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1、畢業(yè)設計說明書論文(全套CAD圖紙) QQ 36396305 摘 要 水面垃圾自動打撈船針對水面環(huán)境污染的問題，主要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。實現(xiàn)水面垃圾清理的機械化與自動化，整個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、風浪越大效果越顯著。 本文主要對水面垃圾自動打撈船進行了船體結(jié)構(gòu)、動力裝置、打撈及傳輸裝置、垃圾存儲裝置以及其他零部件的設計、計算及校核等。分析了水面垃圾自動打撈船需要實現(xiàn)的功能要求，在實際環(huán)境背景下，研究了水面垃圾自動打撈船的系統(tǒng)構(gòu)成及功能、各零部件的的設計方法以及

2、系統(tǒng)的實現(xiàn)方式。 此設計除了動力裝置與其他船類大體相似，實現(xiàn)打撈和傳輸?shù)难b置以及垃圾存儲裝置都有一定的創(chuàng)新性設計。采用鏈齒輪與鏈條的傳動帶動傳輸帶的形式，以及船體前方擋板引導裝置和葉輪的設計都使得水面垃圾的收集更加有效率。此外，垃圾存儲裝置采用的是三個可替換式的存儲箱，其底部設計為多孔式，使得水面垃圾的收集更加方便，可執(zhí)行性有所加強。 本文還附有部分水面垃圾收集船的結(jié)構(gòu)圖，裝配圖，零件圖，以便詳細的說明設計過程。 關(guān)鍵字： 水面垃圾 自動打撈船 環(huán)境保護 結(jié)構(gòu)設計 I Abstract An autonomous ship for

3、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 mechanize

4、d 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 checki

5、ng 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 t

6、o 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 an

7、d 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

8、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:

9、 The water waste;Automatic cleaning ship;environmental protection; Structural Design II 目 錄 摘 要 I Abstract II 一 前言 1 1.1畢業(yè)設計的選題背景 1 1.2畢業(yè)設計國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及特點分析 2 1.3本課題的研究目的及意義 3 二 方案構(gòu)思和擬定 5 三 船體的設計 6 3.1船體的結(jié)構(gòu)設計 6 3.2船體材料的選擇 8 3.2.1船體材料的介紹 8 3.2.2船體材料的

10、確定及相關(guān)參數(shù) 9 3.3船體重要尺寸 9 3.4.1船體質(zhì)量的計算 10 3.4.2重排水量的計算 10 3.4.3最大吃水深度的計算 11 四 動力裝置的設計 12 4.1蓄電池的選擇 12 4.2電動機的選擇 13 4.3船舶推進器的選擇 16 五 傳輸裝置的設計 19 III 5.1 傳輸裝置的總體設計 19 5.2傳輸裝置鏈傳動的設計 21 5.2.1鏈條的選擇和計算 21 5.2.2鏈輪相關(guān)尺寸的計算 24 5.3葉輪裝置鏈傳動的設計 26 5.3.1鏈條的選擇和計算 26 5.3.2鏈輪相關(guān)尺寸的計算 27 5.4軸的設計

11、 29 5.5 葉輪的設計 31 六 垃圾存儲裝置的設計 32 七 其它零部件的設計 33 7.1滾動軸承的選擇 33 7.2軸承座的選擇 34 7.3標準件的選擇 34 結(jié)束語 36 致謝 37 參考文獻 38 附錄 水面垃圾自動打撈船總裝配圖 39 III 一 前言 1.1畢業(yè)設計的選題背景 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，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)濟的發(fā)展，往往忽視了對環(huán)境的保護，這就使得近幾年來世界水資源質(zhì)量不斷下降，水環(huán)境持續(xù)惡化，由于污染所導致的缺水和事故不斷發(fā)生，不僅使工廠停產(chǎn)、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)甚至絕收，而

12、且造成了不良的社會影響和較大的經(jīng)濟損失，嚴重地威脅了社會的可持續(xù)發(fā)展，威脅了人類的生存。隨著十八大社會主義生態(tài)文明建設的提出，水環(huán)境的污染問題越來越受到人們的關(guān)注。海洋、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1-1、圖1-2所示。 圖 1-1 城市河道污染 圖1-2 運輸河道污染 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1-3所示。但這種人工打撈水面垃圾的作業(yè)方式勞動強度較大、工...(查看更多)作環(huán)境惡劣，效率也十分低下。 此外，目前市場上也出現(xiàn)了一

13、些機械智能化的水面垃圾收集設備。由于水域不同、垃圾種類不同及回收量的不同，形成了各種類型的水面垃圾收集船，如圖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。但現(xiàn)在市場上的水面垃圾收集船大都是大型船舶機械，主要用于大范圍大面積水域垃圾的收集，其結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，價格昂貴，而且需要專業(yè)人士操作，從而不能被廣泛地應用于城市河道和風景區(qū)水域的垃圾收集作業(yè)。 圖1-3 人工打撈水面垃圾 圖1-4 大型機械打撈水面垃圾 1.2畢業(yè)設計國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及特點分析 水面垃圾自動打撈船針對水面環(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

