灌溉渠道清淤方法研究及设备开发

发布时间：2020-06-27 19:09

【摘要】：灌溉渠道是农业生产中必不可少的水利设施。渠道在运行过程中,由暴雨、洪水等因素引起的水土流失,会造成渠内沉积淤泥,减少过流面积,使水流速度降低、流量减少,影响灌溉效率。受渠道宽度和水深限制,并考虑渠道的防渗漏要求,现有河道清淤设备无法在渠道中进行清淤作业,以致长期以来,渠道淤泥清理都是人工作业完成。随着人口出生率下降和农村剩余劳动力的减少,渠道清淤已成为现代农业水利建设亟待解决的问题。本课题拟通过对现有清淤方法的研究,开发一种适合灌溉渠道的清淤设备,实现在不空渠、不损伤渠道、不影响渠道周边环境的条件下完成渠道的清淤作业。该设备的开发对提高渠道的灌溉能力,确保灌区粮食产量具有重要意义。论文的主要研究内容如下:1.渠道水文参数及淤泥物理特性试验研究。分析了委托单位提供的渠道淤积深度,淤泥颗粒分布等渠道水文参数,并用试验的方法测得了渠道淤泥的密度、孔隙率、含水率、内摩擦角、粘聚力等物理及力学特性参数,为清淤设备的方案制定及相关数值模拟提供了数据基础。2.在分析了现有清淤方法优缺点的基础上,提出了一种“绞-冲”式清淤方法,该清淤方法将绞刀切削、射流冲刷两种方式结合起来使泥沙起动,利用渠道水流将泥沙带走至下游农田。论文从泥沙起动条件、渠道挟沙能力、泥沙输送距离三个方面进行理论分析,论证了“绞-冲”式清淤方法的可行性。3.基于FLOW-3D平台,结合所制定的清淤方案及所测得淤泥特性参数,对不同射流角度下的射流冲刷进行数值模拟,发现冲刷角在45°左右更有利于泥沙起动,相较于其它冲刷角度,该角度下的冲刷坑面积更大,深度更深;并在45°冲刷角条件下,对不同流速的射流冲刷进行仿真计算,分析不同流速下短时间内的冲刷坑深度,当射流流速为17m/s时,冲刷坑深度满足要求。4.基于LS-DYNA平台,采用所测得淤泥特性参数,对绞刀切削淤泥过程进行动力学分析,得到了切削过程中绞刀的切削阻力曲线及阻力矩曲线,在切削过程中,绞刀转速为90r/min,移速为0.3m/s的情况下,单组绞刀所受最大阻力为45N,所受最大阻力矩为13.5N·m。5.设计了渠道清淤船原理样机,尤其对淤泥清理装置进行了详细设计,并基于数值模拟得到的射流冲刷系统及绞刀切削系统的工作参数,对驱动绞刀的液压系统及水射流系统进行了设计计算,并采用flowmaster软件对所设计的水射流系统进行了仿真,发现喷嘴流速基本符合清淤作业需求。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S277
【图文】：

韶山灌区

图 1.1 韶山灌区清淤现场为解决人工清淤生产效率低、劳动强度大、农村剩余劳动力缺乏且空渠作业影响居民生活的问题，本文旨在开发机械化程度及工作效率较高、适宜灌溉渠道清淤工设备，要求在清淤等作业过程中不空渠，不损伤渠道，不影响渠道周边作物和不破村环境，并满足渠道畅通、农田灌溉和美丽乡村建设要求。本课题对保障灌区的粮量，建设优越乡村环境、促进我国农业经济的发展有着至关重要的意义。国内外研究动态.1 清淤方法综述河道的淤积会给输水，通航带来极大不便，所以疏浚业兴起较早，1770 年世界艘真正意义上的链斗式挖泥船在荷兰问世，随着科学技术的发展，越来越多的学者

淤泥清理,干挖

对于那些没有防洪、排洪、流量较小的河道，一般采用干挖淤泥清理的方式进行如图 1.3 所示，将河道的水排干后，如果道路条件允许，则采用挖掘机对淤泥进，挖出的淤泥直接由工程车往外运输，对于无法满足工程车辆通行的河道，则采挖掘、运输淤泥，干挖淤泥清理方式的优点在于淤泥清理较为彻底，对设备和技不高，清理出的淤泥含水率较低，易于处理[17]。但是该方法如果用于渠道淤泥清端较多，首先，灌溉渠道覆盖面积大，长度较长，清淤工作量大，如果采用干挖，则需长时间停水断流，影响相关企业的生产，造成经济损失。其次，渠道周围况较差，大部分渠段无法通行工程车辆，只能采用人工清理的方式进行，其效率成本较高。最后，淤泥岸边堆放不仅会占用土地资源，而且会造成二次污染。

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