水面垃圾自动打捞船的设计(毕业设计)

精选优质文档-倾情为你奉上摘 要水面垃圾自动打捞船针对水面环境污染的问题，主要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。本文主要对水面垃圾自动打捞船进行了船体结构、动力装置、打捞及传输装置、垃圾存储装置以及其他零部件的设计、计算及校核等。分析了水面垃圾自动打捞船需要实现的功能要求，在实际环境背景下，研究了水面垃圾自动打捞船的系统构成及功能、各零部件的的设计方法以及系统的实现方式。此设计除了动力装置与其他船类大体相似，实现打捞和传输的装置以及垃圾存储装置都有一定的创新性设计。采用链齿轮与链条的传动带动传输带的形式，以及船体前方挡板引导装置和叶轮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。本文还附有部分水面垃圾收集船的结构图，装配图，零件图，以便详细的说明设计过程。关键字： 水面垃圾 自动打捞船 环境保护 结构设计专心-专注-专业Abstract An autonomous ship for cleaning the garbage floating on a lake is designed for the water pollution problems,mainly to solid waste on small and medium sized lakes , rivers and other waters,such as plastic bags,bottles,leaves,twigs,and other surface trash which is easy to clean. To achieve clean the water garbage mechanized and automatically , the entire salvage process without human intervention , security is very good , efficiency is about hundreds of times than artificial salvage. The greater the surface and more significant storms, the greater the effect is.This essay focuses on the design,computing and checking of hull structure , power plant, salvage and transport equipment,garbage storage devices and other components of the an autonomous ship . In the case of the understanding of the results of the design required to achieve the functional requirements, as well as the actual environmental background to study the design of the structure and function of the water garbage sweeper system .This power plant design in addition to the other boat classes are generally similar . And garbage storage devices, the device to achieve salvage and transport have some innovative designs.Form of the sprockets and the chain transmission is driven by a transmission belt,and the hull in front of the baffle means and the guide surface of the impeller are designed so that garbage collection more efficient.In addition, garbage storage device uses three replaceable storage tank , the bottom is designed to porous surface garbage collection more convenient, enforceability has been strengthened . This article is also append the structure and assembly drawings , parts diagram of the autonomous ship for cleaning the garbage floating on a lake for a detailed description of the design process.Keywords: The water waste;Automatic cleaning ship;environmental protection; Structural Design 目 录 一 前言 1.1毕业设计的选题背景随着社会经济的飞速发展，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水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。随着十八大社会主义生态文明建设的提出，水环境的污染问题越来越受到人们的关注。海洋、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、图1-2所示。 图 1-1 城市河道污染 图1-2 运输河道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1-3所示。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。此外，目前市场上也出现了一些机械智能化的水面垃圾收集设备。由于水域不同、垃圾种类不同及回收量的不同，形成了各种类型的水面垃圾收集船，如图1-4所示。例如ZS-800型水面清漂船、16.5米水面垃圾收集船等等。但现在市场上的水面垃圾收集船大都是大型船舶机械，主要用于大范围大面积水域垃圾的收集，其结构复杂，体积庞大，价格昂贵，而且需要专业人士操作，从而不能被广泛地应用于城市河道和风景区水域的垃圾收集作业。图1-3 人工打捞水面垃圾图1-4 大型机械打捞水面垃圾1.2毕业设计国内外研究现状及特点分析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。它将水上漂浮的垃圾（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。关于水面垃圾自动打捞船，目前国外已有成熟的商品和深厚的研究基础。韩国海洋水产部在2000年投资23.5亿韩元，委托南韩海洋研究院开发一种能在浅滩和港口进行垃圾清除作业的垃圾打捞船。目前，这种海上垃圾打捞船已经建造完成，并通过了性能测试。这艘命名为“海洋清扫号”的船，长30m，宽10m,高2.3m，可只在水深只有2米的浅滩和港口清除漂浮垃圾。船上装有臂长达20米的“多关节”抓铲，可打捞水深为15米的滩底沉积垃圾。船上的钩状收集机可用于搜集水中的渔网和渔具。船舱还可以容纳40吨垃圾，这些垃圾可被船载的宽体切割机切割分解。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。美国联合国际船舶公司（UMI）研制的系列清扫船采用双体船型，配两套Z型推进装置，主要功能是清理水面垃圾。主要作业机具包括导流门、船首传送带、垃圾箱、船尾传送带。船尾传送带用于将垃圾输送至岸上。近年来，国内也渐渐自主研发了具有较高效率的水面垃圾自动打捞船。由天津新港船厂建造的水上清扫船“方通号”于2001年底在天津海河下水。该船具有高效、节能、环保等特点，以电为动力，进行电动全回转推进，不但对水体没有污染而且行动十分灵活。在接近垃圾后，船上的精密液压喷水自动回转臂、垃圾收集筐升降机动装置等设备一同作业，将水面垃圾打扫一尽。该船实现了自动清扫、收集、储存水面垃圾，而且液压喷水自动回转臂还可以冲刷堤坡垃圾，浇灌河岸绿地。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。1.3本课题的研究目的及意义随着社会经济的飞速发展，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，海洋、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海洋、江河、湖泊，导致水面的漂浮物越来越多。由于潮起潮落的原因，江河水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。如今，水环境保护也越来越受到人们的关注。水面漂浮垃圾的污染已经逐步威胁到市民的饮水、环境卫生及市容，因此，机械化清理水面垃圾已成为重要的水环境保护措施。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。