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摘要
本文主要是 对水面垃圾 自动打捞船 的船体结构 、动力装置、传输装置、 、 垃圾存储装 置以及其他 零部件的设 计、计算 、 校核等 。
在了解此次 设计的成果 所需实现的 功能需求 ， 以及实际环 境背景的情 况下 ， 研究水面垃 圾自动清扫 机的系统构 成及功能的 设计方法。
水面垃圾自 动打捞船针 对水面环境 污染的问题 ， 致力于中小 型湖泊河流 等水域的固 体垃圾清理 ， 如塑料袋 、 饮料瓶 ， 树枝树叶以 及其它易清 理的水面垃 圾 。
实现水面垃 圾清理的机 械 化与自动 化， 整个打捞过 程无需人工 参与，安全性非常 好，效率大约是 人工打捞的 几百倍，水面越大、风浪越大效 果越显著。
此次设计除 了动力装置 与其他船类 相同 ， 传输装置以 及垃圾存储 装置都有一 定的独特设 计 。
采用链齿轮 与链条的传 动带动传输 带的形式 ， 以及船体前 方两个旋转 叶片的设计 都使得水面 垃圾的收集 更加有效率 。
此外 ， 垃圾存储装 置采用的是 三个可替换 式的存储箱 ， 其底部设计 为多孔式 ， 使得水面垃 圾的收集更 加方便 ， 可执行性有 所加强。
本文对设计 中 ， 水面垃圾收 集船的结构 图 ， 装配图 ， 零件图 ， 都有详细的 说明。
关键字：
水面垃圾
自动 清理
环境保护
船舶
Abstr act
In this paper , the
devic e , garba ge stora ge devic e for autom atic clean ing of the surfa ce of the water
waste
as well as other
parts
of the desig n , calcu latio n, check
. .
In the case of the under stand ing of the resul ts of the desig n requi red to achie ve the funct ional
requi remen ts, as well as the actua l envir onmen tal backg round
to study
the desig n of the struc ture and funct ion of th e water
garba ge sweep er syste m . .
Surfa ce garba ge autom atic clean ing machi ne for the water
probl em of envir onmen tal pollu tion , solid
waste
clean - - up dedic ated to small
and mediu m m- - sized
lakes
and river s water s , such as plast ic bags , bever age bottl es, l eave s and branc hes , as well as other
easy to clean
surfa ce garba ge .Surfa ce garba ge clean - - up of mecha nizat ion and autom ation , the entir e salva ge proce ss witho ut
parti cipat ion, very good secur ity , effic iency
is about
artif icial
s s alva ge
in addit ion to the power
plant
and other
ship
class
, , the trans missi on devic e and garba ge stora ge devic e
. Form of the sproc kets and the chain
trans missi on i s drive n by a trans missi on belt , and the
front
of the two rotat ing bl ade s are desig ned so that the garba ge colle ction
on the water
more effic ientl y .In addit ion, garba ge stora ge devic e uses three
repla ceabl e stora ge tank , the botto m is desig ned to porou s surfa ce garba ge colle ction
more
conve nient , ,
enfor ceabi lity
stren gthen ed .
In this paper , , the desig n n ,a
block
diagr am of the water
garba ge colle ction
vesse l , assem bly drawi ngs, parts
diagr am , there
is a detai led descr iptio n .
