耙吸挖泥船耙头耙齿的选择.doc

耙吸挖泥船耙头耙齿的选择（耙头工作原理）耙头是耙吸挖泥船用来吸取泥浆或泥沙的管路的最前端设备，是自航耙吸挖泥船的破土工具，被称为“吸泥之口”。因原理与形状似钉耙而得名。由于各工程施工土质的多变性，耙头挖泥性能的好坏直接影响耙吸挖泥船的生产效率，国内外疏浚业都高度重视耙头的研究和开发。在耙吸挖泥船发展过程中，耙头的发展演变与耙吸挖泥船的能力提高息息相关，即使在耙吸挖泥船自动化程度非常高的今天，耙头的持续改进仍然是疏浚能力提高工作中重点研究关注的对象。随着耙吸挖泥船的不断发展，耙头的型式也将持续不断地改进和更新。耙头必须能够破坏粘在一起的各种类型土的连接，挖掘过程通过水力方式、机械方式或两种方式来共同完成。经过自航耙吸挖泥船的生产效率与耙头结构型式的研究深化，耙头挖泥的理论得到了不断发展，近年来用耙齿切削和高压冲水切割、液化的综合疏浚理论代替了以冲刷为主体的传统理论。在传统的冲刷理论指导下加利福尼亚耙头设计了加长的耙罩周长，用以增加参与冲刷的周边长度，提高疏浚效果。同样以现代“切削”理论为主体的指导思想要求下，设计了挖掘型主动耙头，即耙罩可以在遥控(自动或手动)条件下主动调节耙罩的对地角度，使其获得合理的耙齿切削角、合理的高压冲水角和合理的耙罩对地夹角，从而形成最佳的夹角组合，减少疏浚功率，提高泥浆浓度，提高疏浚效率。现代耙头（Vasco da Gamma） 图3.1一、 耙头的分类一百多年来，随着耙吸挖泥船的不断发展，国外耙头的开发研制也出现了众多型式，从1908年最早投入使用的弗路林钩型耙头（Frunling）开始，出现了阿姆勃劳斯鞋型耙头（Amborse）及1947年通过改进后的加里福尼亚型耙头(Californa)，1960年后形成系列化的荷兰IHC标准耙头，其他还有文丘里型耙头（Verturi）和前联邦德国OK系列耙头等。目前，耙头疏松水底泥砂主要有三种方式：第一种方式是冲刷，通过泥泵运转使耙头内腔产生真空，与外围产生压力差，耙头周围的水通过耙头与河床接触的缝隙中进入耙头内，通过缝隙瞬间产生的高速水流冲刷带动起吸口周围的泥砂，这种方式主要是充分利用离心泵产生的真空作用，在挖掘淤泥、松散砂时十分有效。第二种方式是高压冲水，利用船舱内高压冲水泵提供的压力水经管路到耙头水箱内，再由底部一排喷嘴射出，密实的疏浚土在高速水柱的作用下被切割、液化，使泥砂夥粒松散，在耙头真空作用下被吸入泥泵，这种方式主要针对密实性细砂、粉细砂。第三种方式是机械切削，安装在耙头底部的耙齿依靠耙头在水下重量将耙齿插入土中，在挖泥拖曳时如同机械切削原理将耙齿前部的泥切削、剥离，与水混成泥浆被吸入泥泵，这种方式主要针对粘土、亚粘土。（一）冲刷型耙头以IHC淤泥耙头和加利福尼亚耙头为代表，主要依靠冲刷原理进行疏浚，泥泵消耗部分功率吸入大量的水，泥浆浓度低，产量低。随着疏浚业的发展,现在这些耙头也可以装配高压冲水冲刷型耙头 图3.2（二）挖掘型耙头以IHC新型耙头为代表，主要依靠耙齿切削泥砂和高压冲水疏松泥砂进行疏浚，可提高泥浆浓度和产量。挖掘型耙头 图3.3二、 耙头结构、功能（一）耙头总体结构由下图可知，现代标准耙头主要有二部分构成：固定体固定体为钢板电焊结构，端部为圆形、安装有法兰，可与耙吸管连接，另一端为带有轴孔的矩形，用短轴与活动罩铰接。固定体从方到圆过渡，减少泥浆紊流和阻力损失。固定体外侧焊有筋板，确保强度。固定体下部为水箱。靠舷侧安装防撞橡胶，防止风浪作业中与船体碰撞。固定体无预倾角度，在最大挖深时耙吸管与海底平面成45夹角。活动罩活动罩用钢板电焊结构成门字形，后部有轴孔，用短轴与固定体铰接，可以摆动50，活动罩下部左、右二侧设耐磨钢板，挖泥时防磨挡板深深压入土中，阻止被高压冲水扰动悬浮的泥砂向二侧逃逸，头部焊有特厚钢板做为横梁，不仅加强了活动罩的结构，还可作为耙齿的安装座。