14、理，如塑料袋、飲料瓶，樹枝樹葉以及其它易清理的水面垃圾。它將水上漂浮的垃圾（主要是樹枝、農(nóng)作物秸稈、白色塑料、生活垃圾和水生植物、少量動物尸體等）從水面打撈后，直接裝運或者經(jīng)壓縮后裝運到垃圾處理廠進行處理。 關(guān)于水面垃圾自動打撈船，目前國外已有成熟的商品和深厚的研究基礎。 韓國海洋水產(chǎn)部在2000年投資23.5億韓元，委托南韓海洋研究院開發(fā)一種能在淺灘和港口進行垃圾清除作業(yè)的垃圾打撈船。目前，這種海上垃圾打撈船已經(jīng)建造完成，并通過了性能測試。這艘命名為“海洋清掃號”的船，長30m，寬10m,高2.3m，可只在水深只有2米的淺灘和港口清除漂浮垃圾。船上裝有臂長達20米的“多關(guān)節(jié)”抓鏟，可打撈

15、水深為15米的灘底沉積垃圾。船上的鉤狀收集機可用于搜集水中的漁網(wǎng)和漁具。船艙還可以容納40噸垃圾，這些垃圾可被船載的寬體切割機切割分解。 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)機具包括翻斗、垃圾箱、油水分離設備、油箱、噴氣曝氣裝置、消防水槍。 美國聯(lián)合國際船舶公司（UMI）研制的系列清掃船采用雙體船型，配兩套Z型推進裝置，主要功能是清理水面垃圾。主要作業(yè)機具包括導流門、船首傳送帶、垃圾箱、船尾傳送帶。船尾傳送帶用于將垃圾輸送至岸上。 近年來，國內(nèi)也漸漸自主研發(fā)了具有較高效率的水面垃圾自動打撈船。

16、 由天津新港船廠建造的水上清掃船“方通號”于2001年底在天津海河下水。該船具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特點，以電為動力，進行電動全回轉(zhuǎn)推進，不但對水體沒有污染而且行動十分靈活。在接近垃圾后，船上的精密液壓噴水自動回轉(zhuǎn)臂、垃圾收集筐升降機動裝置等設備一同作業(yè)，將水面垃圾打掃一盡。該船實現(xiàn)了自動清掃、收集、儲存水面垃圾，而且液壓噴水自動回轉(zhuǎn)臂還可以沖刷堤坡垃圾，澆灌河岸綠地。 上海市廢棄物處置公司研制的水面漂浮物打撈船，以實現(xiàn)導流、打撈、壓縮、儲存、轉(zhuǎn)運連續(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，打撈速度快，勞動強度低，且可以實現(xiàn)較長時間的連續(xù)作業(yè)

17、，減少了運轉(zhuǎn)過程的損耗。獨立作業(yè)能力強，單船作業(yè)便可完成從打撈到轉(zhuǎn)運的全部工作。從打撈到轉(zhuǎn)運全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，大大提高了工作效率，并減輕了工人的勞動強度。適用于各種復雜水域環(huán)境作業(yè)。特別適合大面積水生植物污染治理,作業(yè)裝置主要由噴水導流、固液分離器、螺桿壓榨機組成的攔截打撈裝置具有作業(yè)效率高、作業(yè)適應性強。采用機械式固液分離裝置打撈水葫蘆大大地減輕了工人的勞動強度。 1.3本課題的研究目的及意義 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，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)濟的發(fā)展，往往忽視了對環(huán)境的保護，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，海洋、

18、湖泊、河流中隨處可見的垃圾污染。各種廢物會通過不同的渠道進人海洋、江河、湖泊，導致水面的漂浮物越來越多。由于潮起潮落的原因，江河水面的棄置物或水草也會流人其它的水面、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。如今，水環(huán)境保護也越來越受到人們的關(guān)注。水面漂浮垃圾的污染已經(jīng)逐步威脅到市民的飲水、環(huán)境衛(wèi)生及市容，因此，機械化清理水面垃圾已成為重要的水環(huán)境保護措施。 水面垃圾自動打撈船針對水面環(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。它自動將水上漂浮的垃圾（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

19、物尸體等）從水面打撈后，直接裝運或者經(jīng)壓縮后裝運到垃圾處理廠進行處理。水面垃圾自動打撈船一般由單船體或雙船體、收集裝置、存儲裝置等組成。收集裝置主要有傳送帶、翻斗以及造流收集等幾種形式，其作用是把前方的漂浮垃圾引導過來, 收集后提升在專用的垃圾存儲箱內(nèi)。水面垃圾自動打撈船采用成熟的技術(shù)、簡單的結(jié)構(gòu)和巧妙的方法，可以自動地把其快速行進所到之處的水面漂浮物和半漂浮物打撈到船上，整個打撈過程無需人工參與，安全性非常好，效率是人工打撈的幾百倍。 本次課題最主要的目的和意義還是在于對相關(guān)水域的環(huán)境的治理與維護，水面環(huán)境的改善對于水質(zhì)，為社會主義生態(tài)文明建設，實現(xiàn)美麗的中國夢做出貢獻。

