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第三节
绞刀

绞刀是绞吸挖泥船的关键部件,绞刀设于绞刀架的前端,可随绞刀架作上下或横移运动。作为切削部件,绞刀在动力(液压或电动)驱动下,绕其自身轴转动,并借助横移锚缆绞车的拉力,使其贴近泥面连续不断地切削左右泥层,每次切削厚度内泥质特性、挖泥功率的大小等因素而定。被切削下来的泥砂沿着刀片的螺旋走向汇集于吸口附近的腔内,形成的泥水混合物被泥泵经由吸管吸入,并通过水陆排泥管排至卸泥区域。

一、绞刀结构

绞刀头是绞吸挖泥船的重要挖泥设备,其主要部件是可转动的绞刀头安装在绞刀架的最前端。它由绞刀座、绞刀片组成。在齿式绞刀上装有可拆卸(更换)的“牙齿”(有的三者结成一体)。绞刀座多为铸钢或铸钢焊接组合,刀片及刀齿为耐磨的合金钢或锰钢等制成,绞刀头与传动轴相接,刀片一般为 4~6片,成螺旋状安装在绞刀座上。

二、绞刀作用与要求

1.绞刀的作用

绞刀主要体现在能切割河床土壤,使之破碎;并能使破碎的泥土(沙、石)与水相混,送往吸口。

2.绞刀的设计

绞刀能挖掘各种土质,如泥质、沙质、硬性沙土、岩石等;既能切,又能碎,以保证泥土(沙石)和水能最大限度地混合;由于泄漏量小,吸入阻力和造成堵塞的可能性小;所需切割功率最小;挖泥船在不同工况时,绞刀与绞车、泥泵等匹配良好;此外,结构简单,建造拆卸方便,磨损后容易更换修复,耐用寿命长。

以上各点往往是相互制约的,在设计中要依具体条件有所取舍,求得平衡。一般绞刀是按不同土质及不同挖深而设计的,有些船配有多个绞刀以适应各种不同工况。

3.绞刀的几种形式

最早的绞刀,一般说是在1863年设计的,百余年来,新颖的绞刀不断出现。螺旋状刀片、无底斗轮和各种带齿绞刀。近年来多用铁刀式切削挖泥的绞刀,目前通用的绞刀形式可分为以下几种。

1)开式绞刀

这种绞刀见[图3-8(a)],其特点是结构较为简单,制造较为方便,但其刀刃呈直线状,刀片呈平板状,故切削率较低,且该类绞刀的前端开口较大,不易把泥土破碎,泥浆浓度低。另外,由于开式绞刀的长度比直径大,这样虽可增加前移距,但泥泵对泥浆的抽吸能力相应减少,端部有被黏土堵塞的可能。因此这种绞刀仅适合于挖掘非黏性土壤,或者比较适宜于在浅水处挖松土。

2)闭式绞刀

闭式绞刀如图3-8(b)所示,其外形如冠故又称皇冠式绞刀,或僧帽式绞刀。这种绞刀的刀片前端与轴毂相连,刀片的后端连接于座上,刀片呈蝶旋形,如同篮状,故又称篮式绞刀。另外,为防止堵塞,改善大深度挖泥效果,把闭式绞刀的前端直径加大,以增加端部刀片的空隙。

图3-8 绞刀形式

(a)开式绞刀;(b)闭式绞刀

闭式绞刀的结构比开式绞刀稍微复杂。由于前端有刀片,破碎性能较强,且内腔没有开式绞刀的轮辐条,因此,有利于泥浆的吸入。在一般的设计中,闭式绞刀的长度比直径要小,正好与开式相反,因此更有利于吸入泥浆,从而提高生产率。

闭式绞刀的刀片上一般都镶有切削刃,借以在磨损后便于更换,刀片常用焊接与本体相连。近年来大多采用小螺旋角(45度),这样便于刀片与轴毂相连,且绞刀装置受力均匀。

闭式绞刀的刀刃与开式的相同,仍为平刃形,故破碎能力也不大,但在开挖黏土时比开式较为适应。

3)齿式绞刀

齿式绞刀是开式绞刀和闭式绞刀的变形,是在刀片上装上牙齿,有的则把刀片的刀刃口做成牙齿形状(见图3-9),齿式绞刀可挖黏土、硬土,甚至母石、岩石等,此种刀结构形式较多,国内采用的也不少。

图3-9 齿式绞刀的形式

曾在国内某吸扬式挖泥船做过实船试验,用闭式绞刀挖黄色黏土时,生产量为22.74立方米/小时,而在原绞刀上焊齿后挖掘同样土质时,生产量可达45立方米/小时,提高了97.8%,当然该绞刀负荷也相应有所增加,图3-9(a)所示的绞刀,其刀刃呈锯齿形,可挖黏土和胶结沙等,由于齿刃较宽也适于挖松土质,目前在国外使用渐多。图3-9(c)所示的绞刀也称为球锥形绞刀,系20世纪50年代苏联研制,其刀片刃口呈波浪形,因此强度较好,碎土能力也较强,这种形状不但符合吸口吸入速度场理论所要求的形状,而且对不同挖深适应性较好。根据国内实船试验结果,此种绞刀对黏土和胶结沙等土质较为适应,但从结构上看,端部螺帽太大内腔间隙较小,尚需进一步改进开式绞刀、闭式绞刀,齿式绞刀属基本形式绞刀,齿式绞刀在国内挖泥船上均有采用。为进一步提高泥浆浓度,改善切削性能,提高挖泥率,目前国内外还研制了其他形式的绞刀。 J16a80Ed1cq43Im7fcj2I16lS3yQ/sh+GqjqIAUKi3xfwdrJSeBVsefNfmBN1qZb

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