partsdiagram,thereisadetaileddescription.謀养抟箧飆鐸怼
类蒋薔。
Keywords:
Thewaterwaste;Automaticcleanup;environmentaiprotectionship厦礴
恳蹒骈時盡继價骚。
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原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导
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对本研究提
供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了
谢意。
茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
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鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
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籟丛妈羥为贍债蛏练淨。
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年月日
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預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
摘要I渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
AbstractII
目录III
第一章绪论1
1.1毕业设计的选题背景1
1.2毕业设计研究现状及特点分析2
1.3本课题的研究目的及意义3
第二章船体的设计4
2.1船体的结构设计4
2.2船体材料的选择8
2.2.1船体材料的介绍8
2.2.2船体材料的确定及相关参数8
2.3.船体重要尺寸8
2.4船的排水量和吃水深度的计算9
2.4.1船体质量的计算9
2.4.2重排水量的计算9
2.4.3最大吃水深度的计算10
第三章动力装置的设计10
3.1蓄电池的选择10
3.2电动机的选择11
3.3船舶推进器的选择15
第四章传输装置的设计17
4.1传输装置的总体设计17
4.2链传动的设计18
4.2.1链条的选择和计算18
4.2.2链轮相关尺寸的计算20
4.3轴的设计21
4.3旋转筒的设计23
第五章垃圾存储装置的设计26
第六章其它零部件的设计28
6.1滚动轴承的选择28
6.2轴承座的选择28
6.3键等相关标准件的选择29
总结31
致谢32
参考文献33
附录水面垃圾自动清扫机3D图34
第一章绪论
1.1毕业设计的选题背景
随着社会经济的飞速发展,环境问题日益突出,水环境的污染问题也越来越受到人们
的关注。
河流、湖泊以及水上游乐场里的漂浮垃圾的污染已经逐步影响到市民的饮水、环
境卫生及市容市貌,如图1-1所示。
铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
图1-1河面垃圾污染
为解决水面垃圾收集的问题,目前很多地区还是采用利用人工打捞的方式为主,如图
1-2所示⑴。
但这种人工打捞水面垃圾的作业方式劳动强度较大、工作环境恶劣,效率也十分低下。
因此,自动机械化清理水面垃圾已成为急需的水环境保护措施。
擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
图1-2人工打捞水面垃圾
1.2毕业设计研究现状及特点分析
水面垃圾自动清扫机(一般是清漂船)是将水上漂浮的垃圾(主要是树枝、农作物秸秆、白色塑料、生活垃圾和水生植物、少量动物尸体等)从水面打捞后,直接装运或者经压缩后装运到垃圾处理厂进行处理。
贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
日本“族于吉”号是一艘专事回收海面或江面浮游垃圾和漏出油的环保型船,从双船体中央开口部放下垃圾回收集装箱,操船时把垃圾引入双体间,以此回收海面浮游垃圾。
为提高垃圾回收宰,船型采用非对称双体型。
船舶首尾两舷都设有压载舱,船体结构纵肋骨方式•船尾还载有垃圾回收补助用调查艇。
该船总长30.3m,垂线间长28m型宽
11.6m,深3.8m,满载吃水2.1m,153GT,最高航速14.65kn,续航力500n・m可载员5〜10名。
有2只垃圾回收集装箱,No.1箱35m3No.2箱15m3主机为二台直接喷射式900四冲程V型水冷柴油发电机,MTUI2V183TE9型,连续最大输出功率2290rpm时为735kW坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