Keywo rds:
The water
waste ； Autom atic
clean up ； envir r onmen tal prote ction
ship
毕业设计 （ 论文 ）
原创性声明 和使用授权 说明
原创性声明
本人郑重承 诺 ：
所呈交的毕 业设计 （ 论文 ）， 是我个人在 指导教师的 指导下进行 的研究工作 及取得的成 果 。
尽我所知 ， 除文中特别 加以标注和 致谢的地方 外 ， 不包含其他 人或组织已 经发表或公 布过的研究 成果 ， 也不包含我 为获得
及其它教育 机构的学位 或学历而使 用过的材料 。
对本研究提 供过帮助和 做出过贡献 的个人或集 体 ， 均已在文中 作了明确的 说明并表 示 了谢意。
作
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使用授权说 明
本人完全了 解
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作者签名：
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学位论文原 创性声明
本人郑重声 明 ：
所呈交的论 文是本人在 导师的指导 下独立进行 研究所取得 的研究成果 。
除了文中特 别加以标注 引用的内容 外 ， 本论文不包 含任何其他 个人或集体 已经发表或 撰写的成果 作品 。
对本文的研 究做出重要 贡献的个人 和集体 ， 均已在文中 以明确方式 标明 。
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本学位论文 作者完全了 解学校有关 保留 、 使用学位论 文的规定 ， 同意学校保 留并向国家 有关部门或 机构送交论 文的复印件 和电子版 ， 允许论文被 查阅和借阅 。本人授权
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涉密论文按 学校规定处 理。
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目录
摘要
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Abstr act
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第一章
绪论
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1 1.1 毕业设计 的选题背景
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2 1.2 毕业设计 研 究现状及 特点分析
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3 1.3 本课题的 研究目的及 意义
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第 二 章
船体的设计
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1 2.1 船体的结 构设计
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2 2.2 船体材料 的选择
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1 2.2.1 船体材料 的介绍
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2 2.2.2 船体材料 的确定及相 关参数
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2.3. 船体重要尺 寸
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4 2.4 船的排水 量和吃水深 度的计算
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1 2.4.1 船体质量 的计算
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2 2.4.2 重排水量 的计算
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3 2.4.3 最大吃水 深度的计算
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第三章
动力装置的 设计
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1 3.1 蓄电池的 选择
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2 3.2 电动机的 选择
