成果簡介科學(xué)技術(shù)獎
典型疏浚土耙齒切削機理研究與應(yīng)用
主要完成單位：中交天津航道局有限公司、中交(天津)生態(tài)環(huán)保設(shè)計研究院有限公司、
中交(天津) 疏浚 工程有限公司、天津市疏浚工程技術(shù)企業(yè)重點實驗室
1、項目基本情況
針對疏浚工程中遇到的含水量低、堅硬難挖的硬質(zhì)土，生產(chǎn)效率較低的問題，該項目采用理論分析、室內(nèi)實驗、數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法，對疏浚工程中遇到的挖掘難度較大的土質(zhì)，硬質(zhì)黏土、密實粉土的切削機理進(jìn)行了研究；開展了硬質(zhì)黏土單耙齒低高速切削、多耙齒高速切削，密實粉土單耙齒及多耙齒高速切削、高壓沖水破土、耙齒入土壓力等實驗研究；建立了硬質(zhì)黏土、密實粉土切削阻力計算模型；應(yīng)用提出的切削力計算模型優(yōu)化了硬質(zhì)粘土、密實粉土耙頭設(shè)計及施工工藝。形成了典型疏浚土耙齒切削實驗、力學(xué)模型和數(shù)值仿真系列研究方法，并應(yīng)用于挖泥機具的設(shè)計及疏浚施工工藝的優(yōu)化中。
2、技術(shù)難點和特點
該項目針對硬質(zhì)黏土、密實粉土典型疏浚土的挖掘機理，進(jìn)行了不同切削工況的室內(nèi)實驗，包括不同切削角度、深度、速度以及單耙齒、多耙齒、入土壓力及高壓沖水實驗。與國內(nèi)外現(xiàn)有研究對比，該項目進(jìn)行的切削實驗覆蓋工況廣，研究更加深入，取得了系列化研究成果。
該項目采用理論分析及實驗方法，建立了耙齒切削硬質(zhì)黏土、密實粉土切削阻力計算模型，并用于優(yōu)化挖泥機具設(shè)計及施工工藝。與國內(nèi)外現(xiàn)有的土體切削阻力計算模型比較，該項目建立的切削阻力計算模型，考慮了高速切削、水下切削及多耙齒切削等因素的影響，更加符合疏浚工程特點，對耙齒阻力的計算更加精確。
3、主要成果和創(chuàng)新點
（1） 開展了硬質(zhì)黏土單耙齒低高速切削、多耙齒高速切削，密實粉土單耙齒及多耙齒高速切削、高壓沖水破土、耙齒入土壓力等實驗研究，提出了硬質(zhì)黏土、密實粉土切削深度、切削角度、切削速度及多耙齒切削等因素對耙齒切削力的影響規(guī)律，揭示了耙齒切削典型硬質(zhì)疏浚土的機理。
（2）建立了硬質(zhì)黏土二維、三維耙齒切削阻力計算模型和三維有限元數(shù)值仿真模型；首次引入了切削速度系數(shù)及多耙齒切削影響系數(shù)，提高了模型的計算精度。
（3）基于陸地機械土體切削力計算模型，首次引入了水、切削速度、切削角度及多齒切削等影響因素，建立了適合于疏浚工程特點的密實粉土耙齒切削阻力計算模型。
（4）提出了切削力計算模型和實驗成果，優(yōu)化了硬質(zhì)粘土、密實粉土耙頭設(shè)計及施工工藝，增強了耙齒入土能力，降低了耙頭挖掘阻力。
4、成果應(yīng)用
該項研究成果已成功應(yīng)用于唐山港京唐港區(qū)25萬噸級航道工程和盤錦港榮興港區(qū)10萬噸級航道工程，解決了大型耙吸船通途輪及通遠(yuǎn)輪施工過程中遇到了硬質(zhì)粘土、密實粉土挖掘受限的難題；優(yōu)化設(shè)計了適用于硬質(zhì)黏土、密實粉土新型耙頭，提升了入土能力，使得同等船舶拖曳力條件下耙吸船的挖掘生產(chǎn)率分別提高了13%和20%。
5、經(jīng)濟和社會效益
該項研究成果已成功應(yīng)用于唐山港京唐港區(qū)25萬噸級航道工程和盤錦港榮興港區(qū)10萬噸級航道工程，為我國港口航道建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)，為企業(yè)創(chuàng)造利潤2265萬元，經(jīng)濟和社會效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。
