高志發(fā)+付志忠+尹鵬

摘 要：文章設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一種車載式城市窨井清掏機(jī)機(jī)械臂，用于對(duì)城市窨井中的淤積物的掏清，以改變?nèi)斯で逄托实鸵约肮ぷ鳝h(huán)境惡劣的狀況，維護(hù)城市排水管的通暢。

關(guān)鍵詞：窨井清掏機(jī)械臂；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 國(guó)內(nèi)外在本課題上的發(fā)展?fàn)顩r

當(dāng)前國(guó)內(nèi)常使用的清掏淤積物的方法是緩車清淤的辦法，就是先用TT片穿過(guò)管道后，并將鋼絲繩的一端系在絞車上，另一端連接有清通工具系在另一臺(tái)絞車上，絞車來(lái)回往復(fù)絞動(dòng)鋼絲繩，帶動(dòng)清淤工具將淤積物刮到下游積水井中或提出井外，然后人工清掏積水井中的淤積物，從而使管道暢通[1]。這種方法只是將淤泥以及其他雜物“推進(jìn)”窨井底部，再由人工清理窨井底部雜物。

目前國(guó)外對(duì)下水管道的淤積物的清理方式主要是利用高壓吸泥技術(shù)來(lái)完成。西方國(guó)家在60年代就研制出了管道清通車。例如，英國(guó)HARBEN公司吸泥車，是一種典型的利用高壓技術(shù)進(jìn)行清淤，該吸泥車配用的真空泵，排氣量為1270In3/h，吸泥管直徑l00mm。意大利的拉雷斯清淤車，攜帶的真空吸污裝置和高壓噴水裝置，能將深達(dá)8米左右的地下管道疏通。

2 窨井清掏機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

窨井清掏機(jī)械臂是安裝在工程車上的一種工作裝置，它是由固定基座和可伸縮機(jī)械臂組成，通過(guò)伸縮缸的作用使移動(dòng)體伸出及縮回，并能進(jìn)行滑移和擺動(dòng)。窨井清掏機(jī)械臂主要是與其聯(lián)接在一起的伸縮臂和機(jī)械手爪配合作用，從而抓取窨井內(nèi)的淤積物。窨井清掏機(jī)械臂的使用會(huì)簡(jiǎn)化清掏重物作業(yè)過(guò)程，極大地降低工人工作強(qiáng)度，提高工作效率及安全性，改善清掏效果。在城市窨井的清掏作業(yè)過(guò)程中，發(fā)揮了極其重要的作用。

2.2 機(jī)械臂的分類

（1）按用途分：機(jī)械臂可分為三大類，通用機(jī)械臂、專用機(jī)械臂和示教再現(xiàn)機(jī)械臂。通用機(jī)械臂的定位精度高、可工作范圍大、通用性強(qiáng)、控制系統(tǒng)獨(dú)立、程序可變、動(dòng)作靈活多樣，適用于環(huán)境不斷變化的小批量自動(dòng)化生產(chǎn)中。專用機(jī)械臂是一種具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，它附屬于主機(jī)，動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低廉等特點(diǎn)。適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。示教再現(xiàn)機(jī)械臂是一種具有記憶功能的機(jī)械臂，首先在人工的引導(dǎo)下完成所有動(dòng)作，然后機(jī)械臂記憶該動(dòng)作，不斷自動(dòng)重復(fù)執(zhí)行。

（2）按控制方式分：機(jī)械臂可分為兩大類及連續(xù)軌跡控制和點(diǎn)位控制。連續(xù)軌跡控制是指機(jī)械臂在空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡為任意連續(xù)曲線，它的最大特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無(wú)限的并且機(jī)械臂的整個(gè)移動(dòng)過(guò)程都處在控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)位控制是指在空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)為點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。

3 伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械臂具體尺寸及結(jié)構(gòu)

3.2壁厚的選擇

先初定一個(gè)壁厚，并用此壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核，抗彎校核，如果不滿足要求，可從新選定壁厚再次重復(fù)以上校核步驟；如果滿足要求，根據(jù)校核結(jié)果，可適當(dāng)對(duì)壁厚進(jìn)行優(yōu)化[2-3]

3.3 臂長(zhǎng)的確定

小臂在工作時(shí)當(dāng)手爪從窨井中抓起雜物后，必須保證伸縮臂在伸出后的長(zhǎng)度在提起雜物過(guò)程中不會(huì)使得手爪與車架發(fā)生干涉而影響正常工作，在工作完畢后伸縮臂在完全收回后的長(zhǎng)度也要保證機(jī)構(gòu)不會(huì)與車架發(fā)生干涉現(xiàn)象。大臂的高度要保證在機(jī)構(gòu)收回后水平長(zhǎng)度不會(huì)觸碰到車頭部分，并且有一定的預(yù)留空間。

3.4 擺動(dòng)馬達(dá)的設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.4.1 擺動(dòng)缸負(fù)載的計(jì)算

負(fù)載可分為靜負(fù)載，阻性負(fù)載和慣性負(fù)載。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，主要為慣性負(fù)載。

3.4.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算

負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主要為T形臂與負(fù)載，伸縮臂折算到軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

則擺動(dòng)缸輸出負(fù)載總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

J=J1+J2+J3

4 結(jié)束語(yǔ)

本文創(chuàng)新研究了污水井重物清掏機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備；對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械清掏式窨井清理進(jìn)行了機(jī)械的改進(jìn)，極大地提高了污水清掏的作業(yè)效率，減少了人員體力浪費(fèi)，節(jié)省了污水處理單位的經(jīng)濟(jì)開支。

參考文獻(xiàn)

[1]安少軍.城市窨井積水井清掏機(jī)原理樣機(jī)的研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2007.

[2]陳鐵鳴，王連明，王黎欽.機(jī)械設(shè)計(jì)（修訂版）[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]王建國(guó)，安娜.機(jī)械制圖[M].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，2008，7.