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3 3.3 船舶推进 器的选择
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第四章
传输装置的 设计
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1 4.1 传输装置 的总体设计
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2 4.2 链传动的 设计
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1 4.2.1 链条的选 择和计算
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2 4.2.2 链轮相关 尺寸的计算
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3 4.3 轴的设计
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3 4.3 旋转筒的 设计
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第五章
垃圾存储装 置的设计
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第六章
其它零部件 的设计
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1 6.1 滚动轴承 的选择
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2 6.2 轴承座的 选择
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3 6.3 键等相关 标准件的选 择
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总结
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致谢
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参考文献
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附录
水面垃圾自 动清扫机 3 3 D D 图
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第一章
绪论
1 1.1 毕业设计 的选题背景
随着社会经 济的飞速发 展，环境问题日 益突出，水环境的污 染问题也越 来越受到人 们的关注。河流、湖泊以及水 上游乐场里 的漂浮垃圾 的污染已经 逐步影响到 市民的饮水 、环境卫生及 市容市貌图 ，如图 1-1 所示。
图 图 1-1 河面垃圾污 染 染 为解决水面 垃圾收集的 问题 ， 目前很多地 区还是采用 利用人工打 捞的方式为 主， 如图1-2 所示 [1] 。
但这种人工 打捞水面垃 圾的作业方 式劳动强度 较大 、工 作环境恶劣 ， 效率也十分 低下 。
因此， 自动机械化 清理水面垃 圾已成为急 需的水环境 保护措施。
图 图 1-2 人工打捞水 面垃圾 2 1.2 毕业设计 研究现状及 特点分析
水面垃圾自 动清扫机 （一般是清漂 船）
是将水上漂 浮的垃圾（主要是树枝 、农作物秸秆 、白色塑料、生活垃圾和 水生植物、少量动物尸 体等）从水面打捞 后，直接装运或 者经压缩后 装运到垃圾 处理厂进行 处理。
日本 “ みずき ” 号是一艘专 事回收海面 或江面浮游 垃圾和漏出 油的环保型 船 ， 从双船体中 央开口部放 下垃圾回收 集装箱 ， 操船时把垃 圾引入双体 间 ， 以此回收海 面浮游垃圾 。
为提高垃圾 回收宰 ， 船型采用非 对称双体型 。
船舶首尾两 舷都设有压 载舱 ， 船体结构纵 肋骨方式 ． 船尾还载有 垃圾回收补 助用调查艇 。该船总长 3 3 0.3m ，垂线间长 2 2 8m ，型宽 11.6m ，深 3.8m ，满载吃水 2 2 .1m ，
153GT ，最高航速 1 1 4.65kn ，续航力 50 0n ·m m 。可载员 5 5 ～0 10 名。有 2 2 只垃圾 回收集装箱 ，1 No.1 箱 箱 35m 3 3 ，2 No.2 箱 箱 15m 3 3 。
主机为二台 直接喷射式 0 900 四冲 程 程 V V 型水冷 柴油发电机 ， MTUl2 V183T 3 E93 型 ， 连续最大输 出功率
2290r m pm 时为 为 7 7 35kW 。
加拿大的P P ELICA N N 公司研制 的A A 系列1 1 010 型清 扫船采用单 体船型 ， 具有清扫水 面垃圾 、 油污水处理 、曝气、消防 4 4 方面 功能 。