20、 二 方案構(gòu)思和擬定 水面垃圾自動打撈船主要針對的是城市和風景區(qū)河道、湖泊水域的水面垃圾收集。根據(jù)調(diào)查和分析，其水面垃圾主要有稻草、爛蔬菜、塑料袋、軟包裝、飲料盒、塑料泡沫、瓜皮等。由于受河道過往船只形成的浪涌及潮水的沖擊，水面垃圾一般集中在兩側(cè)的江岸、堤壩、湖邊及拐角回流區(qū)，而河道和湖泊的中央幾乎沒有垃圾，因此要求收集船尺寸小，操作靈活、零航速作業(yè)效能好。 根據(jù)以上要求，并參閱國內(nèi)外水面垃圾收集船資料，對多種收集水面垃圾裝置方案進行比較、綜合分析及論證，同時考慮到目前管理、維修水平及經(jīng)濟條件等因素，我們采用了雙體船型方案。 針對這些，本方

21、案引入了“局部到整體”的設計方案。也就是根據(jù)各部分要實現(xiàn)的功能，依次設計出各個機構(gòu)，再進行虛擬裝配，排除干涉，達到設計的目的。 本船主要由船體；動力裝置；導水葉輪和鏈傳動帶動傳輸帶組成的傳輸裝置及垃圾儲存裝置等幾個部分組成。該方案是通過一設于雙船體間的葉輪造流，將船體前方垃圾吸入垃圾收集區(qū)，再通過鏈傳動帶動的傳輸帶傳輸至垃圾儲存箱中。等垃圾收集任務完成，船體泊岸后，設于岸邊的吊車把垃圾倉吊至轉(zhuǎn)運汽車上，收集作業(yè)完畢。作業(yè)流程如圖2-1所示。 葉輪造流 水面垃圾 垃圾收集區(qū) 岸邊收集 垃圾儲存箱 傳輸垃圾

22、 圖2-1 收集船收集流程圖 考慮到垃圾收集的水域特點和收集的快速性、實用性，我們本著以更簡單、更快捷、更可靠地完成自動收集垃圾任務的原則對收集船進行了設計與制作，在機構(gòu)和船體的設計上有不上創(chuàng)新與特色點。 三 船體的設計 3.1船體的結(jié)構(gòu)設計 船體是指整個船的主體部分，不包括任何設備、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船的設計計算和整個系統(tǒng)的設計中都起著至關(guān)重要的作用。 首先，船體結(jié)構(gòu)設計的基本思想應該明確。 1)船體的設計是在結(jié)構(gòu)功能

23、、構(gòu)件重量、占有空間和制造工藝等幾個相互矛盾的需求中尋找一個平衡的解決方案。 2）總體的結(jié)構(gòu)設計解決方案也非唯一的。 3) 在所有的考慮因素中，安全性對結(jié)構(gòu)設計是最重要的。 其次，對于船體結(jié)構(gòu)設計中的一些問題加以分析與解決。 1) 船體結(jié)構(gòu)設計應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)的設計， 應積極合理配合。 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上完成的，故船體的結(jié)構(gòu)設計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)；

24、2）船體的形狀方面，由于風向與水流會對船體的行駛造成阻礙，故適當?shù)牧骶€型以及斜角在設計都必不可少。 3)船體結(jié)構(gòu)各部分的尺寸的設計是否合理； 4)船體的材料方面（力學性能），包括制造船體所用的材料的強度、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）船的動力來源及其傳輸結(jié)構(gòu)，等等； 8) 船的平衡穩(wěn)定性是否保證。 根據(jù)對所搜集資料的整理和分析，最終設計出來的水面垃圾自動打撈船的整體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：

25、 圖3-1 船體結(jié)構(gòu)三維圖 圖3-1為三維軟件Pro/E畫出來的船體結(jié)構(gòu)。 在設計該水面垃圾自動打撈船的時候，我最重要的基礎理念就是實用性強。在不影響該船正常運行的基礎上，簡化其結(jié)構(gòu)，美化外觀，安全性高，平衡穩(wěn)定性好，易推廣。 1）船體采用左右船體對稱，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15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； 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

26、30的V形結(jié)構(gòu)，以便于水面垃圾更容易輸送到傳輸帶上。 除了雙船體結(jié)構(gòu)外，考慮到傳輸裝置的安裝與配對，還應有的結(jié)構(gòu)時： 1）左右船體內(nèi)側(cè)的前沿設有兩塊支撐板，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)的中間設有2個留有螺紋孔的凸臺，目的是用來固定軸承座，以起到支撐小鏈輪軸的作用； 3）右船體內(nèi)部設有一個U形支撐塊，用于支撐固定電機，因為電機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

27、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。左船體設有2塊隔板，前面將垃圾儲存箱與雜物分開,最后的區(qū)域?qū)儆谌说淖^(qū)域；右船體設有1塊隔板，形成2個獨立的空間，最后面的區(qū)域?qū)儆谌说淖^(qū)域，前面的區(qū)域為放置蓄電池區(qū)域、放置電動機和減速箱區(qū)域，這樣的設置有效的把人的區(qū)域和垃圾的區(qū)域分開，同時利于空間的最大利用，還有利于兩船的平衡。 考慮到動力裝置的安裝與固定，在船尾上部設有支架，主要是用來安裝船用推進器，支架上開出2個圓形小孔，目的是保證船用推進器固定的可靠性。 此外，為了使船能在雨天工作，設計了頂棚。圖3-2為三維軟件Pro/E畫出來的頂棚結(jié)構(gòu)。

