【正文】 9 第一章 緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境問題日益突出，水環(huán)境的污染問題也越來越受到人們的關(guān)注。河流、湖泊以及水上游樂場里的漂浮垃圾的污染已經(jīng)逐步影響到市民的飲水、環(huán)境衛(wèi)生及市容市貌，如圖11所示。圖 11 河面垃圾污染為解決水面垃圾收集的問題，目前很多地區(qū)還是采用利用人工打撈的方式為主，如圖12所示[1]。但這種人工打撈水面垃圾的作業(yè)方式勞動(dòng)強(qiáng)度較大、工...(查看更多)作環(huán)境惡劣，效率也十分低下。因此，自動(dòng)機(jī)械化清理水面垃圾已成為急需的水環(huán)境保護(hù)措施。圖12 人工打撈水面垃圾水面垃圾自動(dòng)清掃機(jī)（一般是清漂船）是將水上漂浮的垃圾（主要是樹枝、農(nóng)作物秸稈、白色塑料、生活垃圾和水生植物、少量動(dòng)物尸體等）從水面打撈后，直接裝運(yùn)或者經(jīng)壓縮后裝運(yùn)到垃圾處理廠進(jìn)行處理。 日本“みずき”號(hào)是一艘專事回收海面或江面浮游垃圾和漏出油的環(huán)保型船，從雙船體中央開口部放下垃圾回收集裝箱，操船時(shí)把垃圾引入雙體間，以此回收海面浮游垃圾。為提高垃圾回收宰，船型采用非對(duì)稱雙體型。船舶首尾兩舷都設(shè)有壓載艙，船體結(jié)構(gòu)縱肋骨方式．船尾還載有垃圾回收補(bǔ)助用調(diào)查艇。，垂線間長28m，， 153GT，續(xù)航力500nm?？奢d員5～10名。有2只垃圾回收集裝箱。主機(jī)為二臺(tái)直接噴射式900四沖程V型水冷柴油發(fā)電機(jī)，MTUl2V183TE93型，連續(xù)最大輸出功率 2290rpm時(shí)為735kW。 加拿大的PELICAN公司研制的A系列1010型清掃船采用單體船型，具有清掃水面垃圾、油污水處理、曝氣、消防4方面功能。主要的作業(yè)機(jī)具包括翻斗、垃圾箱、油水分離設(shè)備、油箱、噴氣曝氣裝置、消防水槍。 意大利的BALENO公司的清掃船主要用于海邊保潔作業(yè)，具有清除水面垃圾和油物污水處理兩種功能。主要作業(yè)機(jī)具包括導(dǎo)流裝置、傳送帶、垃圾箱、油箱、感應(yīng)泵。該船最大的特點(diǎn)是傳送帶采用了一種多孔的聚氨酯材料；這種材料允許海水透過，能吸收輕質(zhì)的油污水，同時(shí)不讓重質(zhì)油污水穿過。在傳送帶的水下部位安裝了一個(gè)感應(yīng)泵，起抽吸導(dǎo)流作用。上海市廢棄物處置公司研制的水面漂浮物打撈船，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流、打撈、壓縮、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)連續(xù)作業(yè)為目的，采用雙體船型, 打撈裝置采用傳送帶形式,克服了以往人工打撈及抓斗間隙打撈的缺點(diǎn)，打撈速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，且可以實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間的連續(xù)作業(yè)，減少了運(yùn)轉(zhuǎn)過程的損耗。獨(dú)立作業(yè)能力強(qiáng)，單船作業(yè)便可完成從打撈到轉(zhuǎn)運(yùn)的全部工作。從打撈到轉(zhuǎn)運(yùn)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，大大提高了工作效率，并減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。適用于各種復(fù)雜水域環(huán)境作業(yè)。特別適合大面積水生植物污染治理,作業(yè)裝置主要由噴水導(dǎo)流、固液分離器、螺桿壓榨機(jī)組成的攔截打撈裝置具有作業(yè)效率高、作業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)。