它自动将水上漂浮的垃圾（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。水面垃圾自动打捞船一般由单船体或双船体、收集装置、存储装置等组成。收集装置主要有传送带、翻斗以及造流收集等几种形式，其作用是把前方的漂浮垃圾引导过来, 收集后提升在专用的垃圾存储箱内。水面垃圾自动打捞船采用成熟的技术、简单的结构和巧妙的方法，可以自动地把其快速行进所到之处的水面漂浮物和半漂浮物打捞到船上，整个打捞过程无需人工参与，安全性非常好，效率是人工打捞的几百倍。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，为社会主义生态文明建设，实现美丽的中国梦做出贡献。二 方案构思和拟定 水面垃圾自动打捞船主要针对的是城市和风景区河道、湖泊水域的水面垃圾收集。根据调查和分析，其水面垃圾主要有稻草、烂蔬菜、塑料袋、软包装、饮料盒、塑料泡沫、瓜皮等。由于受河道过往船只形成的浪涌及潮水的冲击，水面垃圾一般集中在两侧的江岸、堤坝、湖边及拐角回流区，而河道和湖泊的中央几乎没有垃圾，因此要求收集船尺寸小，操作灵活、零航速作业效能好。根据以上要求，并参阅国内外水面垃圾收集船资料，对多种收集水面垃圾装置方案进行比较、综合分析及论证，同时考虑到目前管理、维修水平及经济条件等因素，我们采用了双体船型方案。针对这些，本方案引入了“局部到整体”的设计方案。也就是根据各部分要实现的功能，依次设计出各个机构，再进行虚拟装配，排除干涉，达到设计的目的。 本船主要由船体；动力装置；导水叶轮和链传动带动传输带组成的传输装置及垃圾储存装置等几个部分组成。该方案是通过一设于双船体间的叶轮造流，将船体前方垃圾吸入垃圾收集区，再通过链传动带动的传输带传输至垃圾储存箱中。等垃圾收集任务完成，船体泊岸后，设于岸边的吊车把垃圾仓吊至转运汽车上，收集作业完毕。作业流程如图2-1所示。叶轮造流水面垃圾垃圾收集区 岸边收集垃圾储存箱传输垃圾 图2-1 收集船收集流程图 考虑到垃圾收集的水域特点和收集的快速性、实用性，我们本着以更简单、更快捷、更可靠地完成自动收集垃圾任务的原则对收集船进行了设计与制作，在机构和船体的设计上有不上创新与特色点。 三 船体的设计3.1船体的结构设计 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。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。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。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；8) 船的平衡稳定性是否保证。 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打捞船的整体结构如图3-1所示：图3-1 船体结构三维图图3-1为三维软件Pro/E画出来的船体结构。 在设计该水面垃圾自动打捞船的时候，我最重要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，平衡稳定性好，易推广。 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；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30的V形结构，以便于水面垃圾更容易输送到传输带上。 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）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。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。左船体设有2块隔板，前面将垃圾储存箱与杂物分开,最后的区域属于人的坐立区域；右船体设有1块隔板，形成2个独立的空间，最后面的区域属于人的坐立区域，前面的区域为放置蓄电池区域、放置电动机和减速箱区域，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，还有利于两船的平衡。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。此外，为了使船能在雨天工作，设计了顶棚。图3-2为三维软件Pro/E画出来的顶棚结构。图 3-2 顶棚3.2船体材料的选择 3.2.1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。