利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统、耙吸挖泥船及方法技术方案

本发明专利技术提供一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统、耙吸挖泥船及方法，属于疏浚工程技术领域。耙头挖泥系统包括耙头固定体、装有耙齿的耙头活动罩、减阻滚动体、高压清理系统。耙头活动罩与耙头固定体装配在一起，耙头固定体的底部安装减阻滚动体。高压清理系统包括设置在减磨滚筒的表面的数条沿连接轴方向的凹槽、每条凹槽内设置的数个高压喷嘴、以及与高压喷嘴连接的压力管道。本发明专利技术的有益效果在于：在耙头结构中提供了减阻滚动体，减小挖掘阻力，并在现有耙吸挖泥船装机功率下提高挖掘效率；同时，采用高压清理系统一方面在耙齿切削土层前通过高压水流冲刷松动土层，减小切削阻力，另一方面冲刷附着在减磨滚筒上的泥土。

Rake head dredging system, trailing suction hopper dredger and method using rolling friction to reduce digging resistance

The invention provides a rake head dredging system, a rake suction dredger and a method for reducing the excavation resistance by rolling friction, and belongs to the technical field of dredging engineering. The rake head dredging system comprises a rake head fixing body, a rake head movable cover with rake teeth, a drag reducing roller and a high pressure cleaning system. The rake head movable cover is combined with the rake head fixing body, and the drag reduction roller body is installed at the bottom of the rake head fixing body. The high-pressure cleaning system comprises a number of grooves along the connecting shaft arranged on the surface of the abrasion reducing roller, a number of high-pressure nozzles arranged in each groove, and a pressure pipe connected with the high-pressure nozzle. The invention has the advantages of providing a drag-reducing roller in the rake head structure, reducing the excavation resistance and improving the excavation efficiency under the installed power of the existing rake suction dredger; at the same time, adopting a high-pressure cleaning system, on the one hand, eroding the loose soil layer through high-pressure water before raking the soil layer to reduce the cutting resistance; on the other hand, adopting a high-pressure cleaning system. The surface is washed and adhered to the soil on the grinding roller.

