耙头介绍

耙头介绍2012年5月9日目录y一、耙头挖掘原理耙头结构与功能y二、耙头结构与功能y三、耙头类型与选择y四、高压冲水系统y五、波浪补偿器y六、耙头对地角度及调节方法y七、挖掘与输送的匹配、挖掘与输送的配y八、挖泥现场试验一、耙头挖掘原理1、耙头的作用：挖掘水下泥土，与进入耙头的水混合成泥浆后由泥浆泵吸入。2、耙头的挖掘作用包括水力冲刷、机械式挖掘或二者的结合。或者的结合水力冲刷冲刷y在泥泵吸入真空作用下，耙头外部水流携带海底泥砂流向耙头内部同时海底的高速水流造成泥砂流向耙头内部，同时，海底的高速水流造成海底表面压力的降低，使泥砂在表层与内部之间产生压力差此压力差推动水流在泥砂空隙内流产生压力差，此压力差推动水流在泥砂空隙内流动，破坏了土颗粒间的粘聚力，土颗粒就会随着流动的水流进入耙头内部流动的水流进入耙头内部。v孔隙水路径y流速越高，压力差越大，土颗粒破坏的深度越大，水力冲刷深度也就随之越大，但由此产生的耙头阻力损失也将加大。刷深度就随越大，但由产的耙头阻损失将大理论上泥泵内部最大真空度可达到y理论上，泥泵内部最大真空度可达到-10m水头，即绝对真空，但是在达到-9.76m水头时水将发生汽化，汽化压力用Pv/rw表示，其值为0.24m。y由于阻力损失，泥浆自吸口到内部要消耗一定的真空，这部分用NPSHr表消耗定的真空，这部分用NPSHr表示。y从耙头到泥泵吸口的泥浆吸入管路由于阻力损失也要消耗部分真空用于阻力损失也要消耗一部分真空，用hc表示。y泥泵安装在水面以下可提供部分正吸入压力，用rw.Zp表示,用公式表示：泵前真空压力表示值=正吸入压力-管路摩阻水头=rw.Zp-hc。其数值可是值也可是负值由者的大决定其数值可以是正值，也可以是负值，由两者的大小决定。管路摩阻水头hchc代表泥泵吸入管路损失，它的大小25泥泵吸入管路阻力曲线与管路长度、直径、泥浆流速、泥浆密1520海水管路泥浆管路度有关。1015hc(m)545678910-5045678910v(m/s)泥泵吸入管路摩阻曲线泥泵吸入管路摩阻曲线根据冲刷原理制造的耙头根据冲刷原理制造的耙头y加里福尼亚型耙头是完全依据水力冲刷原理制造的耙头。y目前大多数挖掘型耙头也利用水作力冲刷作用将耙齿挖下的泥土混合成泥浆后由泥合成泥浆后由泥泵吸入。加里福尼亚耙头加里福尼亚耙头y对于密实土质，由于其渗透性差，如果要产生足以推动泥砂颗粒运动的速度就需要更高的压力以推动泥砂颗粒运动的速度，就需要更高的压力差。因此，依据冲刷原理制造的耙头只适合挖掘较疏松的土质的原因较疏松的土质的原因。机械式挖掘机械式挖掘y随着疏浚深度的不断加大，质越来越密实如土质越来越密实，如果还要利用冲刷原理挖掘泥土，就需要产生更高的冲刷流速，这样，由于泥泵可用真空度下降反过来又限制了泥浆浓度的提高，在这高种情况下，水力冲刷已不满足施工的需要，有必要借助挖掘工具直接对泥土借挖直接对进行挖掘。挖掘型耙头因此而产生。y机械挖掘型耙头借助安装y机械挖掘型耙头借助安装在耙头上的耙齿直接对水下泥土进行挖掘。水下泥土的二维切削模型水下泥土的二维切削模型Q—外负荷；W—重量；R—由法向压力与切向摩擦力的合力；P—单位宽度切削工具受到的阻力；ca*L—切削面受到的切向摩擦力；ca*—切削刀片与泥土间的粘附力；到的切向摩擦力；ca*切削刀片与泥土间的粘附力；c*L—破坏面受到的切向摩擦力；c*—泥土间的粘聚力；S.A. Miedema建议的水下二维切削模型根据试验当切削根据试验，当切削速度在0.5‐10m/s时，由于剪涨作用产生的负孔隙压力在切削力中起到隙压力在切削力中起到关键作用，而重力、惯性力、凝聚力和粘聚力均可被忽略不计均可被忽略不计。y1.刀片对土的正应力N2、2.钢质刀片和土间的剪切摩擦力S2=N2·tan(δ)3A4W2y3.钢质刀片和土间的粘附力A、4.负空隙压力作用于刀片的力W2y5.剪切破坏面上的正应力N1、6.