28、 圖 3-2 頂棚 3.2船體材料的選擇 3.2.1船體材料的介紹 船體的材料采用的是船體用結(jié)構(gòu)鋼，主要用來制造遠航、沿海和內(nèi)河航區(qū)船舶的船體結(jié)構(gòu)，按照其最小屈服點劃分強度級別為一般強度鋼和高強度鋼。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計和正確施工工藝外，還要求船體結(jié)構(gòu)鋼材必須具有各項良好的技術(shù)性能，如強度、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，還必須具有良好的工藝性能，如冷熱彎曲工藝性能和焊接工藝性能等。 中國船級社規(guī)范標準的一般強度結(jié)構(gòu)鋼分為：

29、A、B、D、E四個質(zhì)量等級；中國船級社規(guī)范標準的高強度結(jié)構(gòu)鋼為三個強度級別、四個質(zhì)量等級：A32、A36、A40、D32、D36、D40、E32、E36、E40、F32、F36、F40。 3.2.2船體材料的確定及相關(guān)參數(shù) 該水面垃圾自動打撈船主要是用在城市和風景區(qū)河道、湖泊水域的水面垃圾的打撈。為了使船體不至于太重，故船體的鋼板厚度定為5mm，在滿足各方面的功能需求的情況下，選擇船體材料為A32鋼。 該材料的化學成分與力學性能為：含碳量%，，含錳量為0.9%～1.60%，含硅量為0.5%，含磷量，含硫量，不含鈮、釩2元素。且該材料的屈服強度，抗拉強度～，伸長率。 3.3船體重要尺

30、寸 船體頂長3200mm，船側(cè)傾角15，船體總寬2800 mm，單船體寬1000mm，船高700mm，頂棚長3060mm，高2130mm，寬2800mm，船體前端內(nèi)側(cè)夾角。 其余尺寸經(jīng)設計后如圖3-2所示。 圖3-2 船體結(jié)構(gòu)二維圖 3.4船的排水量和吃水深度的計算 船的排水量是用來表示船尺度大小的重要指標，船的排水量的計算也是為計算船在一定載重條件下的最大吃水深度做準備的。船的排水量又可分為輕排水量，重排水量和實際排水量。 （1） 輕排水量（Light Displacement），又稱空船排水量，是船舶本身加上船員和必要的給養(yǎng)物品三者重量的總和，是船舶最小限度的重量。

31、（2） 重排水量（Full Load Displacement），又稱滿載排水量，是船舶載客，載貨后吃水達到最高載重線時的重量，即船舶最大限度的重量。 （3） 實際排水量（Actual Displacement），是船舶每個航次載貨后實際的排水量。 在設計該垃圾打撈船時，重點考慮的就是該船在滿載的情況下，最大的排水量是多少，從而計算出此時的最大吃水深度，從而來判斷船體的高度設計是否合適。故在這里要研究的就是該船的重排水量。 3.4.1船體質(zhì)量的計算 利用數(shù)學公式可估算出船體的體積V。 由質(zhì)量的計算公式（其中）可得： 船體的質(zhì)量為 3.4.2重排水量的計算 船在滿載時的總質(zhì)量

32、m總=m船+m人+m蓄電池+m電極+m電機+m垃圾 其中船體的重量約為1750kg，人的重量約為70kg，蓄電池的重量為20kg，電機的重量為20kg，所能存儲的垃圾的最大重量約為50kg 故總質(zhì)量 由公式（其中）可得 V排=/ = 該船的重排水量為 3.4.3最大吃水深度的計算 該船的面積由數(shù)學公式可得A6.4㎡ 由公式可得船的最大吃水深度為 / 該船的最大吃水深度為298mm，而船體的高度為700mm，故船體的高度

33、滿足需求。 四 動力裝置的設計 4.1蓄電池的選擇 蓄電池也稱二次電池,是將所獲得的電能以化學能的形式貯存并可將化學能轉(zhuǎn)化為電能的一種電學裝置。蓄電池按電解質(zhì)不同,通常分為堿性蓄電池和酸性蓄電池。近年來,由于交通、通訊、計算機產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,其產(chǎn)品系列、產(chǎn)品種類、產(chǎn)品性能發(fā)生巨大變化,以滿足不同用途的需要。蓄電池主要應用于各種車輛、船舶、飛機等內(nèi)燃機的起動以及照明、點火、蓄能、應急電源、電話交換機、不間斷電源、移動通訊、計算機、電子、儀表、便攜式電動工具、電動玩具中等。 鑒于該作品設計的目的是研制一種具有環(huán)保、高效

34、、技術(shù)先進的環(huán)保型水面垃圾自動打撈船，故選用蓄電池作動力源。蓄電池在這次設計中有兩方面的作用，一方面是帶動便攜式船用推進器（馬達），以實現(xiàn)船在水中的行駛和轉(zhuǎn)向；另一方面是驅(qū)動電機，進而帶動垃圾輸送裝置以實現(xiàn)垃圾的輸送。 船用電池一般用200AH(或150AH)扁頭電池,目前有統(tǒng)一、風帆、白云、海歐、建行等等。其中統(tǒng)一電池是具有國家級的船檢證的，使用較放心。整理資料后選取蓄電池型號為統(tǒng)一蓄電池N200/24V200AH，該蓄電池綠色環(huán)保，電池容量大，比容量高，集電效率和強度高，性能穩(wěn)定，電池的使用壽命長。如圖4-1所示： 圖4-1 蓄電池 該蓄電池的相關(guān)參數(shù)如下： 電壓：24V