【技术实现步骤摘要】
利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统、耙吸挖泥船及方法
本专利技术属于疏浚工程
，涉及一种疏浚工程、海洋工程施工作业过程中利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统、耙吸挖泥船及方法。
技术介绍
随着海洋开发的加快与深入，疏浚工程及海洋工程各个领域快速发展，在疏浚工程中，耙吸挖泥船是常用的重要工程船舶之一，船舶所用耙吸挖/排泥方式是对海洋底质处置的典型方式。随着挖泥船的制造技术提升和行业需求，耙吸挖泥船向着大型化发展，舱容和装机功率不断提升，而挖泥船的疏浚能力主要取决于总装机功率。因此，在装机功率确定的情况下，减小不必要的功率消耗，对提高疏浚效率至关重要。耙头是耙吸挖泥船挖掘土层施工作业的重要部件，其作用是挖掘水下泥沙等物质，并使之与进入耙头的水混合成泥浆，后采用浆体输送的方式通过耙管运送到预定位置。耙头作为挖掘作业过程中的作业部件，承受了大部分挖掘阻力，也是装机功率消耗的重要组成部分。如何通过设计新型耙头，减小挖掘阻力达到降低装机功率消耗，提高疏浚效率就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统、耙吸挖泥船及方法，以解决现有耙吸挖泥船耙头阻力消耗功率不足的问题，在不改变船舶装机功率的情况下提高耙吸挖泥船的挖掘效率。为了实现上述目标，本专利技术提供了如下技术方案：一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统，包括耙头固定体、装有耙齿的耙头活动罩、减阻滚动体、高压清理系统。其中，耙头活动罩与耙头固定体通过耙头连接轴装配在一起，耙头固定体的底部安装减阻滚动体；减阻滚动体包括减磨滚筒、滑动轴承、连接轴和连接轴座；连接轴座安装在耙头固定体上，连接轴通过滑动轴承安装到连接轴座上，减磨滚筒转动连接于连接轴上。进一步，高压清理系统包括设置在减磨滚筒的表面的数条沿连接轴方向的凹槽、每条凹槽内设置的数个高压喷嘴、以及与高压喷嘴连接的压力管道，压力管道在连接轴内沿连接轴方向布置，连接至安装在连接轴座外并与连接轴相接的旋转式高压接头上。优选高压喷嘴的直径为5mm。进一步，以凹槽完全接触地面为0°，即凹槽正对着地面接触为0°，在凹槽旋转(顺时针方向)至0°～20°和340°～360°范围时，自动开启旋转式高压接头进行冲水，一方面可以在耙齿切削土层前通过高压水流冲刷松动土层，减小切削阻力，另一方面可以冲刷附着在减磨滚筒上的泥土，达到清理附着泥土的目的。优选的，减磨滚筒的半径范围可以设置为0.1～0.5m，既能有效减小挖掘阻力，又能保证耙头其他部件正常使用。本专利技术还提供一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙吸挖泥船，包括耙吸挖泥船船体和耙臂，耙臂包括耙头挖泥系统和耙管，耙管的一端设置在耙吸挖泥船船体上，其另一端安装有耙头挖泥系统。耙头挖泥系统包括耙头固定体、装有耙齿的耙头活动罩、减阻滚动体、高压清理系统。其中，耙头固定体与耙管形成一个物理连接，同时耙头固定体与耙头活动罩进行装配构成一个水下挖掘作业系统。进一步，耙头固定体的底部安装减阻滚动体；减阻滚动体包括减磨滚筒、滑动轴承、连接轴和连接轴座；连接轴座安装在耙头固定体上，连接轴通过滑动轴承安装到连接轴座上，减磨滚筒转动连接于连接轴上。进一步，高压清理系统包括设置在减磨滚筒的表面的数条沿连接轴方向的凹槽、每条凹槽内设置的数个高压喷嘴、以及与高压喷嘴连接的压力管道，压力管道在连接轴内沿连接轴方向布置，连接至安装在连接轴座外并与连接轴相接的旋转式高压接头。优选高压喷嘴的直径为5mm。进一步，以凹槽完全接触地面为0°，即凹槽正对着地面接触为0°，在凹槽顺时针旋转至0°～20°和340°～360°范围时，自动开启旋转式高压接头进行冲水，一方面可以在耙齿切削土层前通过高压水流冲刷松动土层，减小切削阻力，另一方面可以冲刷附着在减磨滚筒上的泥土，达到清理附着泥土的目的。在优选的实施方式中，减磨滚筒的半径范围可以设置为0.1～0.5m，既能有效减小挖掘阻力，又能保证耙头其他部件正常使用。本专利技术还提供一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的方法，用于减小耙吸挖泥船挖掘作业中的挖掘阻力，该方法采用的方案是：采用减磨滚筒设计引入滚动摩擦，减小耙头挖掘过程中所受到的阻力。进一步，利用滚动摩擦减小挖掘阻力的方法减阻作用的过程如下：当耙头受到来自耙管因耙吸挖泥船船体航行所施加的拖拽力拖拽时，耙头在所挖掘的土层上进行滑移；当滑移发生时，通过耙头、耙管的自重作用和弹簧支杆压力使耙头中的耙头固定体与所挖掘土层之间存在压力作用，此时耙头固定体上安装的减磨滚筒因耙头、耙管的自重作用和弹簧支杆压力与所挖掘土层处于压紧状态；当耙头向耙吸挖泥船船体航行方向滑动时，耙头固定体处发生的不再是滑动摩擦，而是减磨滚筒产生的滚动摩擦。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对耙头在挖掘过程中存在摩擦阻力的因素，提出了滚动摩擦解决方案，在耙头结构中提供了减阻滚动体，无需改变耙头其他结构和船舶动力系统，即可减小挖掘阻力，并在现有耙吸挖泥船装机功率下提高挖掘效率；同时，采用高压清理系统一方面在耙齿切削土层前通过高压水流冲刷松动土层，减小切削阻力，另一方面冲刷附着在减磨滚筒上的泥土，达到清理附着泥土的目的。附图说明图1为耙吸挖泥船、耙管、耙头的连接示意图；图2为现有耙头的结构示意图；图3为现有耙头的受力分析图；图4为本专利技术实施例提供的耙头的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的耙头固定体的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的减阻滚动体的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的耙头的受力分析图。图中数字标记：耙头1，摩擦块10，耙头固定体11，耙头活动罩12，耙齿13，减阻滚动体14，减磨滚筒141，滑动轴承142，连接轴143，连接轴座144，高压清理系统15，凹槽151，高压喷嘴152，耙管2，耙吸挖泥船船体3。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，通常，耙吸挖泥船船体3在水域中挖掘作业时，首先需要下放耙臂，耙臂包括耙管2和耙头1。如图2所示，现有的耙头1通常包括耙头固定体11和装有耙齿13的耙头活动罩12，其中耙头固定体11连接在耙管2末端，耙头固定体11与耙头活动罩12连接组成挖掘系统，用以挖掘处于水下的泥土。进一步，耙头固定体11的下方安装有摩擦块10以减少耙头固定体11在挖掘作业过程中的接触磨损，但同时也增加了耙头1的摩擦阻力，消耗了装机功率，降低了挖掘效率。如图3所示，在垂向上，耙头在自重和弹簧支杆压力作用下形成垂向正压力W，并受到土层支撑反力T，耙头上的耙齿在垂向正压力W作用下切入土层中；在水平方向上，耙管拖拽产生水平分向拉力F，耙头同时受到水流阻力Fw、耙头摩擦阻力Ff和耙头其他阻力Fs1-s3，其中耙头其他阻力包括壅土阻力、吸附阻力和切削阻力三部分。现有耙头作业时的耙头摩擦阻力Ff＝μT＝μW为摩擦块与土层接触产生的滑动摩擦，产生滑动摩擦的机理是由于耙头与土层接触的表面不是光滑的，耙头与土层间的啮合作用以及分子的凝聚力作用是产生滑动摩擦力的两个主要物理原因。由此，需要通过设计新型耙头，减小挖掘阻力达到降低装机功率消耗的目的，从而提高疏浚效率。由此，根据耙头的工作原理，耙头在自重和弹簧支杆压力作用下将耙头活动罩下的耙齿压入土层，嵌入土层的耙齿在挖泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统，其特征在于：包括耙头固定体(11)、装有耙齿(13)的耙头活动罩(12)、减阻滚动体(14)、高压清理系统(15)；所述耙头活动罩(12)与耙头固定体(11)装配在一起，所述耙头固定体(11)的底部安装减阻滚动体(14)；所述减阻滚动体(14)包括减磨滚筒(141)、滑动轴承(142)、连接轴(143)和连接轴座(144)；所述连接轴座(144)安装在耙头固定体(11)上，所述连接轴(143)通过滑动轴承(142)安装到连接轴座(144)上，所述减磨滚筒(141)转动连接于连接轴(143)上；所述高压清理系统(15)包括设置在减磨滚筒(141)表面的数条沿连接轴(143)方向的凹槽(151)、每条凹槽(151)内设置的数个高压喷嘴(152)、以及与高压喷嘴(152)连接的压力管道；所述压力管道在连接轴(143)内沿连接轴(143)方向布置，连接至安装在连接轴座(144)外并与连接轴(143)相接的旋转式高压接头。