土内部间的剪切摩擦力S1=N1·tan(φ)y7负空隙压力作用于剪切变形区的力W18粘聚剪切力C9切削层y7.负空隙压力作用于剪切变形区的力W1、8.粘聚剪切力C、9.切削层重量G、10.惯性力I二耙头的结构及功能二、耙头的结构及功能活动罩吸管活动罩吸管y耙头主要由固定部分（吸要固定部（管）和活动部分（活动罩）组成，活动罩可相对吸管转转动。吸管与活动罩吸管与活动罩y吸管的结构y吸管本体为钢制焊接结构，在吸管上安装有冲水管、法兰、橡胶靠邦、液压缸支座、y活动罩结构y活动罩本体为钢制焊接结构，在活动罩上安装了耙齿、齿橡靠邦支座起吊耳环、耐磨块、水箱、耐磨板等。y吸管的作用在活动罩上安装了耙齿、齿座、高压冲水嘴、补水窗及驱动液压缸、格栅等。吸管的作用y连接支撑：活动罩通过销轴与吸管连接，当利用固定销或液压缸调整活动罩位置的y活动罩作用y挖掘作用、泥浆混合活动罩相对转动不同角度或液压缸调整活动罩位置的耙头，活动罩上所受的挖掘反力全部作用在吸管上。y泥浆输送：在活动罩内形成y活动罩相对转动不同角度，可实现挖掘深度的变化。泥浆输送：在活动罩内形成的泥浆通过吸管输送到耙臂管和泥泵内。吸管的设计和制造吸管的设计和制造y吸管内部沿长度方向应平滑过渡，泥浆流速变化均匀。在设计和制泥浆流速变化均匀。在设计和制造过程中应尽量减小吸管内部结构对泥浆的阻碍。通过fluent软件对耙头内部流场进行模拟确定内部流道场进行模拟，确定内部流道结构方案。活动罩的设计和制造活动罩的设计和制造y耙头活动罩承担着耙头的挖掘、水力冲刷、泥浆混合与输送的工作，其内部流态、压力变化复杂，土颗粒与输送的工作，其内部流态、压力变化复杂，土颗粒对结构的磨损也非常严重，是耙头设计与制造的关键。耙齿耙齿y耙齿的作用：直接对水下泥土进行挖掘。y耙齿类型：铲齿、凿齿和尖齿。根据不同的土质特点选择不同类型的耙齿。铲齿适合挖掘粘土等较软土质，凿齿挖掘砂型土，而尖齿一般用来挖掘密实硬土、岩石等。齿般用来挖掘密实硬土岩等y耙齿规格：目前我公司的耙齿分28DS、38DS两种。耙齿安装角度y耙齿安装角度：y当活动罩水平时，耙齿安装角度一般在45°左右，对于软土，角度可取大些，以增加挖左，对于，角度可取大些，增挖深，密实硬土则取小角度以减小挖掘阻力。随着活动罩对地角度的加大，耙齿角度相应减小。减小。铲齿凿齿尖齿耙齿与齿座的装配方式耙齿与齿座的装配方式螺栓固定插销固定整体齿床结构犁齿犁齿y犁齿的作用：预破土犁作用预y不利方面：增加耙头阻力、影响耙头姿态耙头补水窗耙头补水窗y补水窗的作用调节泵前真空度液压调节补水y调节泵前真空度y补水窗的结构和类型节补水窗位于后部的挡水门人工调节补水窗液压调节的补水窗液压调节的补水窗耙头格栅耙头格栅y格栅的作用：防止大的泥块或石头堵塞泥泵叶轮。格栅的安装位置位于活动罩或吸管上y格栅的安装位置：位于活动罩或吸管上。y格栅的种类：钢性格栅，由钢板或钢条制造。y软格栅，由钢链制造。软格栅，由钢链制造。y格栅间距的确定原则：保证每个格栅孔的有效通径应小于泥泵叶轮最小通过尺寸。耙头对土质的适应性y1、挖掘密实土）提高耙头重量和对地压力y1）提高耙头重量和对地压力；y缺点：需要提高起吊设备能力、消耗更多的主机功率。y）选择合适的齿形调整耙齿角度数量y2）选择合适的齿形、调整耙齿角度、数量；y此方法可提高耙头对密实土的适应能力，减小挖掘阻力。y3）利用高压冲水的辅助破土功能；y3）利用高压冲水的辅助破土功能；y缺点：需要额外增加主机功率消耗。y2、挖掘粘土2、挖掘粘土y当挖掘粘性土质时，由于其内部粘聚力的作用，挖下的泥土不易破碎，一般呈块状，很容易将耙腔堵塞。y1）选择耙齿合适的齿形和数量；y2）利用高压冲水对粘土块进行切割；y3）适当加大耙头活动罩内部空间。三耙头类型三、耙头类型德国人奥托费路林与1、老式耙头y德国人奥托.费路林与1898年发明，1908年用于德国一艘耙吸船上老式耙头于德国一艘耙吸船上，1912年美国”新奥尔良”耙吸船也采用了此类型耙头，我国“快利”、“浚利”等船均配备了这种耙头这种耙头。