35、 容量：200AH 重量：20kg 外形尺寸為： 4.2電動機的選擇 電動機的作用是將電能轉(zhuǎn)換成機械能，通過蓄電池供電，帶動傳輸裝置完成垃圾打撈動作和帶動壓縮機構(gòu)完成壓縮垃圾功能。輸送裝置的受力情況如圖4-2所示 圖4-2 傳輸裝置的受力分析圖 其中： 選取鏈條型號為10A，每米鏈的重量為1kg, 設垃圾的重量為10kg，則 由式可算得 故 由圖4-2可以算出 設輸送裝置的速度為0.6m/s，則

36、功率 查《微特電機應用手冊》選擇電機型號為85ZY24-500。如下圖4-3所示： 圖4-3 電動機 其額定功率0.5KW，額定電壓為24V，轉(zhuǎn)速為3000r/min。 由于船體空間的限制，電動機是橫向放置在右船體中，所以為了配合傳輸裝置的軸心方向，電動機還需與渦輪蝸桿減速箱配合使用，如圖示4-4、圖4-5所示。蝸輪蝸桿減速器選用WCJ120型，傳動比為31，蝸輪齒數(shù)為31，蝸桿頭數(shù)為1頭。 圖 4-4 WCJ120型蝸輪蝸桿減速箱 圖4-5 動力裝置 其中蝸輪蝸桿減速箱的傳動效率為0.7，傳動比為31。具體參數(shù)見零件圖以及裝配圖。

37、 故由電動機以及蝸輪蝸桿減速箱配合使用后的輸出參數(shù)為： 輸出轉(zhuǎn)速V=3000/31=96.8r/min 此外，為了能夠控制電機的啟動以及停止，在左船體的人坐立空間的前面裝置一個電機控制臺，具體位置可參照三維圖以及裝配圖。如圖4-6所示即為其啟保?？刂齐娐穲D，控制電機以及傳輸裝置的動作。 圖 4-6 啟保?？刂齐娐穲D 4.3船舶推進器的選擇 船舶推進器是船舶上提供推力的工具，它的作用是將船舶動力裝置提供的動力轉(zhuǎn)換成推力，推進船舶。船舶推進器即推動船舶前進的機構(gòu)。它是把自然力、人力或機械能轉(zhuǎn)換成船舶推力的能量轉(zhuǎn)換器。推進器按作用方式可分為主動式和反應式兩類。靠人力或風力驅(qū)船前進的纖

38、、帆（見帆船）等為主動式，槳、櫓、明輪、噴水推進器、螺旋槳等為反應式?，F(xiàn)代運輸船舶大多采用反應式推進器，應用最廣的是螺旋槳。 根據(jù)蓄電池的直流供電特點以及船體的簡易結(jié)構(gòu)等特點，選用懸扣式電動船舶推進器，該類推進器功能性強，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便安全，應用范圍廣。電動船舶推進器是種新穎的水中動力器具，有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、效能轉(zhuǎn)換率高、工作時無噪音等特點，且還具有綠色環(huán)保，按裝便捷、維護簡易的特點，是一些小型的船艇作為動力的首選產(chǎn)品，比較符合本設計的功能需要。 該類船舶推進器的主桿選用不銹鋼、鋁合金或高強度合成纖維，保證推進器具有足夠的剛性并經(jīng)久耐用；采用機械多級調(diào)速時，正轉(zhuǎn)五檔調(diào)速，反轉(zhuǎn)二檔調(diào)速

39、；也可采用電子調(diào)速，以滿足不同速度的需要；有固定把和可伸縮把2種選擇，使操控更加方便；弦外懸掛式安裝快速方便，并帶有防撞脫扣機構(gòu)，保護馬達安全；防纏型螺旋漿，防止推進器因被水草纏繞而堵轉(zhuǎn)。 鑒于船在行駛的過程中會因為水流以及自身結(jié)構(gòu)所造成的阻力而受到影響，故在選擇船用推進器的時候就要考慮該船舶推進器的最大推力是否大于船在行駛過程中所受到的最大阻力，并以此為依據(jù)來選擇合適的船舶推進器。水流對船體的阻力可由下式來確定 式中：—流體阻力系數(shù)，一般取 —侵濕面積（） —流體的密度（） 侵濕面積取船在最大吃水深度時的值，而最大吃水深度在前面計算得

40、為mm，根據(jù)數(shù)學方法計算可以可得，設船在水中行駛時的最大速度為3m/s,則船在行駛過程中，水流對船體的阻力為： 則 故根據(jù)算出來的值可選擇如圖4-7所示的推進器，查得該推進器的基本參數(shù)如下所示： 圖4-7 船舶推進器 型號：海伯船用推進器T80 最大推力：36.2 kg 控制方式：手控 動力方式：電機推動（蓄電池供電） 變速擋：5檔前進擋 / 2檔倒檔 電機電壓：24V 電機最大電流：48A 推薦使用蓄電池：12v120Ah 高度：120cm 可以伸縮式控制手柄范圍：13cm ----29cm 重量：14kg

