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摘 要：文章设计并验证了一种车载式城市窨井清掏机机械臂，用于对城市窨井中的淤积物的掏清，以改变人工清掏效率低以及工作环境恶劣的状况，维护城市排水管的通畅。
关键词：窨井清掏机械臂；结构；设计
1 国内外在本课题上的发展状况
当前国内常使用的清掏淤积物的方法是缓车清淤的办法，就是先用TT片穿过管道后，并将钢丝绳的一端系在绞车上，另一端连接有清通工具系在另一台绞车上，绞车来回往复绞动钢丝绳，带动清淤工具将淤积物刮到下游积水井中或提出井外，然后人工清掏积水井中的淤积物，从而使管道畅通[1]。这种方法只是将淤泥以及其他杂物“推进”窨井底部，再由人工清理窨井底部杂物。
目前国外对下水管道的淤积物的清理方式主要是利用高压吸泥技术来完成。西方国家在60年代就研制出了管道清通车。例如，英国HARBEN公司吸泥车，是一种典型的利用高压技术进行清淤，该吸泥车配用的真空泵，排气量为1270In3/h，吸泥管直径l00mm。意大利的拉雷斯清淤车，携带的真空吸污装置和高压喷水装置，能将深达8米左右的地下管道疏通。
2 窨井清掏机械臂结构设计
2.1 工作原理
窨井清掏机械臂是安装在工程车上的一种工作装置，它是由固定基座和可伸缩机械臂组成，通过伸缩缸的作用使移动体伸出及缩回，并能进行滑移和摆动。窨井清掏机械臂主要是与其联接在一起的伸缩臂和机械手爪配合作用，从而抓取窨井内的淤积物。窨井清掏机械臂的使用会简化清掏重物作业过程，极大地降低工人工作强度，提高工作效率及安全性，改善清掏效果。在城市窨井的清掏作业过程中，发挥了极其重要的作用。
2.2 机械臂的分类
（1）按用途分：机械臂可分为三大类，通用机械臂、专用机械臂和示教再现机械臂。通用机械臂的定位精度高、可工作范围大、通用性强、控制系统独立、程序可变、动作灵活多样，适用于环境不断变化的小批量自动化生产中。专用机械臂是一种具有固定程序而无独立控制系统的机械装置，它附属于主机，动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低廉等特点。适用于大批量的自动化生产。示教再现机械臂是一种具有记忆功能的机械臂，首先在人工的引导下完成所有动作，然后机械臂记忆该动作，不断自动重复执行。
（2）按控制方式分：机械臂可分为两大类及连续轨迹控制和点位控制。连续轨迹控制是指机械臂在空间内的运动轨迹为任意连续曲线，它的最大特点是设定点是无限的并且机械臂的整个移动过程都处在控制之下，可以实现平稳和准确的运动。点位控制是指在空间内的运动为点到点的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。
3 伸缩臂结构设计
3.1 机械臂具体尺寸及结构
3.2壁厚的选择
先初定一个壁厚，并用此壁厚进行强度校核，抗弯校核，如果不满足要求，可从新选定壁厚再次重复以上校核步骤；如果满足要求，根据校核结果，可适当对壁厚进行优化[2-3]
3.3 臂长的确定
小臂在工作时当手爪从窨井中抓起杂物后，必须保证伸缩臂在伸出后的长度在提起杂物过程中不會使得手爪与车架发生干涉而影响正常工作，在工作完毕后伸缩臂在完全收回后的长度也要保证机构不会与车架发生干涉现象。大臂的高度要保证在机构收回后水平长度不会触碰到车头部分，并且有一定的预留空间。
3.4 摆动马达的设计及计算
3.4.1 摆动缸负载的计算
负载可分为静负载，阻性负载和惯性负载。对于本设计而言，主要为惯性负载。
3.4.2 转动惯量的计算
负载转动惯量主要为T形臂与负载，伸缩臂折算到轴上的转动惯量。
则摆动缸输出负载总的转动惯量为：
J=J1+J2+J3
4 结束语
本文创新研究了污水井重物清掏机械自动化设备；对现有的机械清掏式窨井清理进行了机械的改进，极大地提高了污水清掏的作业效率，减少了人员体力浪费，节省了污水处理单位的经济开支。
参考文献
[1]安少军.城市窨井积水井清掏机原理样机的研究[D].哈尔滨工程大学，2007.
[2]陈铁鸣，王连明，王黎钦.机械设计（修订版）[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.
[3]王建国，安娜.机械制图[M].呼和浩特：内蒙古大学出版社，2008，7.