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。 3.2.2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。该材料的化学成分与力学性能为：含碳量%，含锰量为0.9%1.60%，含硅量为0.5%，含磷量，含硫量，不含铌、钒2元素。且该材料的屈服强度，抗拉强度，伸长率。3.3船体重要尺寸船体顶长3200mm，船侧倾角15，船体总宽2800 mm，单船体宽1000mm，船高700mm，顶棚长3060mm，高2130mm，宽2800mm，船体前端内侧夹角。 其余尺寸经设计后如图3-2所示。图3-2 船体结构二维图3.4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。（1） 轻排水量（Light Displacement），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。 （2） 重排水量（Full Load Displacement），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。（3） 实际排水量（Actual Displacement），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。故在这里要研究的就是该船的重排水量。3.4.1船体质量的计算利用数学公式可估算出船体的体积V。由质量的计算公式（其中）可得：船体的质量为 3.4.2重排水量的计算船在满载时的总质量m总=m船+m人+m蓄电池+m电极+m电机+m垃圾其中船体的重量约为1750kg，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故总质量由公式（其中）可得 V排=/ = 该船的重排水量为 3.4.3最大吃水深度的计算 该船的面积由数学公式可得A6.4由公式可得船的最大吃水深度为 / 该船的最大吃水深度为298mm，而船体的高度为700mm，故船体的高度满足需求。 四 动力装置的设计4.1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。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。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4-1所示：图4-1 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：4.2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和带动压缩机构完成压缩垃圾功能。输送装置的受力情况如图4-2所示图4-2 传输装置的受力分析图其中：选取链条型号为10A，每米链的重量为1kg, 设垃圾的重量为10kg，则 由式可算得 故由图4-2可以算出 设输送装置的速度为0.6m/s，则 功率查微特电机应用手册选择电机型号为85ZY24-500。如下图4-3所示： 图4-3 电动机其额定功率0.5KW，额定电压为24V，转速为3000r/min。由于船体空间的限制，电动机是横向放置在右船体中，所以为了配合传输装置的轴心方向，电动机还需与涡轮蜗杆减速箱配合使用，如图示4-4、图4-5所示。蜗轮蜗杆减速器选用WCJ120型，传动比为31，蜗轮齿数为31，蜗杆头数为1头。图 4-4 WCJ120型蜗轮蜗杆减速箱图4-5 动力装置其中蜗轮蜗杆减速箱的传动效率为0.7，传动比为31。具体参数见零件图以及装配图。故由电动机以及蜗轮蜗杆减速箱配合使用后的输出参数为：输出转速V=3000/31=96.8r/min此外，为了能够控制电机的启动以及停止，在左船体的人坐立空间的前面装置一个电机控制台，具体位置可参照三维图以及装配图。如图4-6所示即为其启保停控制电路图，控制电机以及传输装置的动作。图 4-6 启保停控制电路图4.3船舶推进器的选择船舶推进器是船舶上提供推力的工具，它的作用是将船舶动力装置提供的动力转换成推力，推进船舶。船舶推进器即推动船舶前进的机构。它是把自然力、人力或机械能转换成船舶推力的能量转换器。推进器按作用方式可分为主动式和反应式两类。靠人力或风力驱船前进的纤、帆（见帆船）等为主动式，桨、橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。现代运输船舶大多采用反应式推进器，应用最广的是螺旋桨。根据蓄电池的直流供电特点以及船体的简易结构等特点，选用悬扣式电动船舶推进器，该类推进器功能性强，结构简单，操作方便安全，应用范围广。