主要的作业 机具包括翻 斗 、 垃圾箱 、 油水分离设 备 、 油箱 、 喷气曝气装 置、消防水枪。
的 意大利的 B B ALENO 公司的清扫 船主要用于 海边保洁作 业 ， 具有清除水 面垃圾和油 物污水处理 两种功能 。
主要作业机 具 包 括 导 流 装置 、 传送带 、 垃圾箱 、 油箱 、 感应泵 。
该船最大的 特点是传送 带采用了一 种多孔的聚 氨酯材料 ； 这种材料允 许海水透过 ， 能吸收轻质 的油污水 ， 同时不让重 质油污水穿 过 。
在传送带的 水下部位安 装了一个感 应泵 ，起抽吸导流 作用。
上海市废弃 物处置公司 研制的水面 漂浮物打捞 船 ， 以实现导流 、 打捞 、 压缩 、 储存 、转运连续作 业为目的 ， 采用双体船 型 , 打捞装置采 用传送带形 式, , 克服了以往 人工打捞及 抓斗间隙打 捞的缺点 ， 打捞速度快 ， 劳动强度低 ， 且可以实现 较长时间的 连续作业 ， 减少了运转 过 程 的损耗 。
独立作业能 力强 ， 单船作业便 可完成从打 捞到转运的 全部工作 。从打捞到转 运全部实现 机械化作业 ， 大大提高了 工作效率 ， 并减轻了工 人的劳动强 度 。适用于各种 复杂水域环 境作业 。
特别适合大 面积水生植 物污染治理 , , 作业装置主 要由喷水导 流 、 固液分离器 、 螺杆压榨机 组成的拦截 打捞装置具 有作业效率 高 、 作业适应性 强 。采用机械式 固液分离装 置打捞水葫 芦大大地减 轻了工人的 劳动强度。
3 1.3 本课题的 研究目的及 意义
随着社会物 质文明的高 度 进步 ，人们的生活 都有了质的 飞跃，特 别是工业 ， 革命以来， 由于人们过 于重视工业 和经济的发 展 ， 往往忽视了 对环境的保 护 ， 这就使得近 几年来世界 环境日益恶 劣， 带来了各种 各样的环境 问题，湖泊、河流中随处 可见的垃圾 污染 。
各种废物会 通过不同的 渠道进人江 河, , 导致河面的 漂浮物越来 越多 。
由于潮起潮 落的原因, , 河面的弃置 物或水草也 会流人其它 的水面 、 港湾 。
它们的集结 造成水面污 染, , 影响市容卫 生 , ,甚至阻碍航 道。
水面垃圾自 动清扫机针 对水面环境 污染的问题 ， 致力于中小 型湖泊河流 等水域的固 体垃圾清理 ，如塑料袋、饮料 瓶 ， 树枝树叶以 及其它易清 理的水面垃 圾 。
实现水面垃 圾清理的机 械化与自动 化， 整个打捞过 程无需人工 参与，安全性非常 好，效率大约是 人工打捞的几百倍，水面越大、风浪越大效 果越显著。
本次课题最 主要的目的 和意义还是 在于对相关 水域的环境 的治理与维 护 ， 水面环境的 改善对于水 质 ， 乃至人类生 存环境都有 重大意义 。
希望本次课 题的研究与 推广 ， 能在有效改 善水面环境 的过程中发 挥作用 ， 共同维护我 们美丽的地 球。
第 二 章
的设计
1 2.1
的结 构设计
首先， 船体结构设 计 的基本思 想应该明确 。
。1）
）
船体的设计 是在结构功 能、构件重量、占有空间和 制造工艺等 几个相互矛 盾的需求中 寻找一个平 衡的解决方 ； 案；2）
）
总体的结构 设计解决方 案也非唯一 的；3) 在所有的考 虑因素中 ， 安全性对结 构设计是最 重要的 [1] 。
。
其次 ， 对于船体结 构设计中的 一些问题加 以分析与解 决。
。1）
）
船体结构设 计应尽可能 满足所要求 功能的合理 ； 需求；2）
）
有些船体结 构上的问题 ， 其可行的解 决方案需要 遵从其他专 业的设计 ， 应积极合理 配合。
根据对所搜 集资料的整 理和分析 ， 最终设计出 来 的水面垃 圾自动清扫 船的整体结 构如图 图 2-1 所示：
图 图 2-1 船体结构
图 图2-1 为三维软 件 件UG 画出 来的船体结 构 。
船体是指整 个船的主体 ， 部分， 不包括任何 设备、装置、系统等的船 身结构物及 上甲板以上 的围蔽建筑 。
船体的结构 、 形状以及各 部分尺寸的 大小在整个 船的设计计 算和整个系 统的设计中 都起着至关 重要的作用 。
。
鉴于船上各 部分零部件 的安装和焊 接都是在原 始的船体的 基础上完成 的 ， 故船体的结 构设计要综 合考虑多方 面的因素。比如：1）
）
船体的总体 结构方面， 包括单船体 结构 、 双船体结构 ， ， 以及多船体 ； 结构；2）
）
船体的形状 方面， ， 由于风向与 水流会对船 体的行驶造 成阻碍 ，故适当的流 线型以及斜 角在设计都 必不可少； ；3) 船体结构各 部分的尺寸 的设计是否 合理；4) 船体的材料 方面）
（力学性能）， ， 包括制造船 体所用的材 料 的强度 、 硬度 、 塑性与韧性 是否符合要 求 ， 耐疲劳性能 、 耐腐蚀性能 以及材料的 焊接性等工 艺性能能否 满足需求； ；5）
）
船的重量以 及吃水深度 是否符合需 求； ；6）
）
船上各零部 件的安装以 及相互配能 否满足要求 ， 比如焊接方 式 、 配合方式等 等； ；7）
）
船的动力来 源及其传输 结构 ，等等。