41、 五 傳輸裝置的設計 5.1 傳輸裝置的總體設計 傳輸裝置是經(jīng)由動力裝置驅(qū)動，將水面垃圾傳輸至垃圾存儲裝置。根據(jù)船體的構(gòu)造原理，將傳輸裝置放在左右船體之間。 鑒于該傳輸裝置的前端有一部分需要浸沒在水中，考慮到要適應較惡劣的環(huán)境，避免彈性滑動和打滑，故選用鏈傳動。整個傳輸裝置設計為齒輪與鏈條之間的傳動，再帶動傳輸帶的傳動方式。如圖示5-1所示。 圖 5-1 傳輸帶 鏈條結(jié)構(gòu)的形式如圖5-2所示，鏈節(jié)的形式鏈與輸送帶之間用螺栓進行固定，以帶動傳輸帶的運轉(zhuǎn)。且在輸送帶上隔一定的距離就焊接一些倒鉤，以保證水面垃圾能夠輸送到垃圾存儲裝置內(nèi)

42、，如圖5-3所示。此外，有些垃圾可能會被倒鉤鉤住，導致垃圾無法順利進入垃圾存儲裝置內(nèi)，故可儲備一根帶有鉤子的長桿，以備不時之需。 圖 5-2 鏈條 圖 5-3 傳送帶結(jié)構(gòu) 5.2傳輸裝置鏈傳動的設計 5.2.1鏈條的選擇和計算 鏈傳動的鏈速定為v=0.5m/s，根據(jù)鏈與鏈輪齒數(shù)的關(guān)系當鏈速時，傳動比的推薦值為,故取 1. 初定中心距 取 2. 主、從動鏈輪齒數(shù) 取 3.計算鏈節(jié)數(shù) 鏈節(jié)數(shù)的選取可適當變化，故取鏈節(jié)數(shù)為152節(jié)。 4. 確定計算功率 因小鏈

43、輪軸是直接與電機的輸出軸連接在一起的，故由功率350W,和轉(zhuǎn)速96.8r/min。 圖5-4 滾子鏈的額定功率曲線 表5-1 滾子鏈的規(guī)格及主要參數(shù) 從圖5-4查出鏈號為12A，查表5-1知鏈節(jié)距為p=19.05mm 5.確定中心距 由中心距（中心距可調(diào)）得 6.驗算帶速 由

44、 故取合適。 7. 選擇潤滑方式 根據(jù)節(jié)距，鏈速由圖5-5查鏈條潤滑方式為人工定期潤滑。 圖5-5 推薦的潤滑方式 8.確定工作拉力 9. 作用在軸上的拉力 10. 鏈條標記 計算結(jié)果采用節(jié)距為19.05mm，A系列、單排152節(jié)滾子鏈，標記為 5.2.2鏈輪相關(guān)尺寸的計算 已知小鏈輪的齒數(shù)，大鏈輪的齒數(shù)，鏈條節(jié)距mm，滾子外徑 5.2.2.1小鏈輪的設計和計算

45、 因為小鏈輪的直徑小，在考慮了制造成本和制造方便的基礎上，將小鏈輪做成整體式，并為了小鏈輪與軸的固定，故加工為齒輪軸。其相關(guān)尺寸計算入下： 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直

46、徑： 齒寬： 倒角寬： 齒側(cè)凸緣圓角半徑： 齒側(cè)半徑： 5.2.2.2大鏈輪的設計計算 大鏈輪直徑較小，在考慮了相關(guān)情況后，將大鏈輪與軸做成一體，其相關(guān)尺寸的計算如下： 分度圓直徑： 齒頂圓直徑：

47、 齒根圓直徑： 大小鏈輪的齒寬，倒角寬，齒側(cè)凸緣圓角半徑，倒角半徑相等。即： 5.3葉輪裝置鏈傳動的設計 5.3.1鏈條的選擇和計算 1. 求傳動比 根據(jù)實際情況，經(jīng)過設計計算，葉輪的轉(zhuǎn)速為80r/min左右為最佳效果。 2. 初定中心距 取 3. 主、從動鏈輪齒數(shù) 3.計算鏈節(jié)數(shù) 鏈節(jié)數(shù)的選取可適當變化，故取

48、鏈節(jié)數(shù)為110節(jié)。 5. 確定計算功率 因小鏈輪軸是直接與電機的輸出軸連接在一起的，故由功率350W,和轉(zhuǎn)速96.8r/min。 從圖5-4查出鏈號為10A，查表5-1知鏈節(jié)距為p=15.875mm 5.確定中心距 由中心距（中心距可調(diào)）得 6.驗算帶速 由 故取合適。 8. 選擇潤滑方式 根據(jù)節(jié)距，鏈速由圖5-5查鏈條潤滑方式為人工定期潤滑。 9.確定工作拉力 10. 作用在軸上的拉力

49、11. 鏈條標記 計算結(jié)果采用節(jié)距為15.875mm，A系列、單排110節(jié)滾子鏈，標記為 5.3.2鏈輪相關(guān)尺寸的計算 已知小鏈輪的齒數(shù)，大鏈輪的齒數(shù)，鏈條節(jié)距mm，滾子外徑 5.3.2.1小鏈輪的設計和計算 因為小鏈輪的直徑小，在考慮了制造成本和制造方便的基礎上，將小鏈輪做成整體式，并為了小鏈輪與軸的固定，故加工為齒輪軸。其相關(guān)尺寸計算入下： 分度圓直徑： 齒頂圓直徑：