y弗路林耙头适合挖掘淤泥和松散泥砂砾状土泥和松散泥砂、砾状土等。弗路林耙头弗路林耙头y源于美国，在疏浚阿姆勃劳斯航道工程中研制勃劳斯航道程中研制出来的耙头，为适应不同挖深，潮位和波高时吸管倾角的变化耙头吸管倾角的变化，耙头底部做成稍凸起的吸泥形状，保证耙头与河床的接触并留有缝隙，外形侧面似鞋状又称鞋形耙头，耙头无刀刃。这耙头，耙头无刀刃。这种耙头也只适用于淤泥和挖掘松散泥砂。我公司109轮曾配置了此类耙司109轮曾配置了此类耙头。安勃勒斯耙头安勃勒斯耙头y在美国加里福尼亚太平洋沿岸挖掘栏门沙或河口航沿岸挖掘栏门沙或河口航道所使用的耙头，我国自荷兰及日本引进的耙吸船也配备了这种型式的耙头。也配备了这种型式的耙头。y这种耙头是在阿姆勃劳斯耙头基础上改进而成的，其工作原理也基本相似其工作原理也基本相似，不同之处是耙头与吸泥管之间采用铰接而不是弯管。其动罩实自动节其活动罩可实现自动调节。y这种耙头适合挖掘各类土质，尤其适合挖掘砂性土。加里福尼亚耙头质，尤其适合挖掘砂性土。加里福尼亚耙头yIHC淤泥耙头有以下两个重要特征，一是吸口朝着航行方向，这样可在挖泥时将淤泥推向吸口挖泥时将淤泥推向吸口，另外，在耙头后部装有一滚筒，使耙头牢固地支撑在刚性较强的底部支撑在刚性较强的底部，或者支撑在高密度的淤泥层上，滚筒的另外一泥层上，滚筒的另外个作用是它能够破坏弹性凝聚力，减小耙头的吸入阻力吸入阻力。IHC淤泥耙头主动式耙头（activedraghead）主动式耙头（active draghead）y耙头由一个液压驱动的带削的滚动的带切削刃的滚筒组成，它能够挖掘坚硬的粘土或密掘坚硬的粘土或密实砂。这种耙头的缺点是y这种耙头的缺点是容易被线缆缠绕。2传统耙头2、传统耙头传统IHC耙头已经系列化，其吸管与耙管连接的直径从400mm到1200mm1200mm。目前，IHC 传统耙头仍然大量使用，尤其是IHC型耙头。如我公司的通力、通坦轮在用的耙头。IHC传统耙头的优点是简单易操作可适合各种土质yIHC型耙头y主要特征：IHC 传统耙头的优点是简单、易操作，可适合各种土质。y主要特征：y依靠重力调节的活动罩（随动）；y可调节的补水窗（手动）；y可更换的耙齿；y可更换的耐磨块和两侧裙板防堵格栅y防堵格栅y橡胶靠邦y通坦轮耙头y在活动罩前部加装耙齿，提高了挖掘能力但活y通力轮在用耙头提高了挖掘能力，但活动罩两侧依然是加耙的型式。活动罩依然利用拉杆调节力轮在用耙头y该耙头的角度调节拉杆可根据挖深通过销轴固定，提高了挖掘能力拉杆调节。提高了挖掘能力。IHC加里福尼亚型耙头IHC加里福尼亚型耙头yIHC加里福尼亚型耙头由吸管和两个伸出较长可吸管和两个伸出较长、可独立调整的活动部分组成，适合挖掘粗砂。海水通过适合挖掘粗砂。海水通过耐磨块间的缝隙自海底流入耙头活动罩内，形成对底海底的冲刷。活动罩可自由上下调节，保证与泥面的贴合面的贴合。y该耙头结构简单，但由于只适合挖掘中粗砂，使用通坦轮加耙只适合挖掘中粗砂，使用范围受到限制。3现代耙头3、现代耙头yIHC挖掘型耙头（主动调节耙头）yIHC公司在其传统IHC 型耙头基础上，设计了挖掘能力更强技术更先进的耙头其特点是：高压冲能力更强、技术更先进的耙头，其特点是：高压冲水破土功能、利用液压调节的活动罩、液压调节补水窗、耙头剪断螺栓或破断销、压力\真空传感器，增加了耙头控制系统增加了耙头控制系统。IHC威龙耙头y2004年，IHC公司为上海航道局研制了威上海航道局研制了威龙耙头。y该耙头采用了双排齿y该耙头采用了双排齿、三排高压冲水喷嘴，对长江口海底密实细对长江口海底密实细砂的疏浚取得了成功。VOSTALMG耙头VOSTA‐LMG耙头y液压控制系统整合在耙头上，使对耙头姿态的控制更快捷和准确更快捷和准确。V dG 船耙头yVasco daGamma 船耙头我公司在用耙头我公司在用耙头y通程轮耙头为主动调节式耙头，该耙头采取了齿尖冲水、液压控制的挡水板以及