在设计该水 面垃圾自动 打捞船的时 候， 我的基础理 念就是实用 性强 。
在不影响该 船正常运行 的基础上， 简化其结构 ，美化外观 ， 安全性高，易推广。
。
整体方案确 定后画出的 船体结构二 维 图 [2] 图 如图 2-2 ，图 2-3 所示。
1）
）
船体采用左 右船体对称 ， 中空布置的 双船体结构 ， ， 再在两船体 之间用杆件 焊接起来，以起到连接 加固的作用 ， 该结构既减 轻了船体重 量 ， 而且降低了 船在行驶中 的阻力； ；2）
）
左右船体的 外壁采用的 是 是 5mm 厚 厚 的薄钢板， 且船的两侧 有 外壁有 15 ， °的倾角， 因此可构成 上宽下窄的 船体结构 ， 有利于减小 水流阻力 ， 此外 ， 船的左右船 体前端也要 做成弧形以 减小其水流 阻力； ；3 3）
）
为了便于垃 圾的集中和 收集 ， 船的左右船 体内侧的前 端做成夹角 为 为 40 °的 的 V V 形结构 ，以便于水 面 垃圾更容易 输送到传输 带上。
如图 2 2- -2 2 ， 所示， 除了双船体 ， 结构外， 考虑到传输 装置的安装 与配对 ， 还应有的结 构时：1 1）
）
左右船体内 侧的前沿设 有两块支撑 ， 板， 支撑架上留 有螺纹孔 ， 其目的是通 过螺栓连接 来固定轴承 座 ， 以起到支撑 大链轮轴的 ； 作用；2 2）
）
左右船体内 侧的中间设 有 有 2 2 个留有 螺纹孔的凸 台 ， 目的是用来 固定轴承座 ， 以起到支撑 小链轮轴的 ； 作用；3 3 ）
左右船体前 面设有4 4 块 留有螺纹孔 的支撑板 ， 用于旋转传 输装置的安 装与固定；4 4 ）
右船体内部 个 设有一个 U U 形支撑块 ， 用于支撑固 定电机 ， 因为电机的 输出轴和小 链轮轴是通 过联轴器连 在一起的，采用 U U型块 结构相对简 单 。
此外， 考虑到支撑 板自身以及 承受的重力 ， 为防止其弯 曲变形， 在支撑板下 方和船体内 侧间焊接一 块肋板， 以起到辅助 支撑的作用 。
为了便于收 集以及各功 能区互不干 ， 扰， 在船的左右 船体内均有 。
隔板。
右船体设有 一块隔
板 ， 其作用是将 垃圾存储箱 和电机装置 隔开 ； 左船体设有 3 3 块隔板，形成 4 4 个独 立的空间，后面的区域 属于人的坐 立区域，前面的 3 3 块 区域分别是 ：前后 2 2 块为 杂物区 ， 中间为垃圾 存储箱 ， 这样的设置 有 效的把人 的区域和垃 圾的区域分 开 ， 同时利于空 间的最大利 用。
如图 2 2- -3 3 所示 ， 考虑到动力 装置的安装 与固定 ， 在船尾上部 设有支架 ， 主要是用来 安装船用推 进器 ， 支架上开出 2 2 个圆形小 孔 ， 目的是保证 船用推进器 固定的可靠 性。
图 图 2 2- -2 2
船体结构俯 视图
图 图 2 2- -3 3
船体结构正 视图
2 2.2
材料 的选择
1 2.2.1
材料 的介绍
船体的材料 采用的是船 体用结构钢 ， 主要用来制 造远航 、 沿海和内河 航区船舶的 船体结构 ， 按照其最小 屈服点划分 强度级别为 一般强度钢 和高强度钢 。
船用结构钢 是用来制造船体及其附 属结构的最 主要金属材 料 。
为了使船体 结构能在现 代造船生产 条件下顺利 建造 ， 也为了保证 船的使用安 全、可靠 ， 船体除了需 要合理的设 计和正确施 工工艺外 ， 还要求船 体 结构钢材必 须具有各项 良好的技术 性能 ， 如强度、 硬度、塑性、 韧性、耐疲劳性能 、耐海水腐蚀 性能以及某 些特殊性能 ， 还必须具有 良好的工艺 性能 ， 如冷热弯曲 工艺性能和焊接工艺性 能等 [3] 。
中国船级社 规范标准的 一般强度结 构钢分为：A 、B 、D 、E 四个质量 等级；中国船级社 规范标准的 高强度结构 钢为三个强 度级别、四个质量等 级：
：A32、 、A36、 、A40、 、D32、 、D36、 、D40 、E32 、E36 、E40 、F32 、F36 、F40 。
2 2.2.2
材料 的确定及相 关参数
该水面垃圾 自动 打捞船 主要是用在 城市和风景 区河道 、 湖泊水域的 水面垃圾的 打捞 。为了使船体 不至于太重 ， 故船体的钢 板厚度定为 5mm， ， 在满足各方 面的功能需 求的情况下 ， 选择船体材 为 料为 A32 钢。
该材料的化 学成分与力 学性能为：
含碳量 18 . 0 % ，，含锰量为 0 .9%～ ～ 1.60 0% % ，含硅量为 为 0 0 .5% ，含磷量 % 035 . 0 ，含硫量 % 035 . 0 ，不含铌、钒 2 2 元素 。
且该材料的 屈服强度 MPa 315 ，抗拉强度 440 ～ MPa 570 ，伸长率 % 22 。
2.3.
重要尺 寸
长 船体顶长 3 120mm ，船侧倾角 1 5 °，船体总宽 2 2 2 2 00 mm ，单船体宽 8 00mm ，船高 600 mm ，顶棚长 21 00mm ，高 1085 mm ，宽 2200 mm， ， 船体前端内 侧夹角40 ， 其他相关尺 寸见船体装 配图以及零 件图。
4 2.4
的排水 量和吃水深 度的计算