50、 齒根圓直徑： 齒寬： 倒角寬： 齒側(cè)凸緣圓角半徑： 齒側(cè)半徑： 5.3.2.2大鏈輪的設計計算 大鏈輪直徑較小，在考慮了相關(guān)情況后，將大鏈輪做成整體式并與軸焊接在一起，其相關(guān)尺寸的計算如下： 分度圓直徑：

51、 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 大小鏈輪的齒寬，倒角寬，齒側(cè)凸緣圓角半徑，倒角半徑相等。即： 5.4軸的設計 軸是機器中的重要零件，用來支撐做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，并起著傳遞運動和扭矩的作用。考慮到軸有斷裂

52、、磨損、振動和變形等失效形式，所以軸在設計是應具有足夠的強度和剛度，良好的振動穩(wěn)定性和合理的結(jié)構(gòu)。其作用是和鏈輪一起轉(zhuǎn)動，帶動鏈條和帶一起運動，將垃圾輸送到垃圾收集箱內(nèi)。由于鏈輪的直徑較小為了便于鏈輪與軸的固定，故做成齒輪軸。 1.軸的材料的選擇 考慮到軸的失效形式，軸的材料應具有一定的強度、剛度和耐磨性，該鏈輪軸無特殊要求，故選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼。 2.求鏈輪軸的功率P，轉(zhuǎn)速n，和扭矩T 因在設計該船的時候，將電機和渦輪蝸桿減速箱配合使用后的輸出軸通過連軸套直接與小鏈輪軸連接起來，所以小鏈輪軸的輸入功率P=0.5KW 小鏈輪軸的轉(zhuǎn)速n= 96.8r/min 扭矩T

53、=9550P/n =95500.5/96.8 =48.3Nm 3． 估算最小軸軸徑 表5-2 軸的幾種材料的C值 因軸的材料是45調(diào)質(zhì)鋼，故查表4-2，取C=110(C—由軸的材料和承載情況所確定的常數(shù)) 由軸的最小直徑估算公式 = = 考慮到軸上開有一個鍵槽，軸徑需增大5%，又因為鏈輪軸是直接與電機和蝸輪蝸桿減速箱配合使用后的輸出

54、軸連接在一起的，故在此基礎上選取軸的直徑為50mm。 因選取的軸徑遠大于估算的最小軸徑，所以該軸的強度不需要校核。 5.5 葉輪的設計 圖5-6 葉輪 收集船的兩側(cè)船體前端之間安裝有導水葉輪，它通過劃動水面引起局部水流將垃圾引入收集區(qū)，通過葉片將垃圾撥入收集工作區(qū)，同時還可以防止垃圾漂出垃圾收集區(qū)。在船體停止前進的時候，可以利用葉輪制造的局部水流繼續(xù)收集垃圾。 如圖5-6所示，導水葉輪主要由3片相同的葉片互相分布120度通過盤形支架固定于轉(zhuǎn)動軸上，葉片的尺寸為 1120mm 1250mm。葉輪的轉(zhuǎn)動,由鏈帶動轉(zhuǎn)動軸，從而實現(xiàn)葉輪轉(zhuǎn)動。根據(jù)實際情況，經(jīng)過設計計算，

55、葉輪的轉(zhuǎn)速為80r/min左右為最佳效果。 六 垃圾存儲裝置的設計 鑒于傳輸裝置的設計特點，在船體中間的后方位置設計出一個垃圾存儲箱。 垃圾存儲裝置是用來暫時存儲從傳送帶上傳輸下來的垃圾的，整個過程是自動、無需人操作的，垃圾從傳送帶上傳輸下來正好落在垃圾存儲箱內(nèi)。同時左右船體的空余空間也為存儲垃圾的作用，但考慮到在船上和上岸后垃圾轉(zhuǎn)移的方便性，充分利用有效空間，增添兩個可替換的垃圾存儲箱，并用隔板與其他空間隔開。設計出的單個的垃圾存儲箱如圖6-1所示。 圖6-1 垃圾存儲箱 單個的垃圾存儲箱總長600mm，箱體寬800mm

56、，壁厚2mm，該垃圾收集裝置與船體是分開的，整個垃圾存儲箱是利用箱子兩邊的搭扣扣在船體中間的長方體外框（無底板）上，兩者之間留有20mm的空間。另外，由于垃圾在從水中輸送上來的過程中會連同水一起運上來，傳輸進去的垃圾多少帶點水，所以，箱底采用網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)設計，以便將隨垃圾一起上來的水從垃圾存儲箱底的孔中漏出，以減少船在行駛過程中所受的阻力，垃圾存儲更有效。 七 其它零部件的設計 7.1滾動軸承的選擇 滾動軸承是將運轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件。其作用是支承轉(zhuǎn)動的軸及軸上零件(鏈傳動中的軸以及鏈齒輪)，并保持軸的正常工作位置和旋轉(zhuǎn)精度