加拿大的PELICAN公司研制的A系列1010型清扫船采用单体船型,具有清扫水面垃圾、油污水处理、曝气、消防4方面功能。
主要的作业机具包括翻斗、垃圾箱、油水分离设备、油箱、喷气曝气装置、消防水枪。
蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
意大利的BALENO公司的清扫船主要用于海边保洁作业,具有清除水面垃圾和油物污水处理两种功能。
主要作业机具包括导流装置、传送带、垃圾箱、油箱、感应泵。
该船最大的特点是传送带采用了一种多孔的聚氨酯材料;这种材料允许海水透过,能吸收轻质的油污水,同时不让重质油污水穿过。
在传送带的水下部位安装了一个感应泵,起抽吸导流作用。
買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。
上海市废弃物处置公司研制的水面漂浮物打捞船,以实现导流、打捞、压缩、储存、
转运连续作业为目的,采用双体船型,打捞装置采用传送带形式,克服了以往人工打捞及抓斗间隙打捞的缺点,打捞速度快,劳动强度低,且可以实现较长时间的连续作业,减少了运转过程的损耗。
独立作业能力强,单船作业便可完成从打捞到转运的全部工作。
从打捞到转运全部实现机械化作业,大大提高了工作效率,并减轻了工人的劳动强度。
适用于各种复杂水域环境作业。
特别适合大面积水生植物污染治理,作业装置主要由喷水导流、
固液分离器、螺杆压榨机组成的拦截打捞装置具有作业效率高、作业适应性强。
采用机械式固液分离装置打捞水葫芦大大地减轻了工人的劳动强度。
綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
1.3本课题的研究目的及意义
随着社会物质文明的高度进步,人们的生活都有了质的飞跃,特别是工业革命以来,
由于人们过于重视工业和经济的发展,往往忽视了对环境的保护,这就使得近几年来世界环境日益恶劣,带来了各种各样的环境问题,湖泊、河流中随处可见的垃圾污染。
各种废物会通过不同的渠道进人江河,导致河面的漂浮物越来越多。
由于潮起潮落的原因,河面的弃置物或水草也会流人其它的水面、港湾。
它们的集结造成水面污染,影响市容卫生,甚至
阻碍航道。
驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
水面垃圾自动清扫机针对水面环境污染的问题,致力于中小型湖泊河流等水域的固体垃圾清理,如塑料袋、饮料瓶,树枝树叶以及其它易清理的水面垃圾。
实现水面垃圾清理的机械化与自动化,整个打捞过程无需人工参与,安全性非常好,效率大约是人工打捞的几百倍,水面越大、风浪越大效果越显著。
猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
本次课题最主要的目的和意义还是在于对相关水域的环境的治理与维护,水面环境的改善对于水质,乃至人类生存环境都有重大意义。
希望本次课题的研究与推广,能在有效改善水面环境的过程中发挥作用,共同维护我们美丽的地球。
锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
第二章船体的设计
2.1船体的结构设计
首先,船体结构设计的基本思想应该明确。
1)船体的设计是在结构功能、构件重量、占有空间和制造工艺等几个相互矛盾的需求中寻找一个平衡的解决方案;2)总体的结构
设计解决方案也非唯一的;3)在所有的考虑因素中,安全性对结构设计是最重要的⑴。
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頑黉碩饨荠龈话骛。
其次,对于船体结构设计中的一些问题加以分析与解决。
1)船体结构设计应尽可能
满足所要求功能的合理需求;2)有些船体结构上的问题,其可行的解决方案需要遵从其他专业的设计,应积极合理配合。
輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
根据对所搜集资料的整理和分析,最终设计出来的水面垃圾自动清扫船的整体结构如图2-1所示:
图2-1船体结构
图2-1为三维软件UG画出来的船体结构。
船体是指整个船的主体部分,不包括任何设备、装置、系统等的船身结构物及上甲板以上的围蔽建筑。
船体的结构、形状以及各部分尺寸的大小在整个船的设计计算和整个系统的设计中都起着至关重要的作用。
尧侧閆繭絳闕
绚勵蜆贅。
鉴于船上各部分零部件的安装和焊接都是在原始的船体的基础上完成的,故船体的结构设计要综合考虑多方面的因素。
比如:
1)船体的总体结构方面,包括单船体结构、双
船体结构,以及多船体结构;2)船体的形状方面,由于风向与水流会对船体的行驶造成阻碍,故适当的流线型以及斜角在设计都必不可少;3)船体结构各部分的尺寸的设计是否