船的排水量 是用来表示 船尺度大小 的重要指标 ， 船的排水量 的计算也是 为计算船在 一定载重条 件下的最大 吃水深度做 准备的。
船的排水量 又可分为轻 排水量 ， 重排水量和 实际排水量 。
（一）
轻排水量（Light Displ aceme nt ），又称空船排 水量，是船舶本身 加上船员和 必要的给养 物品三者重 量的总和，是船舶最小 限度的重量 。
。
（二）
重排水量（FullLoadDispl aceme nt ）， 又称满载排 水量 ， 是船舶载客 ， 载货后吃水 达到最高载 重线时的重 量 ， 即船舶最大 限度的重量 。
（三）
实际排水量 （ （Actua lDispl aceme nt ），是船舶每个 航次载货后 实际的排水 量。
在设计该垃 圾打捞船时 ， 重点考虑的 就是该船在 满载的情况 下 ， 最大的排水 量是多少 ， 从而计算出 此时的最大 吃水深度 ， 从而来判断 船体的高度 设计是否合 适 。
所以在这里 要研究的就 是该船的重 排水量。
1 2.4.1
质量 的计算
利用数学的 计算方法可 估算出船体 的体积 V0 . . 2023m 。
由质量的计 算公式 V m （3/ 8 . 7 m t ）可得：
船体的质量 为 202 . 0 8 . 7 船m
t 593 . 0
kg 1577
2 2.4.2 重排水量 的计算
船在满载时 的总质量 m m 总 =m 船 +m 人 +m 蓄电池 +m 电极 +m 电机 +m 垃圾
其中船体的 重量约为 1 1 600kg ， 人的重量约 为 为 70kg ， 蓄电池的重 量为 20k g g ， 电机的重量 为 为 20kg ， 所能存储的 垃圾的最大 重量约为 5 5 0kg
故总质量 1 1 总m 760kg
由公式 g m G gV总 船 排 水 （其中2 3/ 8 . 9 , / 1 s m g m t 水 ）可得
V 排 = g m 总水 g
=1 ) 1 8 . 9 /( 8 . 9 760 310
376 . 1 m
该船的重排 水量为 76 . 1 10 13 排 水 V
kg 1760
3 2.4.3 最大吃水 深度的计算
由公式可得 吃 排AH V 船的最大吃 水深度为
吃H排V A
99 . 4 / 76 . 1
mm 353
该船的最大 吃水深度为 353mm ， ， 而船体的高 为 度为 600 mm， ， 故船体的高 度满足需求 。
。
第三章
的 设计
1 3.1 蓄电池的 选择
蓄电池也称 池 二次电池, 是将所获得 的电能以化 学能的形式 贮存并可将 化学能转化 为电能的一 种电学装置 。
蓄电池按电 解质不同, 通常分为碱 性蓄电池和 酸性蓄电池 。
近年来,由 由于交通 、 通讯 、 计算机产业 的高速发展 , 其产品系列 、 产品种类 、 产品性能发 生巨大变化 ,以满足不同 用途的需要 。
蓄电池主要 应用于各种 车辆 、 船舶 、 飞机等内燃 机的起动以 及照明 、 点火 、 蓄能 、 应急电源 、 电话交换机 、 不间断电源 、 移动通讯 、 计算机 、 电子 、仪表 、 便携式电动 工具 、 电动玩具中 等。
鉴于该作品 设计的目的 是研制一种 具有环保、高效、技术先进的 环保型水面 垃圾 自动 打捞 船 ， 故选用蓄电 池作动力源 。
。
蓄电池在这 次设计中有 两方面的作 用 ， 一方面是带 动便携式船 用推进器 （ 马达 ）， 以实现船在 水中的行驶 和转向 ； 另一方面是 驱动电机 ， 进而带动垃 圾输送装置 ， 以实现垃圾 的输送。
船用电池一 用 般用 200 AH(或 或 150A H) 扁头电池, 目前有统一 、 风帆 、 白云 、 海欧 、 建行等等 。
其中统一电 池是具有国 家 级 的船检 证的 ， 使用较放心 。
整理资料后 选取蓄电池 型号为统一 池 蓄电池 N2 0024V 200AH ， ， 该蓄电池绿 色环保 ， 电池容量大 ，比容量高， 集电效率和 强度高 ， 性能稳定， 电池的使用 图 寿命长。如图 3-1 所示：
图 图 3-1 蓄电池
该蓄电池的 相关参数如 下：
电压：24V 容量：200AH 重量：20kg 外形尺寸为 ：
mm mm mm 297 295 536 高）
宽 （长
2 3.2 电 机的 选择
电动机的作 用是将电能 转换成机械 能， 通过蓄电池 供电 ， 带动传输装 置完成垃圾 打捞动作 。
输送装置的 受力情况如 图 图 3-2 所示
图 图 3-2 传输装置的 受力情况 其中：带板 垃圾 链G G G G
选取链条型 为 号为 12A ， ， 每米链的重 为 量为 1.5kg ，
kg m 8 4 2 链故
g m G链 链
N 4 . 78 8 . 9 8
设垃圾的重 为 量为 10k g ，则
g m G垃圾 垃圾 N 98 8 . 9 10
由式可算得 V m 带板
9 310 2 26 . 30 69 . 455 76 10 6 . 1 带板m
kg 16
g m G带板 带板
N 8 . 156 8 . 9 16
故 8 . 156 98 4 . 78 G N 333