57、，滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。如圖6-1所示： 圖7-1 滾動軸承 根據(jù)鏈傳動的軸徑d=50mm，以及主要承受徑向載荷等特點，滾動軸承選用的是深溝球軸承，其適用于轉(zhuǎn)速高、剛度大的軸，常用于中、小功率的軸。故選擇滾動軸承型號為：滾動軸承6210GB/T276-1994，其相關(guān)尺寸如表7-1。 表7-1 深溝球軸承參數(shù) 7.2軸承座的選擇 軸承座是用來支撐軸承的，固定軸承的外圈，僅讓內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，外圈保持不動，使其始終與傳動的方向保持一致（比如電機運轉(zhuǎn)方向），并且保持平衡。 根

58、據(jù)使用要求的不同，軸承座分為整體式軸承座、剖分式軸承座和滑動軸座。 因為軸徑d=50mm,滾動軸承選用的是深溝球軸承，軸承型號為：滾動軸承6210GB/T276-1994，又因為剖分式軸承座具有結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸方便、自動調(diào)心范圍大等優(yōu)點。使主機的機架結(jié)構(gòu)簡單，不但改善了機器性能，且降低了成本故在此基礎上選擇軸承座的型號為：SN208，如圖7-2所示。 圖7-2 軸承座 7.3標準件的選擇 本部分包含了鍵，螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇，具體內(nèi)容如下： 鍵：電機輸出軸 鍵 小鏈輪軸 鍵 螺栓：螺栓 螺栓 螺栓

59、 螺栓 螺栓 螺釘:緊定螺釘 螺釘 開槽盤頭螺釘 螺釘 彈簧墊圈：墊圈 墊圈 墊圈 墊圈 螺母：螺母 螺母 螺母 螺母 結(jié)束語 針對水面垃圾的清理問題，本文進行了水面垃圾自動打撈船的設計，基本實現(xiàn)了預期的功能。主要的設計內(nèi)容如下： 1） 根據(jù)功能要求對船體結(jié)構(gòu)進行了設計，船體材料選擇和船體尺寸的驗證，并用PRO/E建立了三維模型； 2）對動力

60、裝置進行了設計，主要涉及蓄電池的選擇、電動機的選擇和船舶推進器的選擇； 3）對打撈和傳輸裝置進行了設計，主要涉及鏈傳動、軸和葉輪的設計； 4）對垃圾儲存裝置和其他零部件進行設計，主要涉及滾動軸承的選擇、軸承座的選擇和標準件的選擇。 這次水面垃圾收集船設計使我受益匪淺，是對四年來大學學習的進一步深化和升華，是對我學習能力及實踐能力的檢驗。在方案的設計過程中，我參閱了大量的資料，鞏固了本學科的多數(shù)專業(yè)課理論知識特別是機械設計、機械制造、互換性、工程圖學和機電傳動的結(jié)合。 設計期間，我加深了對PRO/E，AutoCAD等繪圖軟件的學習，同時也自學了CAXA

61、軟件的基本操作。 更為重要的是，這次的設計使我走出書本，大膽創(chuàng)新。我深刻地體會到將理論知識運用到實踐中的重要性和必要性。通過這次的設計，使我在基本理論知識的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練，為以后的研究生學習和今后參加工作打下了較好的基礎。 由于時間倉促及能力有限，在設計的過程中缺乏經(jīng)驗，設計中難免會有缺點 和錯誤，在此懇請各位教授，老師批評指正，多提寶貴意見。 致謝 本文從選題、方案論證、課題研究及論文的撰寫都是在導師副教授的細心指導下完成的，首先我要對恩師副教授致以崇高的敬意和衷心的感謝。在大半年年的畢業(yè)設計中，無論是在學習還是在生活

62、等方面，老師都悉心指導、溫言鼓勵，老師博學多才，做事嚴謹，和藹和親，老師對我的影響必將鼓勵我努力克服在今后學習工作生活中遇到的各種困難。衷心感謝老師在大半年的學習、生活等方面對我的關(guān)心、教導和幫助。 在本科階段的學習中，我得到了許老師的熱心幫助和指導，他們不僅是傳授我科學知識的老師，還是教授我人生觀、價值觀的良師益友，教會了我很多做人做事的道理。在此表示衷心的感謝。 在撰寫論文期間，同學對我論文中的船體結(jié)構(gòu)設計給予了熱情的幫助，使本人受益匪淺在此向他們表達我的感激之情。 最后衷心的感謝我的父母，感謝他們的養(yǎng)育之情、感謝他們的無私奉獻，他們的愛讓我時時刻刻體會到世界

63、最偉大的親情，他們的鼓勵永遠激勵著我闊步向前，我要用我的一生來報答他們。  參考文獻 [1] 魏兵，喻全余.機械原理[M].武漢：華中科技大學出版社，2011. [2] 北京兆迪科技有限公司.AutoCAD機械零部件設計經(jīng)典范例[M].機械工業(yè)出版社，2013. [3] 曾平主編.船舶材料與焊接[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2006. [4] 中國電器工業(yè)協(xié)會微電機分會，西安微電機研究所.微特電機應用手冊[M].福建：福建科學技術(shù)出版社，2007. [5] 常德功，樊智敏，孟兆明.帶傳動和鏈傳動設計手冊[M].北京：化

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