电动船舶推进器是种新颖的水中动力器具，有体积小、结构紧凑、效能转换率高、工作时无噪音等特点，且还具有绿色环保，按装便捷、维护简易的特点，是一些小型的船艇作为动力的首选产品，比较符合本设计的功能需要。该类船舶推进器的主杆选用不锈钢、铝合金或高强度合成纤维，保证推进器具有足够的刚性并经久耐用；采用机械多级调速时，正转五档调速，反转二档调速；也可采用电子调速，以满足不同速度的需要；有固定把和可伸缩把2种选择，使操控更加方便；弦外悬挂式安装快速方便，并带有防撞脱扣机构，保护马达安全；防缠型螺旋浆，防止推进器因被水草缠绕而堵转。 鉴于船在行驶的过程中会因为水流以及自身结构所造成的阻力而受到影响，故在选择船用推进器的时候就要考虑该船舶推进器的最大推力是否大于船在行驶过程中所受到的最大阻力，并以此为依据来选择合适的船舶推进器。水流对船体的阻力可由下式来确定 式中：流体阻力系数，一般取侵湿面积（）流体的密度（）侵湿面积取船在最大吃水深度时的值，而最大吃水深度在前面计算得为mm，根据数学方法计算可以可得，设船在水中行驶时的最大速度为3m/s,则船在行驶过程中，水流对船体的阻力为： 则故根据算出来的值可选择如图4-7所示的推进器，查得该推进器的基本参数如下所示：图4-7 船舶推进器型号：海伯船用推进器T80 最大推力：36.2 kg控制方式：手控动力方式：电机推动（蓄电池供电）变速挡：5档前进挡 / 2档倒档电机电压：24V电机最大电流：48A推荐使用蓄电池：12v120Ah高度：120cm可以伸缩式控制手柄范围：13cm -29cm重量：14kg五 传输装置的设计5.1 传输装置的总体设计 传输装置是经由动力装置驱动，将水面垃圾传输至垃圾存储装置。根据船体的构造原理，将传输装置放在左右船体之间。鉴于该传输装置的前端有一部分需要浸没在水中，考虑到要适应较恶劣的环境，避免弹性滑动和打滑，故选用链传动。整个传输装置设计为齿轮与链条之间的传动，再带动传输带的传动方式。如图示5-1所示。图 5-1 传输带链条结构的形式如图5-2所示，链节的形式链与输送带之间用螺栓进行固定，以带动传输带的运转。且在输送带上隔一定的距离就焊接一些倒钩，以保证水面垃圾能够输送到垃圾存储装置内，如图5-3所示。此外，有些垃圾可能会被倒钩钩住，导致垃圾无法顺利进入垃圾存储装置内，故可储备一根带有钩子的长杆，以备不时之需。图 5-2 链条图 5-3 传送带结构5.2传输装置链传动的设计5.2.1链条的选择和计算链传动的链速定为v=0.5m/s，根据链与链轮齿数的关系当链速时，传动比的推荐值为,故取1. 初定中心距 取2. 主、从动链轮齿数 取3.计算链节数 链节数的选取可适当变化，故取链节数为152节。 4. 确定计算功率因小链轮轴是直接与电机的输出轴连接在一起的，故由功率350W,和转速96.8r/min。 图5-4 滚子链的额定功率曲线 表5-1 滚子链的规格及主要参数从图5-4查出链号为12A，查表5-1知链节距为p=19.05mm5.确定中心距 由中心距（中心距可调）得 6.验算带速 由 故取合适。7. 选择润滑方式 根据节距，链速由图5-5查链条润滑方式为人工定期润滑。 图5-5 推荐的润滑方式8.确定工作拉力 9. 作用在轴上的拉力 10. 链条标记 计算结果采用节距为19.05mm，A系列、单排152节滚子链，标记为5.2.2链轮相关尺寸的计算已知小链轮的齿数，大链轮的齿数，链条节距mm，滚子外径5.2.2.1小链轮的设计和计算因为小链轮的直径小，在考虑了制造成本和制造方便的基础上，将小链轮做成整体式，并为了小链轮与轴的固定，故加工为齿轮轴。其相关尺寸计算入下： 分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 齿宽： 倒角宽： 齿侧凸缘圆角半径： 齿侧半径：5.2.2.2大链轮的设计计算大链轮直径较小，在考虑了相关情况后，将大链轮与轴做成一体，其相关尺寸的计算如下：分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 大小链轮的齿宽，倒角宽，齿侧凸缘圆角半径，倒角半径相等。即：5.3叶轮装置链传动的设计5.3.1链条的选择和计算1. 求传动比 根据实际情况，经过设计计算，叶轮的转速为80r/min左右为最佳效果。 2. 初定中心距 取3. 主、从动链轮齿数 3.计算链节数 链节数的选取可适当变化，故取链节数为110节。 5. 确定计算功率因小链轮轴是直接与电机的输出轴连接在一起的，故由功率350W,和转速96.8r/min。 从图5-4查出链号为10A，查表5-1知链节距为p=15.875mm5.确定中心距 由中心距（中心距可调）得 6.验算带速 由 故取合适。8. 选择润滑方式 根据节距，链速由图5-5查链条润滑方式为人工定期润滑。9.确定工作拉力 10. 作用在轴上的拉力 11. 