图 由图 3-2 可以算出 24 sin / G F
N 819 24 sin / 333 设输送装置 为 的速度为 0 .6ms ，则
功率 Fv P W 4 . 491 6 . 0 819
查《 微特电机应 用手册 》 [4] 选择电机型 为 号为 85Z Y24-500 。如下图 3-3 所示：
图 图 3-3 电动机
其额定功率 0.5KW， ， 额定电压为 24V， ，为 转速为 30 00rmi n 。
由于船体空 间的限制 ， 电动机是横 向放置在右 船体中 ， 所以为了配 合传输装置 的轴心方向 ， 电动机还需 与涡轮蜗杆 减速箱配合 示 使用，如图示 3-4 、图 3-5 所示 。
涡轮蜗杆减 速用 器选用 W CJ120 型，传动比为 3 1， ， 涡轮齿数为 31， ， 蜗杆头数为 1 头。
图 图 3-4 WCJ12 0 型蜗轮蜗 杆减速箱
图 图 3-5 动力装置 其中涡轮蜗 杆减速箱的 传动效率为 0.656为 ，传动比为 3 1。
。
具体参数见 零件图以及 装配图。
故由电动机 以及涡轮蜗 杆减速箱配 合使用后的 输出参数为 ：
：
速 输出转速 V =30003 1=93.8rmin 此外 ， 为了能够控 制电机的启 动以及停止 ， 在左船体的 人坐立空间 的前面装置 一个电机控 制台 ， 具体位置可 参照三维图 以及装配图 图 。如图 3-6 所示即为 其启保停控 制电路图 ，控制电机以 及传输装置 的动作。
图 图 3-6 启保停控制 电路图
3 3.3
舶推进 器 的选择
船舶推进器 是船舶上提 供推力的工 具，它的作用是 将船舶动力 装置提供的 动力转换成推力，推进船舶。
船舶推进器 即推动船舶 前进的机构 。它是把自然 力、人力或机械 能转换成船 舶推力的能 量转换器。
推进器按作 用方式可分 为主动式和 反应式两类 。靠人力或风 力驱船前进 的纤、帆（见帆船）等为主动式 ，桨、橹、明轮、喷水推进器 、螺旋桨等为 反应式。现代运输船 舶大多采用 反应式推进 器，应用最广的 是螺旋桨。
根据蓄电池 的直流供电 特点以及船 体的简易结 构等特点 ， 选用悬扣式 电动船舶推 进器 ， 该类推进器 功能性强 ， 结构简单 ， 操作方便安 全 ， 应用范围广 。
。
电动船舶推 进器是种新 颖的水中动 力器具 ， 有体积小 、 结构紧凑 、 效能转换率 高 、 工作时无噪 音等特点， 且还具有绿 色环保 ， 按装便捷 、 维护简易的 特点 ， 是一些小型 的船艇作为 动力的首选 产 品 ，比较符合本 设计的功能 需要。
该类船舶推 进器的主杆 选用不锈钢 、 铝合金或高 强度合成纤 维 ， 保证推进器 具有足够的 刚性并经久 耐用 ； 采用机械多 级调速时 ， 正转五档调 速 ， 反转二档调 速 ； 也可采用电 子调速 ， 以满足不同 速度的需要 ； 有固定把和 把 可伸缩把 2 种选择 ， 使操控更加 方便 ； 弦外悬挂式 安装快速方 便 ， 并带有防撞 脱扣机构 ， 保护马达安 全 ； 防缠型螺旋 浆 ， 防止推进器 因被水草缠 绕而堵转。
鉴于船在行 驶的过程中 会因为水流 以及自身结 构所造 成的 阻力而受到 影响 ， 故在选择船 用推进器的 时候就要考 虑该船舶推 进器的最大 推力是否大 于船在行驶 过程中所受 到的最大阻 力 ， 并以此为依 据来选择合 适的船舶推 进器 。
水流对船体 的阻力可由 下式来确定
v S C FV 5 . 0 阻 式中：VC — 流体阻力系 数，一般取 1 . 1 VC
S — 侵湿面积（2m ）
— 流体的密度 （3/m t ）
侵湿面积取 S 船在最大吃 水深度时的 值， 而最大吃水 深度在前面 为 计算得为 3 3 53mm， ， 根据数学方 法计算可以 可 得 S221 . 0 m ，设船在水 中 行驶时的最 大速度为 3 3 ms, 则船在行驶 过程中 ， 水流对船体 的阻力为：
3 10 1 0035 . 0 1 . 1 5 . 03 阻F
N 5 . 346 了
则 g F m /阻 kg 4 . 35 8 . 9 / 5 . 346
故根据算出 来的值可选 图 择如图 3-4 所示的推 进器 ， 查得该推进 器的基本参 数如下所示 ：
：
图 图 3-4 船舶推进器 型号：海伯船用推 器 进器 T80
最大推力：36.2 KG 控制方式：手控 动力方式：电机推动 （蓄电池供电 ）
）
变速挡：5 档前进挡
2 档倒档 电机电压：24V 电机最大电 流：48A 推荐使用蓄 电池：12v×120Ah 高度：120cm 可以伸缩式 控制手柄范 围：13cm ----29cm 重量：14kg
第四章
的 设计
1 4.1
的总 设计
传输装置是 经由动力装 置驱动 ， 将水面垃圾 传输至垃圾 存储装置。
根据船体的 构造原理 ， 将传输装置 放在左右船 体之间。
鉴于该传输 装置的前端 有一部分需 要浸没在水 中 ， 考虑到要适 应较恶劣的 环境 ， 故选用链传 动。
整个 传输装 置设计为齿 轮与链条之 间的传动 ， 再带动传输 带的传动方 式。
如图示 示 4-1 所示.
