水面垃圾清掃船cad【6張】三維圖＋設計說明書

海洋吸塵器結構設計
摘 ?要
近年來，隨著經濟的快速發展，海洋產業及海上活動的增加，導致海洋漂浮垃圾越來越多，對沿岸的居民和海洋的生物的生命安全造成了很大的威脅，嚴重破壞海洋生態平衡。針對海洋垃圾污染這一主要問題，本文提出了一種新型的海洋吸塵器垃圾收集裝置，海洋吸塵器的設計，其實現了水面垃圾無人化、智能化的操作，整個垃圾收集過程無需人工參與，收集裝置結構簡單，成本比較低，便于維修，與此同時，本次設計的海洋吸塵器還具有工作安全、效率高的優點。
本文通過對現有的海洋垃圾收集裝置進行調研，分析對比目前收集裝置存在的缺點，在現有收集裝置的基礎上，本文提出了一種新型的垃圾收集裝置海洋吸塵器。本文主要完成了海洋吸塵器的船體結構設計、動力裝置、垃圾收集運輸及存儲裝置。完成了海洋垃圾吸塵器主要零部件的設計和校核，使用solidworks三維繪圖軟件完成了整個海洋吸塵器三維模型的設計和構建。
本文重點完成了垃圾收集裝置的設計，采用帶傳動和鏈傳動的運輸方式，使得垃圾的收集和運輸效率更高。除此之外，垃圾存儲裝置，采用的是可以替換的儲存箱結構，底部采用多孔設計，使得垃圾收集更加方便。

關鍵詞：海洋垃圾；帶傳動；結構設計；solidworks

目 ? ?錄
1 ?緒論?? ?1
1.1 ?選題的背景及意義?? ?1
1. 2 ?國內外研究的現狀?? ?2
1.2.1 ?海洋垃圾收集方式?? ?2
1.2.2 ?國外演技的現狀?? ?5
1.2.3 ?國內研究的現狀?? ?6
1.3 ?現有海洋垃圾收集裝置存在的問題?? ?6
1.4 ?本次設計主要研究內容?? ?7
2 ?海洋吸塵器總體結構設計?? ?8
2.1 ?海洋吸塵器的設計方法和設計原則?? ?8
2.1.1 ?設計方法和設計原則?? ?8
2.1.2 ?總體結構設計?? ?8
2.2 ?海洋吸塵器的總體設計思路?? ?9
2.3 本章小結?? ?9
3 ?海洋吸塵器船體結構設計?? ?10
3.1 ?船體的結構設計?? ?10
3.1.1 ?常見的船體結構分類?? ?10
3.1.2 ?船體材料?? ?11
3.1.3 ?船體主要的設計尺寸?? ?11
3.1.4 ?吸塵器的排水量和吃水深度?? ?11
3.1.5 ?船體質量計算?? ?11
3.2 ?動力裝置設計?? ?12
3.2.1 ?電動機的選擇?? ?12
3.2.2 ?推進器的選擇?? ?13
3.3 本章小結?? ?15
4 ?海洋吸塵器傳輸裝置設計?? ?16
4.1 ?傳輸裝置的安裝和收集?? ?16
4.1.1 ?安裝位置?? ?16
4.1.2 ?收集方式?? ?16
4.2 ?傳輸裝置的總體設計?? ?17
4.3 ?鏈傳動的設計?? ?17
4.3.1 ?鏈條的選擇和計算?? ?17
4.3.2 ?小鏈輪的設計及計算?? ?18
4.3.3 ?大鏈輪的設計及計算?? ?19
4.4 ?軸的設計?? ?20
4.4.1 ?軸材料的選擇?? ?20
4.4.2 ?軸設計參數?? ?20
4.5 ?齒輪的設計及校核?? ?23
4.6 ?軸承的選型及校核?? ?29
4.7 ?旋轉桶的設計?? ?32
4.8 ?垃圾存儲箱的設計?? ?33
4.9 ?控制系統的設計?? ?33
4.10 本章小結?? ?34
5 ?海洋吸塵器船體的三維建模?? ?35
5.1 ?Solidworks?? ?35
5.2 ?海洋吸塵器的三維模型?? ?36
6 ?海洋吸塵器船體的靜力學分析?? ?37
6.1 ?船體的靜力學分析?? ?37
6.1.1 ?設計方法?? ?37
6.1.2 ?ansys簡介?? ?38
6.1.3 ?分析的目的?? ?38
6.1.4 ?靜力學分析基礎?? ?39
6.1.5 ?船體材料的選擇?? ?39
6.1.6 ?網格的劃分?? ?39
6.1.7 ?模型的載荷和約束的施加?? ?41
6.1.8 ?仿真分析與求解?? ?41
6.2 ?本章小結?? ?42
6 ?總結與展望?? ?44
6.1 ?總結?? ?44
6.2 ?展望?? ?45
文獻參考?? ?46
致 ?謝?? ?48

