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摘要：在绞吸船作业过程中，时常因绞刀头选用不当而造成绞吸船产量下降或刀齿损坏等问题。基于这种认识，本文对绞吸船绞刀头的结构及作用展开了分析，然后对绞吸船在不同工况下绞刀头的选用问题进行了探讨，从而为关注这一话题的人们提供参考。
关键词：绞吸船；绞刀头；土质；产率
引言：对于绞吸船来讲，绞刀头为至关重要的组成部件，能否做好绞刀头的选用直接关系到绞吸船的挖泥和输送产量。而绞刀头的选用与地质、绞刀头转速等工程工况条件有关，在航道疏浚施工中，疏浚对象将的土质在不断变化，因此还要完成不同工况下绞刀头的合理选用，以确保绞吸船能够保持最大产量工作。
1绞吸船绞刀头的结构及作用
绞刀头作为绞吸船的核心挖掘部件，安装在桥架端部吸泥管的入口位置，发挥切削泥土的作用。对于绞吸船的切削系统来讲，绞刀运行效率会直接影响系统运行效果。从结构组成上来看，绞刀头由轮毂、绞刀座和刀臂构成，如图1所示，齿式绞刀头则带有可拆卸刀齿。其中，轮毂其传动作用，可利用键槽、螺纹与传动轴连接。而绞刀座用于进行刀臂和绞刀头的固定，刀臂在绞刀头外围分布，可进行泥土直接切削，通常由5-6片刀齿构成。刀臂的数量将给绞刀头切削力带来影响，如果到臂较多，绞刀头开口宽度则较小，在施工中能够达到的最大切削厚度越小。
图1 绞刀头结构图
2绞吸船在不同工况下绞刀头的选用
2.1影响绞刀头选用的因素
绞刀头的选用，首先与绞吸船有关，需要结合绞吸船的绞刀驱动机构功率、横移绞车所需功率等因素确定。但在绞吸船固定的情况下，还要结合工程实际需求进行绞刀头的选用。因为在工程土质条件不同的情况下，采用不同类型的绞刀头将对绞吸船产率产生重要影响。就目前来看，利用绞吸船进行航道疏浚，几乎可以进行各种土质的处理。但绞吸船的产率，则将受到配备绞刀头功率的限制。现阶段，绞吸船可以配备的最大绞刀头功率为6000kw，而想要进行石灰岩处理通常只需配备2000kw绞刀头。在实际工作中，绞刀头破土线切割力与功率、尺寸、切割厚度等因素都存在一定联系，而绞刀头转速、容量等因素都将影响产量。在对特定土质进行切割时，还要结合土质比能SPE单位体积消耗能量进行绞刀头所需功率计算，即P=Q×SPE，其中P为绞刀头消耗功率，Q为产率。此外，绞刀头转速高低，将影响绞刀头散落土体的多少。因为在绞刀头旋转的过程中，将有离心力产生，转速过高将导致过多土体在切削过程中散落，从而导致泥泵吸入的土体过少，继而使绞吸船产量降低。因此一般来讲，绞刀头转速不超出63.7/d（绞刀头直径）rpm。如式（1）所示，绞刀头功率与产率的关系。式中，Pc指的是绞刀头产率，Nc指的是绞刀功率，Es为土质比能，W为工作常数，与土质有关，岩石取0.5-6.5，沙取0.65-0.8，粘土取0.8-0.9。由此可见，在进行绞刀头选用时，还要参考土质、绞刀功率、转速等因素进行绞刀头的合理选择。
（1）
2.2.2绞刀头选用
结合土质，可以完成绞刀头类型的初步划分。但在具体进行绞刀头选用时，由于绞刀头产率不仅与功率有关，也与绞刀头直径、速度等因素有关。因此，还要结合绞刀头转速、横移速度等其它复杂工况条件进行确认。
针对坚硬土，绞吸船在进行绞刀横移的过程中将受到较大的反作用力，绞刀恒定切削功率也将因此受到限制。所以在进行坚硬土挖掘时，想要获得最大的产率，还要选用直径较小的绞刀头，以获得较大的绞车横移切削功率。而选用的绞刀头上的刀臂应分布有尖刺，以获得集中切削力。通常的情况下，可采用带有6-7只刀臂的绞刀头。在绞吸船工作过程中，使绞吸船保持全负荷状态，绞车的功率尽管未能全部发挥，但却能达到最大的横移速度。遇到软制土时，通过增大绞刀头直径就能获得较大的产率。
在挖掘松散土时，绞刀头的工作类似挖洞，只要保持较低转速就能获得适中的切削力。在该种工况状态下，可以选用直径较大的绞刀头，并尽量选择类似球形的绞刀头，以便使泥泵的吸入量得到增加，从而获得更大的绞刀头产率。
在密实土施工阶段，针对硬粘土，需选择直径较小的绞刀头。为提高切削力，还应采用圆锥形绞刀头。但在全载荷工况下，缺少合适的横移速度和切削角，绞刀头产率比较同类土可能下降。如表2所示，同一绞刀头在其它工况条件不变情况下，改变绞刀头倾斜角度，绞刀头切削力也将发生变化。针对这一情况，在挖掘硬粘土时，还要安装光滑刀齿，并设置适用角度，扩大相邻刀片空挡，使绞刀头尽可能保持“敞开”，以确保大块粘土能够通过，避免绞刀头被粘土覆盖。
表2 切削力与绞刀头倾斜角度关系（105N）
绞刀头倾斜角度切削力x向分量切削力y向分量切削力z向分量
10°5.412.02.5
20°6.112.92.7
30°6.312.82.9
40°8.713.13.6
50°11.413.84.3
结论：通过分析可以发现，在不同工况条件下，还要结合工程土质、绞刀头转速、绞刀头功率等因素进行绞刀头的选用，以确保绞刀头能够在满负荷状态下达到最大的横移速度，从而使绞吸船的产量得到保证。
参考文献：
[1]李龙,沙彬彬,江波等.绞吸式挖泥船开挖泥石混合疏浚土铰刀改造的应用[J].中国水运(下半月),2015,15(12):134-135.
[2]马健,欧阳义平,杨启等.绞吸挖泥船绞刀头岩石切削动载荷数值仿真[J].中国港湾建设,2014(12):10-14.
[3]周志强.基于 CFD 的绞吸船绞刀防石设备水力性能研究[J].水运工程，2014，8（1）：163-167.
论文作者:高富彪,张树强
论文发表刊物:《防护工程》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/14
标签：绞刀论文; 土质论文; 工况论文; 功率论文; 转速论文; 粘土论文; 直径论文; 《防护工程》2017年第31期论文;