图 图 4-1 传输带 链条结构的 图 形式如图 4 -2 所示 ， 链节的形式 链与输送带 之间用螺栓 进行固定 ， 以带动传输 带 的 运 转 。
且在输送带 上隔一定的 距离就焊接 一些倒钩 ， 以保证水面 垃圾能够输 送到垃圾存 图 储装置内，如图 4-3 所示 。
此外 ， 有些垃圾可 能会被倒钩 钩住 ， 导致垃圾无 法顺利进入 垃圾存储装 置内 ， 故可储备一 根带有钩子 的长杆 ， 以备不时之 需 [5] 。
。
图 图 4-2 链条
图 图 4-3 链结构 2 4.2 链
的 设计
1 4.2.1 链条的选 择和计算
链传动的链 速为 定为 v=0.6ms， ， 根据链与链 轮齿数的关 系 ， 以及小链轮 的齿数选用 的优先数列 , , 取小链轮齿 数 191 Z ， ， 传动比的推 荐值为 i=2~3.5, 故取 i=2, 所以大链轮 的齿数为
382 Z
1. 初定中心距 ：取 P a 400
2. 计算链节数 ：21 202 1 00)2(22Z Zap Z ZpaL p
2)225 38(40 238 25 40 2pppp
=117 7. .6 6
链节数的选 取可适当变 化 ， 故取链节数 为 为 2 152 节 [6] 。
因小链轮轴 是直接与电 机的输出轴 连接在一起 的，故由功率 3 3 08W, 和转速 62 .5rmin ，从图 5 5- -1 21 查出链 号为 12A ，查表 5 5- -4 14 知链节 距为 19.05mm
3. 由中心距 pL La aP P200 （ 中心距可调 ）得
p p a26 . 117 152400
mm 7 . 1089
4. 验算带速：由1000 601 1pn Zv
s m/ 58 . 01000 607 . 96 05 . 19 19
故取 191 Z 合适。
5. 选择润滑方 式：根据节距 05 . 19 p ，链速由图 5 5 s m v / 58 . 0 - -2 22 查得该 链条的润滑 方式为人工 定期润滑。
6. 工作拉力：
N 84858 . 0492 . 0 1000
7. 作用在轴上 的拉力：
F F Q 2 . 1
N 1018848 2 . 1
8. 链条标记 ：
计算结果采 为 用节距为 1 1 9.05mm ，A A 排 系列、单排 152 节滚子链，标记为1983 1 . 1243 152 1 12 GB A
2 4.2.2 链轮相关 尺寸的计算
已知小链轮 数 的齿数 Z1 =19 ， 大链轮的齿 数 数 Z2=38距 ，链条节距 P P =19.05mm径 ，滚子直径 d d 1=10mm
1 4.2.2.1 小链轮的 设计和计算
因为小链轮 的直径小 ， 在考虑了制 造成本和制 造方便的基 础上 ， 将小链轮做 成整体式 ， 并为了小链 轮与轴的固 定 ， 将小链轮与 轴焊接在一 起 。
其相关尺寸 计算入下：
分度圆直 径 ：)180sin(11ZPD
mm 116)19180sin(05 . 19
齿顶圆直径 ：1 1 max 125 . 1 d P D D a
10 05 . 19 25 . 1 116
mm 130
mm 123
2min 1 max 11a aaD DD
mm 5 . 1262123 130
齿根圆直径 ：1 1 1d D D f
10 116
mm 106
齿宽：1 193 . 0 b b f
mm 12 57 . 12 93 . 0
倒角宽：
mm 2 05 . 19 06 . 0
齿侧凸缘圆 角半径：
P r a 04 . 0
mm 1 05 . 19 04 . 0
倒角半径：
mm p r x 05 . 19
2 4.2.2.2 大链轮的 设计计算
大链轮直径 较小 ， 在考虑了相 关情况后 ， 将大链轮做 成整体式并 与轴焊接在 一起 ， 其相关尺寸 的计算如下 ：
分度圆直径 ：)180sin(22ZPD
)38180sin(05 . 19
mm 69 . 230
齿顶圆直径 ：1 2 max 225 . 1 d P D D
105 . 19 25 . 1 69 . 230 d
mm 5 . 244
122 m...