采用機(jī)械式固液分離裝置打撈水葫蘆大大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著社會(huì)物質(zhì)文明的高度進(jìn)步，人們的生活都有了質(zhì)的飛躍，特別是工業(yè)革命以來，由于人們過于重視工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，往往忽視了對(duì)環(huán)境的保護(hù)，這就使得近幾年來世界環(huán)境日益惡劣，帶來了各種各樣的環(huán)境問題，湖泊、河流中隨處可見的垃圾污染。各種廢物會(huì)通過不同的渠道進(jìn)人江河,導(dǎo)致河面的漂浮物越來越多。由于潮起潮落的原因,河面的棄置物或水草也會(huì)流人其它的水面、港灣。它們的集結(jié)造成水面污染,影響市容衛(wèi)生,甚至阻礙航道。水面垃圾自動(dòng)清掃機(jī)針對(duì)水面環(huán)境污染的問題，致力于中小型湖泊河流等水域的固體垃圾清理，如塑料袋、飲料瓶，樹枝樹葉以及其它易清理的水面垃圾。實(shí)現(xiàn)水面垃圾清理的機(jī)械化與自動(dòng)化，整個(gè)打撈過程無需人工參與，安全性非常好，效率大約是人工打撈的幾百倍，水面越大、風(fēng)浪越大效果越顯著。本次課題最主要的目的和意義還是在于對(duì)相關(guān)水域的環(huán)境的治理與維護(hù)，水面環(huán)境的改善對(duì)于水質(zhì)，乃至人類生存環(huán)境都有重大意義。希望本次課題的研究與推廣，能在有效改善水面環(huán)境的過程中發(fā)揮作用，共同維護(hù)我們美麗的地球。第二章 船體的設(shè)計(jì) 首先，船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思想應(yīng)該明確。1）船體的設(shè)計(jì)是在結(jié)構(gòu)功能、構(gòu)件重量、占有空間和制造工藝等幾個(gè)相互矛盾的需求中尋找一個(gè)平衡的解決方案；2）總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決方案也非唯一的；3)在所有的考慮因素中，安全性對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最重要的[1]。其次，對(duì)于船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題加以分析與解決。1）船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能滿足所要求功能的合理需求；2）有些船體結(jié)構(gòu)上的問題，其可行的解決方案需要遵從其他專業(yè)的設(shè)計(jì)，應(yīng)積極合理配合。根據(jù)對(duì)所搜集資料的整理和分析，最終設(shè)計(jì)出來的水面垃圾自動(dòng)清掃船的整體結(jié)構(gòu)如圖21所示：圖21 船體結(jié)構(gòu)圖21為三維軟件UG畫出來的船體結(jié)構(gòu)。船體是指整個(gè)船的主體部分，不包括任何設(shè)備、裝置、系統(tǒng)等的船身結(jié)構(gòu)物及上甲板以上的圍蔽建筑。船體的結(jié)構(gòu)、形狀以及各部分尺寸的大小在整個(gè)船的設(shè)計(jì)計(jì)算和整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都起著至關(guān)重要的作用。鑒于船上各部分零部件的安裝和焊接都是在原始的船體的基礎(chǔ)上完成的，故船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要綜合考慮多方面的因素。比如：1）船體的總體結(jié)構(gòu)方面，包括單船體結(jié)構(gòu)、雙船體結(jié)構(gòu)，以及多船體結(jié)構(gòu)；2）船體的形狀方面，由于風(fēng)向與水流會(huì)對(duì)船體的行駛造成阻礙，故適當(dāng)?shù)牧骶€型以及斜角在設(shè)計(jì)都必不可少；3)船體結(jié)構(gòu)各部分的尺寸的設(shè)計(jì)是否合理；4)船體的材料方面（力學(xué)性能），包括制造船體所用的材料的強(qiáng)度、硬度、塑性與韌性是否符合要求，耐疲勞性能、耐腐蝕性能以及材料的焊接性等工藝性能能否滿足需求；5）船的重量以及吃水深度是否符合需求；6）船上各零部件的安裝以及相互配能否滿足要求，比如焊接方式、配合方式等等；7）船的動(dòng)力來源及其傳輸結(jié)構(gòu)，等等。