链条标记 计算结果采用节距为15.875mm，A系列、单排110节滚子链，标记为5.3.2链轮相关尺寸的计算已知小链轮的齿数，大链轮的齿数，链条节距mm，滚子外径5.3.2.1小链轮的设计和计算因为小链轮的直径小，在考虑了制造成本和制造方便的基础上，将小链轮做成整体式，并为了小链轮与轴的固定，故加工为齿轮轴。其相关尺寸计算入下： 分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 齿宽： 倒角宽： 齿侧凸缘圆角半径： 齿侧半径：5.3.2.2大链轮的设计计算大链轮直径较小，在考虑了相关情况后，将大链轮做成整体式并与轴焊接在一起，其相关尺寸的计算如下：分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 大小链轮的齿宽，倒角宽，齿侧凸缘圆角半径，倒角半径相等。即：5.4轴的设计轴是机器中的重要零件，用来支撑做回转运动的传动零件，并起着传递运动和扭矩的作用。考虑到轴有断裂、磨损、振动和变形等失效形式，所以轴在设计是应具有足够的强度和刚度，良好的振动稳定性和合理的结构。其作用是和链轮一起转动，带动链条和带一起运动，将垃圾输送到垃圾收集箱内。由于链轮的直径较小为了便于链轮与轴的固定，故做成齿轮轴。1.轴的材料的选择考虑到轴的失效形式，轴的材料应具有一定的强度、刚度和耐磨性，该链轮轴无特殊要求，故选用调质处理的45钢。2.求链轮轴的功率P，转速n，和扭矩T因在设计该船的时候，将电机和涡轮蜗杆减速箱配合使用后的输出轴通过连轴套直接与小链轮轴连接起来，所以小链轮轴的输入功率P=0.5KW 小链轮轴的转速n= 96.8r/min 扭矩T=9550P/n =95500.5/96.8 =48.3Nm3 估算最小轴轴径 表5-2 轴的几种材料的C值因轴的材料是45调质钢，故查表4-2，取C=110(C由轴的材料和承载情况所确定的常数) 由轴的最小直径估算公式 = = 考虑到轴上开有一个键槽，轴径需增大5%，又因为链轮轴是直接与电机和蜗轮蜗杆减速箱配合使用后的输出轴连接在一起的，故在此基础上选取轴的直径为50mm。因选取的轴径远大于估算的最小轴径，所以该轴的强度不需要校核。5.5 叶轮的设计 图5-6 叶轮 收集船的两侧船体前端之间安装有导水叶轮，它通过划动水面引起局部水流将垃圾引入收集区，通过叶片将垃圾拨入收集工作区，同时还可以防止垃圾漂出垃圾收集区。在船体停止前进的时候，可以利用叶轮制造的局部水流继续收集垃圾。如图5-6所示，导水叶轮主要由3片相同的叶片互相分布120度通过盘形支架固定于转动轴上，叶片的尺寸为 1120mm 1250mm。叶轮的转动,由链带动转动轴，从而实现叶轮转动。根据实际情况，经过设计计算，叶轮的转速为80r/min左右为最佳效果。 六 垃圾存储装置的设计 鉴于传输装置的设计特点，在船体中间的后方位置设计出一个垃圾存储箱。垃圾存储装置是用来暂时存储从传送带上传输下来的垃圾的，整个过程是自动、无需人操作的，垃圾从传送带上传输下来正好落在垃圾存储箱内。同时左右船体的空余空间也为存储垃圾的作用，但考虑到在船上和上岸后垃圾转移的方便性，充分利用有效空间，增添两个可替换的垃圾存储箱，并用隔板与其他空间隔开。设计出的单个的垃圾存储箱如图6-1所示。图6-1 垃圾存储箱单个的垃圾存储箱总长600mm，箱体宽800mm，壁厚2mm，该垃圾收集装置与船体是分开的，整个垃圾存储箱是利用箱子两边的搭扣扣在船体中间的长方体外框（无底板）上，两者之间留有20mm的空间。另外，由于垃圾在从水中输送上来的过程中会连同水一起运上来，传输进去的垃圾多少带点水，所以，箱底采用网格状结构设计，以便将随垃圾一起上来的水从垃圾存储箱底的孔中漏出，以减少船在行驶过程中所受的阻力，垃圾存储更有效。七 其它零部件的设计7.1滚动轴承的选择 滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。其作用是支承转动的轴及轴上零件(链传动中的轴以及链齿轮)，并保持轴的正常工作位置和旋转精度，滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。如图6-1所示：图7-1 滚动轴承根据链传动的轴径d=50mm，以及主要承受径向载荷等特点，滚动轴承选用的是深沟球轴承，其适用于转速高、刚度大的轴，常用于中、小功率的轴。故选择滚动轴承型号为：滚动轴承6210GB/T276-1994，其相关尺寸如表7-1。 表7-1 深沟球轴承参数7.2轴承座的选择轴承座是用来支撑轴承的，固定轴承的外圈，仅让内圈转动，外圈保持不动，使其始终与传动的方向保持一致（比如电机运转方向），并且保持平衡。根据使用要求的不同，轴承座分为整体式轴承座、剖分式轴承座和滑动轴座。