合理;4)船体的材料方面(力学性能),包括制造船体所用的材料的强度、硬度、塑性与韧性是否符合要求,耐疲劳性能、耐腐蚀性能以及材料的焊接性等工艺性能能否满足需求;5)船的重量以及吃水深度是否符合需求;6)船上各零部件的安装以及相互配能否满足要求,比如焊接方式、配合方式等等;7)船的动力来源及其传输结构,等等。
识饒鎂錕缢灩筧嚌
俨淒。
在设计该水面垃圾自动打捞船的时候,我的基础理念就是实用性强。
在不影响该船正常运行的基础上,简化其结构,美化外观,安全性高,易推广。
凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。
整体方案确定后画出的船体结构二维图⑵如图2-2,图2-3所示。
1)船体采用左右船体对称,中空布置的双船体结构,再在两船体之间用杆件焊接起来,以起到连接加固的作用,该结构既减轻了船体重量,而且降低了船在行驶中的阻力;2)左右船体的外壁采用的是5mm厚的薄钢板,且船的两侧外壁有15°的倾角,因此可构成上宽下窄的船体结构,有利于减小水流阻力,此外,船的左右船体前端也要做成弧形以减小其水流阻力;3)为了便于垃圾的集中和收集,船的左右船体内侧的前端做成夹角为40°的V形结构,以便于水面垃圾更容易输送到传输带上。
恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
如图2-2所示,除了双船体结构外,考虑到传输装置的安装与配对,还应有的结构时:
1)左右船体内侧的前沿设有两块支撑板,支撑架上留有螺纹孔,其目的是通过螺栓连接来固定轴承座,以起到支撑大链轮轴的作用;2)左右船体内侧的中间设有2个留有
螺纹孔的凸台,目的是用来固定轴承座,以起到支撑小链轮轴的作用;3)左右船体前面
设有4块留有螺纹孔的支撑板,用于旋转传输装置的安装与固定;4)右船体内部设有一个U形支撑块,用于支撑固定电机,因为电机的输出轴和小链轮轴是通过联轴器连在一起的,采用U型块结构相对简单。
此外,考虑到支撑板自身以及承受的重力,为防止其弯曲变形,在支撑板下方和船体内侧间焊接一块肋板,以起到辅助支撑的作用。
鯊腎鑰诎漣鉀沩懼統
庫。
为了便于收集以及各功能区互不干扰,在船的左右船体内均有隔板。
右船体设有一块隔板,其作用是将垃圾存储箱和电机装置隔开;左船体设有3块隔板,形成4个独立的空
间,后面的区域属于人的坐立区域,前面的3块区域分别是:
前后2块为杂物区,中间为垃圾存储箱,这样的设置有效的把人的区域和垃圾的区域分开,同时利于空间的最大利用。
硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
如图2-3所示,考虑到动力装置的安装与固定,在船尾上部设有支架,主要是用来安
装船用推进器,支架上开出2个圆形小孔,目的是保证船用推进器固定的可靠性。
阌擻輳嬪
諫迁择植秘騖。
图2-3船体结构正视图
2.2船体材料的选择
221船体材料的介绍
船体的材料采用的是船体用结构钢,主要用来制造远航、沿海和内河航区船舶的船体结构,按照其最小屈服点划分强度级别为一般强度钢和高强度钢。
船用结构钢是用来制造船体及其附属结构的最主要金属材料。
为了使船体结构能在现代造船生产条件下顺利建造,也为了保证船的使用安全、可靠,船体除了需要合理的设计和正确施工工艺外,还要求船体结构钢材必须具有各项良好的技术性能,如强度、硬度、塑性、韧性、耐疲劳性能、耐海水腐蚀性能以及某些特殊性能,还必须具有良好的工艺性能,如冷热弯曲工艺性能和焊接工艺性能等⑻。
氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。
中国船级社规范标准的一般强度结构钢分为:
A、B、D、E四个质量等级;中国船级
社规范标准的高强度结构钢为三个强度级别、四个质量等级:
A32、A36、A40、D32、D36、
D40、E32、E36、E40、F32、F36、F40。
釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
2.2.2船体材料的确定及相关参数
该水面垃圾自动打捞船主要是用在城市和风景区河道、湖泊水域的水面垃圾的打捞。
为了使船体不至于太重,故船体的钢板厚度定为5mm,在满足各方面的功能需求的情况下,选择船体材料为A32钢。
怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
该材料的化学成分与力学性能为:
含碳量<0.18%,,含锰量为0.9%〜1.60%,含硅量为乞0.5%,含磷量岂0.035%,含硫量乞0.035%,不含铌、钒2元素。
且该材料的屈服强度_315MPa,抗拉强度_440〜570MPa,伸长率_22%。
谚辞調担鈧谄动禪泻類。
2.3.船体重要尺寸
船体顶长3120mm,船侧倾角15°,船体总宽2200mm,单船体宽800mm,船高600mm,
顶棚长2100mm,高1085mm,宽2200mm,船体前端内侧夹角40,其他相关尺寸见船体装配图以及零件图。
嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
2.4船的排水量和吃水深度的计算
船的排水量是用来表示船尺度大小的重要指标,船的排水量的计算也是为计算船在一定载重条件下的最大吃水深度做准备的。
船的排水量又可分为轻排水量,重排水量和实际排水量。
熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
(一)轻排水量(LightDisplacement),又称空船排水量,是船舶本身加上船员和必要的给养物品三
者重量的总和,是船舶最小限度的重量。
鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
(二)重排水量(FullLoadDisplacement),又称满载排水量,是船舶载客,载货后吃水达到
最高载重线时的重量,即船舶最大限度的重量。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
(三)实际排水量(ActualDisplacement),是船舶每个航次载货后实际的排水量。
在设计该垃圾打捞船时,重点考虑的就是该船在满载的情况下,最大的排水量是多少,
从而计算出此时的最大吃水深度,从而来判断船体的高度设计是否合适。
所以在这里要研究的就是该船的重排水量。
颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。
2.4.1船体质量的计算
利用数学的计算方法可估算出船体的体积V0.202m3。
由质量的计算公式m=「V(—7.8t/m3)可得:
船体的质量为m船二7.80.202
二0.593t
-1577kg
2.4.2重排水量的计算
船在满载时的总质量m总=mrn+m人+m蓄电池+m电极+m电机+m垃圾
其中船体的重量约为1600kg,人的重量约为70kg,蓄电池的重量为20kg,电机的重量为20kg,所能存储的垃圾的最大重量约为50kg濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
故总质量m总1760kg
由公式,•水gV排=0船=叩总g(其中^水-1t/m,^-9.8m/s)可得
V排=%、g/g‘水
=17609.8/(9.81)10J
=1.76m3
.该船的重排水量为;■水V排=11031.76
=1760kg
2.4.3最大吃水深度的计算
由公式V排二AH吃可得船的最大吃水深度为
H吃二V排/A
=1.76/4.99
353mm
该船的最大吃水深度为353mm,而船体的高度为600mm,故船体的高度满足需求
第三章动力装置的设计
3.1蓄电池的选择
蓄电池也称二次电池,是将所获得的电能以化学能的形式贮存并可将化学能转化为电
能的一种电学装置。
蓄电池按电解质不同,通常分为碱性蓄电池和酸性蓄电池。
近年来,由于交通、通讯、计算机产业的高速发展,其产品系列、产品种类、产品性能发生巨大变化:
以满足不同用途的需要。
蓄电池主要应用于各种车辆、船舶、飞机等内燃机的起动以及照明、点火、蓄能、应急电源、电话交换机、不间断电源、移动通讯、计算机、电子、仪表、便携式电动工具、电动玩具中等。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
鉴于该作品设计的目的是研制一种具有环保、高效、技术先进的环保型水面垃圾自动打捞船,故选用蓄电池作动力源。
蓄电池在这次设计中有两方面的作用,一方面是带动便携式船用推进器(马达),以实现船在水中的行驶和转向;另一方面是驱动电机,进而带动垃圾输送装置,以实现垃圾的输送。
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
船用电池一般用200AH(或150AH)扁头电池,目前有统一、风帆、白云、海欧、建行等
等。
其中统一电池是具有国家级的船检证的,使用较放心。
整理资料后选取蓄电池型号为统一蓄电池N200/24V200AH,该蓄电池绿色环保,电池容量大,比容量高,集电效率和强度高,性能稳定,电池的使用寿命长。
如图3-1所示:
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
图3-1蓄电池
该蓄电池的相关参数如下:
电压:
24V
容量:
200AH
重量:
20kg
外形尺寸为:
536mm295mm297mm(长宽高)
3.2电动机的选择
电动机的作用是将电能转换成机械能,通过蓄电池供电,带动传输装置完成垃圾打捞动作。
输送装置的受力情况如图3-2所示塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
其中:
G=G链-G垃圾-G带板
选取链条型号为1
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