耙吸挖泥船耙臂水下安全控制技术研究与应用.pdf
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1、耙吸挖泥船耙臂水下安全控制技术研究与应用潘永军1,毕鹤鸣2,吴昊3,周昭旭1*(1.中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司,上海201208;2.中国交通建设集团有限公司,北京100088;3.中交疏浚(集团)股份有限公司,上海201208)摘要:耙吸挖泥船耙臂在施工过程中受浪流和泥面凹凸不平影响,在水平和垂直2个方向均会发生偏移,而操耙手无法直接观察到耙臂在水下的状态,需通过安装在耙臂上的水平和垂直传感器实时感知耙臂姿态,依靠人工调节耙臂绞车,实现耙臂水下安全施工作业,调节过程完全依靠人工经验进行操作,调节效果因人而异。针对人工操作的弊端,研究提出了耙臂水下施工安全控制技术,实现耙臂水下施
2、工过程自动无人化控制,技术成果在4艘3 000 m3等级耙吸挖泥船实船应用,应用效果显著,可适应多种施工工况,实现大面积推广应用。关键词:耙吸挖泥船;全自动控制;耙臂控制中图分类号:U674.31文献标志码:B文章编号:2095-7874(2024)01-0089-04doi:10.7640/zggwjs202401016Research and application of underwater safety control technologyfor suction tube of TSHDPAN Yong-jun1,BI He-ming2,WU Hao3,ZHOU Zhao-xu1*(1
3、.CCCC National Engineering Research Center of Dredging Co.,Ltd.,Shanghai 201208,China;2.China CommunicationsConstruction(Group)Co.,Ltd.,Beijing 100088,China;3.CCCC Dredging(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 201208,China)Abstract:The suction tube of THSD is affected by waves,currents,and uneven ground during c
4、onstruction,causingdisplacement in both horizontal and vertical directions.The operator cannot directly observe the underwater state of the suctiontube,it is necessary to sense the suction tube posture in real-time through horizontal and vertical sensors installed on thesuction tube,and manually adj
5、ust the suction tube winch to achieve safe underwater construction operations of the suction tube.The adjustment process relies entirely on manual experience,and the adjustment effect varies from person to person.Aiming atthe disadvantages of manual operation,a set of safety control technology for u
6、nderwater construction of suction tube has beenproposed,achieving automatic and unmanned control of the underwater construction process of suction tube.The technicalachievements have been applied on four 3 000 m3TSHDs,and the effect is significant.It can adapt to various constructionconditions and a
7、chieve large-scale promotion and application.Key words:TSHD;full-automatic control;suction tube control中国港湾建设China Harbour Engineering第44卷第1期2024年1月Vol.44No.1Jan.2024收稿日期:2023-08-28修回日期:2023-10-13作者简介:潘永军(1990),男,江苏南通人,硕士,工程师,主要从事船舶电气自动化研究工作。*通讯作者:周昭旭,E-mail:zhouzhaoxu cccc-0引言耙吸挖泥船是航道开挖、围堰造岛重器,广泛应用
8、于疏浚工程1。随着计算机技术在21世纪的发展,针对逐渐成熟的疏浚工艺以及作业流程,疏浚设备以及系统集成厂商已将全自动控制系统在部分船舶上得到应用2。耙臂作为耙吸挖泥船水下施工的主要设备,受水下施工环境影响,操耙手无法直接观察耙臂实时状态,需采用感知技术监测耙臂水下姿态,通过人工干预保障耙臂水下施工安全3。为了更高效地保障耙臂水下施工安全,减轻人工操作的负担,本文在分析研究耙臂水下施工工艺过程的基础上提出一项耙臂水下施工安全控制技术,并与感知技术相结合,实现耙臂水下施工过程自动无中国港湾建设2024年第1期图3波浪补偿器中间位置控制Fig.3Middle position control of
9、swell compensator人化控制。1研究背景及技术路线1.1耙臂系统耙臂安装在耙吸挖泥船船舷两侧,单个耙臂系统配备3台绞车及3个吊架,由其实现整个耙臂施工过程控制,施工图见图1。耙臂系统由疏浚台的绞车手柄控制耙头和耙中液压绞车实现水下施工,弯管绞车在水下施工时禁止动作,耙臂绞车水下施工工艺如图2所示。当弯管绞车下放至吸口位置时,泥泵运行进入施工状态,耙头绞车控制耙头着地,耙中绞车控制万向节将上下耙臂保持在一定角度范围内施工。耙臂水下施工过程中,耙头波浪补偿器会随着耙头着地而弹起,而波浪补偿器的行程是一定的(约03 m),不能让波浪补偿器无限的弹起,在达到一定高度时需控制耙头绞车,将波
10、浪补偿器行程控制在可控范围内;耙臂的万向节是柔性连接上下耙臂,下水后上下耙臂会随着耙头着地后地面拉力及水下浪流的影响,水平和垂直角度均会发生变化,当角度变化超出一定范围后,人工干预调节耙头或耙中绞车,将水平和垂直角度控制在安全范围内。1.2技术路线耙臂水下安全作业控制受水下施工环境影响,操作人员无法直接观察耙臂在水下的实际情况,通过感知技术反馈的耙臂姿态进行人工干预,该过程存在着一定的滞后性,安全性存在隐患。针对人工操作的局限性,梳理了耙臂水下施工工艺技术,提出一项耙臂水下施工安全控制技术,在此基础上开展耙吸挖泥船耙臂水下安全控制研究4。针对耙臂水下控制3种情况:波浪补偿器位置控制,耙臂水平角
11、度控制,耙臂垂直角度控制,分别使用了不同的控制方法。2耙臂水下施工安全控制技术本文提出耙臂水下施工安全控制技术从3个方面展开:波浪补偿器位置控制、耙臂水平角度控制、耙臂垂直角度控制。2.1波浪补偿器位置控制2.1.1控制原理波浪补偿器用于维持耙头对海床的压力,控制钢丝绳张力在预设的范围内变化,防止钢缆自由松弛和再度张紧5。当船舶受波浪影响向上运动,或耙头沿海床向下运动时,要保持耙头在海床的位置不变,水面以下的钢丝绳变长,船上的钢丝绳变短,钢丝绳张力变大,油缸在钢丝绳张力的作用下被缩回;反之,当船舶受波浪影响向下运动,或耙头沿着海床被迫向上运动时,水面以下的钢丝绳变短,而船上的钢丝绳变长,钢丝绳
12、张力变小,为维持钢丝绳的张力,油缸在油压的作用下伸出,钢丝绳张力抵消了耙头对海床压力加大的倾向6。2.1.2控制方式波浪补偿器中间位置控制示意图见图3。图1耙臂水下施工图Fig.1Underwater construction of suction tube图2耙臂水下施工控制方式图Fig.2Control method for underwater construction ofsuction tube弯管在吸口位置波浪补偿器位置垂直角度偏移水平角度偏移控制耙头耙中绞车耙管水下安全施工机械最低位置波浪补偿器最低位置绞车控制中间位置波浪补偿器最高位置机械最高位置绞车控制下耙管波浪补偿器90窑窑
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