因为轴径d=50mm,滚动轴承选用的是深沟球轴承，轴承型号为：滚动轴承6210GB/T276-1994，又因为剖分式轴承座具有结构紧凑、装卸方便、自动调心范围大等优点。使主机的机架结构简单，不但改善了机器性能，且降低了成本故在此基础上选择轴承座的型号为：SN208，如图7-2所示。 图7-2 轴承座7.3标准件的选择本部分包含了键，螺栓，螺母，螺钉的选择，具体内容如下：键：电机输出轴 键 小链轮轴 键螺栓：螺栓 螺栓 螺栓 螺栓 螺栓 螺钉:紧定螺钉 螺钉 开槽盘头螺钉 螺钉 弹簧垫圈：垫圈 垫圈 垫圈 垫圈 螺母：螺母 螺母 螺母 螺母 结束语 针对水面垃圾的清理问题，本文进行了水面垃圾自动打捞船的设计，基本实现了预期的功能。主要的设计内容如下： 1） 根据功能要求对船体结构进行了设计，船体材料选择和船体尺寸的验证，并用PRO/E建立了三维模型； 2）对动力装置进行了设计，主要涉及蓄电池的选择、电动机的选择和船舶推进器的选择； 3）对打捞和传输装置进行了设计，主要涉及链传动、轴和叶轮的设计； 4）对垃圾储存装置和其他零部件进行设计，主要涉及滚动轴承的选择、轴承座的选择和标准件的选择。 这次水面垃圾收集船设计使我受益匪浅，是对四年来大学学习的进一步深化和升华，是对我学习能力及实践能力的检验。在方案的设计过程中，我参阅了大量的资料，巩固了本学科的多数专业课理论知识特别是机械设计、机械制造、互换性、工程图学和机电传动的结合。 设计期间，我加深了对PRO/E，AutoCAD等绘图软件的学习，同时也自学了CAXA软件的基本操作。 更为重要的是，这次的设计使我走出书本，大胆创新。我深刻地体会到将理论知识运用到实践中的重要性和必要性。通过这次的设计，使我在基本理论知识的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练，为以后的研究生学习和今后参加工作打下了较好的基础。 由于时间仓促及能力有限，在设计的过程中缺乏经验，设计中难免会有缺点 和错误，在此恳请各位教授，老师批评指正，多提宝贵意见。 致谢 本文从选题、方案论证、课题研究及论文的撰写都是在导师副教授的细心指导下完成的，首先我要对恩师副教授致以崇高的敬意和衷心的感谢。在大半年年的毕业设计中，无论是在学习还是在生活等方面，老师都悉心指导、温言鼓励，老师博学多才，做事严谨，和蔼和亲，老师对我的影响必将鼓励我努力克服在今后学习工作生活中遇到的各种困难。衷心感谢老师在大半年的学习、生活等方面对我的关心、教导和帮助。 在本科阶段的学习中，我得到了许老师的热心帮助和指导，他们不仅是传授我科学知识的老师，还是教授我人生观、价值观的良师益友，教会了我很多做人做事的道理。在此表示衷心的感谢。 在撰写论文期间，同学对我论文中的船体结构设计给予了热情的帮助，使本人受益匪浅在此向他们表达我的感激之情。 最后衷心的感谢我的父母，感谢他们的养育之情、感谢他们的无私奉献，他们的爱让我时时刻刻体会到世界最伟大的亲情，他们的鼓励永远激励着我阔步向前，我要用我的一生来报答他们。 参考文献1 魏兵，喻全余.机械原理M.武汉：华中科技大学出版社，2011.2 北京兆迪科技有限公司.AutoCAD机械零部件设计经典范例M.机械工业出版社，2013.3 曾平主编.船舶材料与焊接M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006.4 中国电器工业协会微电机分会，西安微电机研究所.微特电机应用手册M.福建：福建科学技术出版社，2007.5 常德功，樊智敏，孟兆明.带传动和链传动设计手册M.北京：化学工业出版社，2010.6 王为，汪建晓.机械设计M.武汉：华中科技大学出版社，2011.7 徐灏主编.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，1955.8 唐增宝，常建娥.机械设计课程设计M.武汉：华中科技大学出版社，2012.9 王三民.机械设计计算手册M.北京：化学工业出版社，2009.10 支保军，胡静，李绍勇.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 中门版入门与提高M.北京：清华大学出版社，2011.11 卢其炎,张全明,常勇,陈鸿,叶小青,李志敏.基于慧鱼创意组合模型的垃圾清理船设计J.机电技术,2008,31(4).12 张玉新,王帅.水面垃圾清理船执行机构的仿真设计与研究J.机械设计与制造,2011(4).13 丁丽佳,刘鑫,赵岳,顾磊. 遥控水面垃圾自动清理船J.科技信息,2009(11).14 曾义聪,刘建发,谢秋敏,陈奇,刘大帅,李峰.水面漂浮垃圾清理机的设计研究J.徐州工程学院学报（自然科学版）,2013(1).附录 水面垃圾自动打捞船总装配图 我这里还有CAD全套装配图、零件图图纸，外文翻译。