【技术特征摘要】
1.一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统，其特征在于：包括耙头固定体(11)、装有耙齿(13)的耙头活动罩(12)、减阻滚动体(14)、高压清理系统(15)；所述耙头活动罩(12)与耙头固定体(11)装配在一起，所述耙头固定体(11)的底部安装减阻滚动体(14)；所述减阻滚动体(14)包括减磨滚筒(141)、滑动轴承(142)、连接轴(143)和连接轴座(144)；所述连接轴座(144)安装在耙头固定体(11)上，所述连接轴(143)通过滑动轴承(142)安装到连接轴座(144)上，所述减磨滚筒(141)转动连接于连接轴(143)上；所述高压清理系统(15)包括设置在减磨滚筒(141)表面的数条沿连接轴(143)方向的凹槽(151)、每条凹槽(151)内设置的数个高压喷嘴(152)、以及与高压喷嘴(152)连接的压力管道；所述压力管道在连接轴(143)内沿连接轴(143)方向布置，连接至安装在连接轴座(144)外并与连接轴(143)相接的旋转式高压接头。2.根据权利要求1所述的利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统，其特征在于：所述高压喷嘴(152)的直径为5mm。3.根据权利要求1所述的利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统，其特征在于：所述减磨滚筒(141)的半径范围设置为0.1～0.5m。4.根据权利要求1所述的利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙头挖泥系统，其特征在于：以凹槽(151)完全接触地面为0°，在凹槽(151)顺时针旋转至0°～20°和340°～360°范围时，自动开启旋转式高压接头进行冲水。5.一种利用滚动摩擦减小挖掘阻力的耙吸挖泥船，其特征在于：包括耙吸挖泥船船体(3)和耙臂，耙臂包括耙头挖泥系统和耙管(2)，耙管(2)的一端设置在耙吸挖泥船船体...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹立明，洪国军，冒小丹，江帅，张晴波，周忠玮，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31