[发明专利]利用三维导向表面降低切削阻力的绞刀齿及其设计方法

说明书

利用三维导向表面降低切削阻力的绞刀齿及其设计方法。利用三维导向表面降低切削阻力的绞刀齿的设计方法，其特征在于，采用三维导向的绞刀齿表面用以降低绞吸挖泥船绞刀齿切削阻力。绞刀齿结构，其特征是，该绞刀齿主体是由主切削刃355、主面前切削刃351、侧面底切削刃357构成隆起三维结构；且该绞刀齿主体的主切削面353是由主面前切削刃351、主切削刃355、主面后切削刃356共同控制形成收缩导向三维曲面。绞刀齿三维导向表面可以有效降低绞刀齿切削阻力，有利与土层向齿的一侧进行滑移，从而达到降低功耗，降低绞刀齿在绞吸挖掘施工作业过程中的阻力。

技术领域

本发明所属疏浚工程及海洋工程施工技术领域。

背景技术

随着经济及社会生活的发展，人类对海洋及海洋资源的探索与利用的需求日益高涨，这些需求促使疏浚工程及海洋工程各个领域快速发展，在疏浚工程中，绞吸挖泥的施工模式是对海底物质施工的典型方式之一，典型装备是绞吸挖泥船，绞吸挖泥船可以用于多种不同土质的疏浚作业，当绞吸挖泥船对待切削土层进行挖掘时，绞刀齿切入土层，迫使土层分离、松动，分离和松动的土层在绞吸挖泥船泥泵的大功率输送下，进入绞刀头吸泥口，后被输送到预定位置，现有绞吸挖泥船提高施工效率的途径的方式是加大绞吸挖泥船装机功率，绞吸挖泥船目前的发展趋势是向配备大功率发动机发展，增大绞刀挖掘力是一种直接想法，这样可以提高绞吸挖泥船作业施工效率，增大绞刀功率固然能够挖掘力，但并没有解决绞刀单位能量作业经济性的问题，绞刀切削土壤的作用是能够分离土层，增大绞刀功率虽然能够使绞刀挖掘施工更加顺利的进行，但并没有使绞刀上作用力降低，作业经济性并没有好转的趋势。

现有绞刀齿结构形式都是以绞刀齿可以切入土层为目的，对土层有切入、分离、输送，实现上述功能也就实现绞刀挖掘作用，从绞刀齿的结构形式可以看到，绞刀齿的结构都是可以分为绞刀齿正面和绞刀齿背面。

从功能上划分，绞刀齿正面是与土层直接接触的结构面，是起主要切削作用的结构，待切削土层与绞刀齿之间出现相互解压，土层发生变形，与绞刀最近的土层受力作用出现分离，与绞刀齿相互接触，沿着绞刀齿正面滑移，最后滑移至齿根或是堆积到一定高度在后续土层的作用下与绞刀齿分离。在这一过程中，绞刀齿的结构使切削土层在绞刀齿结构上滑移距离较大、在绞刀齿的堆积程度较大，这都增大了绞刀齿在绞吸施工过程中的受力情况，增加了绞刀消耗功率。绞刀齿背面是起到支撑作用的结构面，可以使绞刀承受一定作用力而不折断，在绞刀齿切削过程中不断出现磨损。

现有绞刀齿正面结构是设计成平面结构，这种二维平面结构形式仅具有简单的切削作用。在切削过程中，切削土层会沿着相对切削运动方向从绞刀齿齿尖切入，沿着绞刀齿正面从齿尖向齿根方向迁移运动，在绞刀齿挖掘过程中，土层与齿之间相互摩擦距离太长，摩擦力较大，消耗功率较多。同时，挖掘粘土时，堆积部位的粘土在滑移土的挤压下，密度越来越大，强度越来越高，容易造成整个绞刀头的堵塞。

发明内容

本发明所采用的技术方案：

本发明技术方案，方法思路可概括为：首次提出采用三维导向的绞刀齿表面用以降低绞吸挖泥船绞刀齿切削阻力。

进一步给出技术措施限定所述的技术方案：所述的三维导向表面，为避免在现有二维平面绞刀齿结构在绞刀齿挖掘过程中，土层与齿之间相互摩擦距离太长，摩擦力较大，消耗功率较多，同时挖掘粘土时，堆积部位的粘土在滑移土的挤压下，密度越来越大，强度越来越高，容易造成整个绞刀头的堵塞的技术问题。为此，本发明给出中间隆起形式的绞刀齿结构设计，减小切削土层在绞刀齿上滑移距离、减小绞刀齿切削力、避免切削粘土土层堆积问题。研究表明，本发明三维导向表面可以使切削土层向齿的一侧迁移，避免在绞刀齿切削表面过长的滑移距离，同时很好得解决了绞刀齿在切削粘土土层时发生在绞刀齿上堆积的问题，因此有效降低绞刀齿功率消耗，解决绞刀齿切削粘土时的堆积和功率消耗问题。