活动罩喉部安装格栅，有效阻止大粒径的石块、杂物进入耙管，确保安全。活动罩用轴销与本体连接，如下图所示为连接处的轴销，主动式耙头则可通过液压缸的控制来调节活动罩角度。在可活动的活动罩和本体中间的连接部通常用橡胶密封。这可以防止浑水的进入，减少由其夹带的泥沙造成的磨损。耙头侧视图 图3.4 （二）耙头其他细部结构耙头其他部件有吸泥口、格栅、短轴、耙齿、高压冲水喷嘴和拉杆销轴等。吸泥口耙头的最下端与河床接触，挖掘的泥沙由此被吸进。吸泥口的面积取决于吸泥管，一般是吸泥管的三倍。格栅耙头内的格栅 图3.5在吸泥口下面开口面装有格栅，用以防止较大的杂物吸入泥泵导致泥泵损坏（如大石块、不规则金属块等），格栅矩形孔边长尺寸应比设计通过泥泵杂物的尺寸小10%。如图所示中间部分就是设置在“新海龙”轮耙头内部的格栅，不同类型的耙头，格栅的安装位置略有不同。短轴短轴二根，用于连接活动罩和固定体，外面配耐磨开口衬套，确保摆动平稳。高压冲水和喷嘴新型的耙头都设置了高压冲水管路及出水口，管路与船内高压冲水泵相连，冲水泵运转后将高压水流送至耙头，用以提高产量。在抛泥时也可利用高压冲水对泥舱进行冲洗，有助于彻底抛净泥沙。引水窗活动罩上的引水窗 图3.6在耙头活动罩上设有一引水窗。在挖掘淤泥等土质时，为防止耙头被闷堵，则可打开引水窗，使挖泥作业作业正常进行。 耙齿耙齿图3.7可增加破土能力，提高泥浆浓度。耙齿有固定或可拆换两种。如图所示所示为装配在“新海龙”轮耙头上的可拆换式耙齿，该轮还将高压冲水出口设置在了耙齿处（耙齿中心出水孔），可使高压冲水均匀作用在泥土表面，针对不同土质有选择性的使用，有助于提高产量。拉杆在耙头活动罩和固定体之间采用连杆插销结构，拉杆还设有宽度70的槽，利用该活动槽可使得耙头活动罩依靠自重与泥面良好贴合，以适应挖掘淤泥等松软土质的要求。橡皮靠垫装在耙头内侧靠近船舷一边，其主要作用就是在耙头产生横向摆动时保护船舷板。避免耙头与船体“硬碰硬”，导致二者损坏。在耙头两侧都安装防撞橡胶，则该耙头既可在左侧，也可在右侧使用。橡胶护垫 图3.8三、 其他耙头淤泥耙头图 图3.9淤泥耙头专为疏浚淤泥和软粘土设计的耙头。当推进装置传给它需要的力，淤泥被推入耙头。主动耙头耙头上装有液压驱动的滚筒，上面装有切削工具，能够切削坚硬的淤泥和密实的沙。这种耙头的缺点是会带起海下电缆和电线。文丘里耙头 图3.11主动耙头 图3.10 文丘里耙头该耙头形成的液体流场比IHC耙头和加利福尼亚耙头要好，产量更高。这种耙头的优点是在整个耙头上压力不一样，导致有较高的吸力。4威龙耙头“新海龙”主动耙头 图3.12威龙耙头 图3.13 四、 耙齿的使用根据船舶使用的耙头，选配耙齿。为了合理、安全地使用耙齿，在使用中应注意以下问题：对于软粘土及松散的或具有粘性的砂质土有较好的挖掘效果，对于淤泥及较密实实质土不适用，加高压冲水较好。耙齿形状、尺度、数量和排列要合理。要有适当的切刃、切削角和背隙角。耙齿切刃的切削力要小而切量要大故齿宜小，数量不宜过多。齿的位置尽量少影响流通道路面积。耙齿的排列以各齿的挖迹不重复和便于吸入为准。耙齿的高度：（）要使耙齿入土深度不会造成过大阻力而影响航速；（）有适当的吸人缝隙，既不影响泥土的吸人又不使进水过多；（）应注意耙齿愈高危险性愈大，水力挖掘效果越差。挖泥时推进主机要使螺旋桨产生足够的推力以克服在一定的流速及挖泥对地航速下的耙头、耙吸管和船体的阻力。必须使耙吸管的结构强度与加齿后的挖掘相适应。最好在耙头上考虑加装安全措施以防耙齿突然碰到障碍物或硬质土、岩石等造成重大事故，如采用过载破断销(片)、耙头附加应急吊耙钢丝绳及示位浮标(以回收脱离海底的耙头)等措施。耙齿强度低于耙吸管系统的最薄弱环节。应注意比较加齿耙头与不加齿耙头的技术经济性、有关设备运行状况。记录施工条件(包括土质)。