杨桢毅 朱汉华 范世东 裴 炯

（武汉理工大学能源与动力工程学院1） 武汉 430063） （兰州理工大学能源与动力工程学院2） 兰州 730050）

0 引 言

在疏浚工程中，绞吸式挖泥船是应用较为广泛的一种船型.绞刀是绞吸式挖泥船的核心挖掘部件，通过绞刀的旋转切割水下土层，使泥沙与水相混合，形成一定浓度的泥水混合体（泥浆），泥浆通过泥泵的真空抽吸作用，经输泥管道输送到排泥场，完成疏浚挖泥过程.

绞刀与所切削的土壤之间存在着较大的挖掘力作用，如何有效地计算出它们的相互作用力对于挖掘机具的设计和降低工程成本起着重要的作用.国内外设计挖泥船绞刀时通常是依靠经验公式确定绞刀尺寸，用波兰斯斐拉公式计算绞刀的切削力.大量试验证明，绞刀所需要的功率的大小由绞刀尺寸、土壤的坚实度、切削泥层厚度和绞刀横移速度等决定.设计者在设计绞刀时力求用小切削力获得高生产率，从而可减少功率消耗.

水饱和沙的二维切削理论分别由van Os［1］，Verruijt［2］，Miedema［3－4］以及van Leussen和van Os［5］提出并发展，如今已经被广泛运用.当泥土的力学参数、挖掘部件的几何结构以及有效挖掘功率为已知时，就能用二维切削理论预测产量.本文基于Miedema的二维切削理论，利用MATLAB求解了绞刀刀臂所受的作用力，用ANSYS对切削过程中进行了挖掘过程和受力分析.

1 绞刀切削力学分析

1.1 切削形式分析

在工程挖泥船上，绞刀都是采用空间曲面的三维螺旋绞刀，这种螺旋型刀臂的结构与形……