图1-3 人工打捞水面垃圾
图1-4 大型机械打捞水面垃圾
1.2毕业设计国内外研究现状及特点分析
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。它将水上漂浮的垃圾（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。
关于水面垃圾自动打捞船，目前国外已有成熟的商品和深厚的研究基础。
韩国海洋水产部在2000年投资23.5亿韩元，委托南韩海洋研究院开发一种能在浅滩和港口进行垃圾清除作业的垃圾打捞船。目前，这种海上垃圾打捞船已经建造完成，并通过了性能测试。这艘命名为“海洋清扫号”的船，长30m，宽10m,高2.3m，可只在水深只
2
有2米的浅滩和港口清除漂浮垃圾。船上装有臂长达20米的“多关节”抓铲，可打捞水深为15米的滩底沉积垃圾。船上的钩状收集机可用于搜集水中的渔网和渔具。船舱还可以容纳40吨垃圾，这些垃圾可被船载的宽体切割机切割分解。
加拿大的PELICAN公司研制的A系列1010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。
美国联合国际船舶公司（UMI）研制的系列清扫船采用双体船型，配两套Z型推进装置，主要功能是清理水面垃圾。主要作业机具包括导流门、船首传送带、垃圾箱、船尾传送带。船尾传送带用于将垃圾输送至岸上。
近年来，国内也渐渐自主研发了具有较高效率的水面垃圾自动打捞船。
由天津新港船厂建造的水上清扫船“方通号”于2001年底在天津海河下水。该船具有高效、节能、环保等特点，以电为动力，进行电动全回转推进，不但对水体没有污染而且行动十分灵活。在接近垃圾后，船上的精密液压喷水自动回转臂、垃圾收集筐升降机动装置等设备一同作业，将水面垃圾打扫一尽。该船实现了自动清扫、收集、储存水面垃圾，而且液压喷水自动回转臂还可以冲刷堤坡垃圾，浇灌河岸绿地。
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。
1.3本课题的研究目的及意义
随着社会经济的飞速发展，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，海洋、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海洋、江河、湖泊，导致水面的漂浮物越来越多。由于潮起潮落的原因，江河水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。如今，水环境保护也越来越受到人们的关注。水面漂浮垃圾的污染已经逐步威胁到市民的饮水、环境卫生及市容，因此，机械化清理水面垃圾已成为重要的水环境保护措施。
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
3
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。它自动将水上漂浮的垃圾（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。水面垃圾自动打捞船一般由单船体或双船体、收集装置、存储装置等组成。收集装置主要有传送带、翻斗以及造流收集等几种形式，其作用是把前方的漂浮垃圾引导过来, 收集后提升在专用的垃圾存储箱内。水面垃圾自动打捞船采用成熟的技术、简单的结构和巧妙的方法，可以自动地把其快速行进所到之处的水面漂浮物和半漂浮物打捞到船上，整个打捞过程无需人工参与，安全性非常好，效率是人工打捞的几百倍。
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，为社会主义生态文明建设，实现美丽的中国梦做出贡献。
4
二 方案构思和拟定
水面垃圾自动打捞船主要针对的是城市和风景区河道、湖泊水域的水面垃圾收集。根据调查和分析，其水面垃圾主要有稻草、烂蔬菜、塑料袋、软包装、饮料盒、塑料泡沫、瓜皮等。由于受河道过往船只形成的浪涌及潮水的冲击，水面垃圾一般集中在两侧的江岸、堤坝、湖边及拐角回流区，而河道和湖泊的中央几乎没有垃圾，因此要求收集船尺寸小，操作灵活、零航速作业效能好。
根据以上要求，并参阅国内外水面垃圾收集船资料，对多种收集水面垃圾装置方案进行比较、综合分析及论证，同时考虑到目前管理、维修水平及经济条件等因素，我们采用了双体船型方案。
针对这些，本方案引入了“局部到整体”的设计方案。也就是根据各部分要实现的功能，依次设计出各个机构，再进行虚拟装配，排除干涉，达到设计的目的。
本船主要由船体；动力装置；导水叶轮和链传动带动传输带组成的传输装置及垃圾储存装置等几个部分组成。该方案是通过一设于双船体间的叶轮造流，将船体前方垃圾吸入垃圾收集区，再通过链传动带动的传输带传输至垃圾储存箱中。等垃圾收集任务完成，船体泊岸后，设于岸边的吊车把垃圾仓吊至转运汽车上，收集作业完毕。作业流程如图2-1所示。
水面垃圾
岸边收集 叶轮造流 垃圾收集区
垃圾储存箱 传输垃圾 图2-1 收集船收集流程图
考虑到垃圾收集的水域特点和收集的快速性、实用性，我们本着以更简单、更快捷、更可靠地完成自动收集垃圾任务的原则对收集船进行了设计与制作，在机构和船体的设计上有不上创新与特色点。
5
三 船体的设计
3.1船体的结构设计
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。
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。 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。
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：
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； 8) 船的平衡稳定性是否保证。
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打捞船的整体结构如图3-1所示：
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；
6