在設(shè)計(jì)該水面垃圾自動(dòng)打撈船的時(shí)候，我的基礎(chǔ)理念就是實(shí)用性強(qiáng)。在不影響該船正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，簡化其結(jié)構(gòu)，美化外觀，安全性高，易推廣。整體方案確定后畫出的船體結(jié)構(gòu)二維圖[2]如圖22，圖23所示。1）船體采用左右船體對(duì)稱，中空布置的雙船體結(jié)構(gòu)，再在兩船體之間用桿件焊接起來，以起到連接加固的作用，該結(jié)構(gòu)既減輕了船體重量，而且降低了船在行駛中的阻力；2）左右船體的外壁采用的是5mm厚的薄鋼板，且船的兩側(cè)外壁有15176。的傾角，因此可構(gòu)成上寬下窄的船體結(jié)構(gòu)，有利于減小水流阻力，此外，船的左右船體前端也要做成弧形以減小其水流阻力；3）為了便于垃圾的集中和收集，船的左右船體內(nèi)側(cè)的前端做成夾角為40176。的V形結(jié)構(gòu)，以便于水面垃圾更容易輸送到傳輸帶上。如圖22所示，除了雙船體結(jié)構(gòu)外，考慮到傳輸裝置的安裝與配對(duì)，還應(yīng)有的結(jié)構(gòu)時(shí)：1）左右船體內(nèi)側(cè)的前沿設(shè)有兩塊支撐板，支撐架上留有螺紋孔，其目的是通過螺栓連接來固定軸承座，以起到支撐大鏈輪軸的作用；2）左右船體內(nèi)側(cè)的中間設(shè)有2個(gè)留有螺紋孔的凸臺(tái)，目的是用來固定軸承座，以起到支撐小鏈輪軸的作用；3）左右船體前面設(shè)有4塊留有螺紋孔的支撐板，用于旋轉(zhuǎn)傳輸裝置的安裝與固定；4）右船體內(nèi)部設(shè)有一個(gè)U形支撐塊，用于支撐固定電機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)的輸出軸和小鏈輪軸是通過聯(lián)軸器連在一起的，采用U型塊結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。此外，考慮到支撐板自身以及承受的重力，為防止其彎曲變形，在支撐板下方和船體內(nèi)側(cè)間焊接一塊肋板，以起到輔助支撐的作用。為了便于收集以及各功能區(qū)互不干擾，在船的左右船體內(nèi)均有隔板。右船體設(shè)有一塊隔板，其作用是將垃圾存儲(chǔ)箱和電機(jī)裝置隔開；左船體設(shè)有3塊隔板，形成4個(gè)獨(dú)立的空間，后面的區(qū)域?qū)儆谌说淖^(qū)域，前面的3塊區(qū)域分別是：前后2塊為雜物區(qū)，中間為垃圾存儲(chǔ)箱，這樣的設(shè)置有效的把人的區(qū)域和垃圾的區(qū)域分開，同時(shí)利于空間的最大利用。如圖23所示，考慮到動(dòng)力裝置的安裝與固定，在船尾上部設(shè)有支架，主要是用來安裝船用推進(jìn)器，支架上開出2個(gè)圓形小孔，目的是保證船用推進(jìn)器固定的可靠性。圖22 船體結(jié)構(gòu)俯視圖圖23 船體結(jié)構(gòu)正視圖 船體的材料采用的是船體用結(jié)構(gòu)鋼，主要用來制造遠(yuǎn)航、沿海和內(nèi)河航區(qū)船舶的船體結(jié)構(gòu)，按照其最小屈服點(diǎn)劃分強(qiáng)度級(jí)別為一般強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋼。船用結(jié)構(gòu)鋼是用來制造船體及其附屬結(jié)構(gòu)的最主要金屬材料。為了使船體結(jié)構(gòu)能在現(xiàn)代造船生產(chǎn)條件下順利建造，也為了保證船的使用安全、可靠，船體除了需要合理的設(shè)計(jì)和正確施工工藝外，還要求船體結(jié)構(gòu)鋼材必須具有各項(xiàng)良好的技術(shù)性能，如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、耐疲勞性能、耐海水腐蝕性能以及某些特殊性能，還必須具有