1.1研究背景

近年来，由于耙吸挖泥船具有能够独立完成挖、装、运、卸、吹填等疏浚全过程作业,并能自换场地,且具有作业时不碍航的特点,,在市场竞争和工作状况等方面拥有诸多优势，并随着技术的发展，耙吸挖泥船的应用不仅仅局限在传统的航道整治、防洪抢险和农田水利建设等领域，也逐渐延伸到建设大型港口、吹填造地、建设人工岛屿、海底管道铺设、采矿、水域清污以及海防建设等众多领域，在市场需求的推动下，耙吸挖泥船技术研究逐渐成为热点。

耙头是耙吸挖泥船重要疏浚设备之一,它的基本结构由固定体、活动罩、短轴、衬套、喷嘴、挡板、耙齿、连杆插销、引水窗、格栅等组成。它安装在耙吸管最下端,挖泥作业时耙头紧贴水底泥面,在船的拖曳下松土挖泥,依靠泥浆泵和吸泥管（耙吸管）清除在海床上被挖的泥沙，泥浆泵启动后，吸泥管在压差作用下借助水流冲刷将海床上的泥沙。其中耙头疏松水底泥砂是有三种方式和特点:

第一种方式是冲刷。由泥泵提供动力,泥泵在运转时使耙头吸口附近产生真空,耙头周围的水以高速从缝隙中进入耙头内,运动的水流带动泥砂形成冲刷。这种方式在挖掘淤泥、松散砂时十分有效。

第二种方式是高压冲水。利用舱内高压冲水提供的压力水经管路到耙头内,再由底部一排喷嘴射出。疏浚土质在高速水柱的作用下被切割、冲散,并将泥砂颗粒悬浮,在耙头真空作用下被吸入泥泵。这种方式对中细砂、密实细砂效果很好,目前已被国内外疏浚厂商广泛使用。

第三种方式是机械切削。安装在耙头底部的耙齿在挖泥拖曳时耙齿深入土中,象农村耕田犁地一样利用机械方式破土切削,使泥砂松散,与水混成泥浆被吸入泥泵。

早期的耙头主要靠冲刷原理来挖淤泥。后来在冲刷条件下又增加了机械切削。目前使用的耙头大多是以上三种方式的有机组合,进一步提高挖泥浓度，其性能直接决定耙吸挖泥船的生产效率和生产成本，耙吸式挖泥船在南海吹填造陆发挥了至关重要的作用位于我国漫长海岸线上的主要港口与进港航道的底质复杂多变, 经常会遇到密实板结粉土、细沙和硬质粘土的情况, 这种难挖的土质直接影响了耙吸挖泥船的生产效率和施工进度，对于硬质黏土，耙头工作时常常会造成堵耙的现象，如何解决耙吸船在这些疏浚工程高效率作业的问题，是扩大耙吸挖泥船适用范围的一个重要方向，需要对耙头内流场进行分析，对其结构优化提出建议，为耙头设计提供有价值的参考。国内外疏浚行业对耙头新技术的研发都高度重视。

1.2国内外研究现状

目前，国外Delft大学疏浚实验室的Miedema S.A教授对耙头有较全面理论研宂，其研究方向涉及不同切削角时的切削机理和切削阻力、数学模型和数值分析方法、有限元计算分析结果、孔隙水压力计算和密实硬质土的切削等方面。日本、荷兰和美国等疏浚工业发达的国家对挖泥船研究起步较早，已经拥有较为成熟的疏竣仿真系统。

另外国外各疏浚公司和挖泥船制造商针对不同的工作环境，也不断对耙头进行研发，设计制造了众多高效专用主动耙头。如比利时国际疏浚公司为了疏浚硬粘土，研发了带有最大射流压力可达到38Mpa的超高压射流系统（DRACULA）的专用耙头，这种专用耙头可提高产量１５％～27％，并使挖泥船的平均油耗降低５％，同时还减少耙头的堵塞现象；该公司还为耙吸挖泥船“Pallieter”号研发安装了一套复杂高压冲水系统的新型主动耙头，该耙头水门由活动罩上的液压油缸控制，据报道其有极强的挖掘能力，可以近乎对原状土进行挖掘。荷兰Boskalis公司针对疏浚粘土夹砾石的难挖土质专门开展了试验研宄，并成功研发出了具有强劲的高压冲水系统的专用主动耙头。