1 ?緒論
1.1 ?選題的背景及意義
隨著海洋工業的發展和沿岸旅游行業的發展，海洋漂流垃圾的出現變得不可避免[1]。尤其是海洋沿岸的生活垃圾更是對環境造成了嚴重的影響，海面環境多變，暴雨過后，這些漂流的垃圾就會浮現在水面，不僅僅引起視覺污染，對沿岸的海岸公園產生影響。更重要的過多的垃圾會纏繞螺旋槳，對海里漁船和潛艇造成嚴重的威脅。海洋漂流垃圾也嚴重影響海洋生物的生態系統的穩定，垃圾會污染水源，造成海洋生物中毒死亡，如圖1.1所示。目前，隨著全球經濟的高速發展，同時也造成了大量的垃圾和廢棄物，同時很多企業違規操作，將各種廢棄物未進行處理，直接導入河流中，危害環境。據調查，全世界每年產生的垃圾近30億噸，其中有將近800萬噸的塑料垃圾會流入河流和海洋之中[2]。與此同時，由于海水的流動性，垃圾會被帶到其他海域，對其生態環境造成破壞，一些垃圾被魚類食用后中毒，隨后又被人類捕食，最終危害人類自身的健康。當前海洋垃圾問題已經成為國際社會重點解決的問題之一，嚴重威脅著人類的安全[3]。

圖1.1 垃圾對海洋的影響
根據海漂垃圾的分布位置，如何有效處理垃圾成為積蓄解決的難題，目前常見的清理方式主要是通過清潔工人手動清潔和垃圾收集船自動收集這兩種方式，存在收集效率低、垃圾收集效果比較差的問題，同時國內還沒有研發出更智能的垃圾收集裝置，因此高效、智能的海洋垃圾裝置的設計，對改善海洋生態環境建設美麗中國具有重大的意義[4][5]。
我國國土面積遼闊，陸地內部含有很多條內陸湖和河流，隨著旅游業的發展，河流沿岸積攢了大量的塑料袋和泡沫垃圾，這些垃圾在水中很難自己分解，尤其是隨著河水的流動，這些垃圾最終會匯聚到渤海和黃海流域，環境污染嚴重，影響環境的同時，也影響著水中生物的生態平衡，具有極其大的潛在危害，因此我們應加強水中的環境治理，為了子孫后代的發展，我們更應該保護環境、愛護地球[6]。
1.2 ?國內外研究的現狀
海洋垃圾，尤其是漂浮垃圾會被洋流或海風攜帶漂流很長一段距離。海洋垃圾不僅破壞了海洋環境，影響海洋生物，甚至會通過自然環境的紐帶關系和食物鏈逐漸威脅到人類自身[7][8]。因此，它是人類造成的污染面積大，持續時間長，影響深遠，處理作業最復雜的海洋生態環境破壞海洋垃圾的危害不可小覷，針對這些垃圾的回收處理問題，學者都對其進行深入探討。值得一提的是洋流、風速和風向等不確定因素會導致漂浮垃圾的位置不定，因此如何借助相關數據和分析軟件，預測模擬漂浮垃圾的運動軌跡，確定一定時間內垃圾的聚集位置是研究的方向之一。然而當前國內外對于這方面的研究還十分不足[9]。在對海上分布不同的垃圾點執行回收作業時，不得不考慮船舶造成的二次污染問題。據統計，全球 90%的國際貿易以海運形式進行，這也導致僅全球海上運輸的碳排放量就占了總量的 3%。目前對于漂浮垃圾的回收問題，除了確定一定時段內的垃圾坐標外，更重要的是如何根據垃圾位置來對船舶回收垃圾的線路進行合理規劃，同時在船舶進行垃圾回收過程中，盡量降低二次污染以及回收成本。即盡量降低船舶在作業期間的碳排放量以及減少回收成本[10]。
1.2.1 ?海洋垃圾收集方式
由于海洋垃圾日益增多，造成的影響越來越惡劣，很多國家對海洋漂流垃圾問題也越來越重視[11]。目前，海洋垃圾收集裝置大多都處在理論設計階段，實際應用的收集裝置比較少，目前國內外常見的海洋垃圾收集裝置主要有：
（1）傳統海洋垃圾收集方式
傳統海洋垃圾收集方式是通過人工在沿岸撿拾垃圾，或者使用漁船，載著工人在海上打撈垃圾如下圖1.2所示。由于海上氣候多變，風浪比較大，海上漁船打撈工作比較困難，這種比較傳統的垃圾收集方式在很多地方仍然能看到，雖然可以清理部分海洋垃圾，但是其工作需要投入的人力成本比較大，工作的效率比較低的問題[12][13]。

圖1.2 傳統海洋垃圾收集
（2）水上垃圾攔截浮體收集
如下圖1.3所示，水上浮體攔截裝置收集垃圾主要應用在一些需要重點保護的內流河或者湖泊當中，缺點是不能大面積的使用，同時還需要其他的配套設施一起使用，不具有良好的推廣性[14]。

圖1.3 水上垃圾攔截浮體
（3）海上垃圾桶收集方式
海上垃圾桶收集方式最早是由澳大利亞的科學家發明的，垃圾桶主要由纖維網制作而成，如圖1.4所示。主要的工作原理是利用岸上的水泵將水底垃圾桶內的海