絞吸挖泥船模擬機(jī)實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著疏浚行業(yè)不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求和科技進(jìn)步，挖泥船制造技術(shù)得到不斷更新和完善，使其向更加大型化、自動(dòng)化、環(huán)?；姆较虬l(fā)展，挖泥船的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作規(guī)范等也越來(lái)越復(fù)雜，因此疏浚模擬機(jī)的研制顯得越來(lái)越重要。 本文介紹了絞吸挖泥船模擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)研究工作，它是江蘇省科技廳的科技公關(guān)項(xiàng)目“大型特種工程船自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)發(fā)”中的一個(gè)重要子課題。本文的“絞吸挖泥船輸送系統(tǒng)沿程壓降優(yōu)化計(jì)算方案”和“絞吸挖泥船排泥管工況預(yù)測(cè)模型”等研究成果已經(jīng)

2、在疏浚自動(dòng)化工程中得到初步應(yīng)用，并獲得了一些肯定。針對(duì)傳統(tǒng)水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式只適用于特定土質(zhì)范圍，不能滿足絞吸挖泥船實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)的多種土質(zhì)混合現(xiàn)象，本文提出一種根據(jù)不同土質(zhì)選用適當(dāng)公式的優(yōu)化計(jì)算方案。由此可以根據(jù)傳感器獲得的土質(zhì)特征判斷當(dāng)前管道段土質(zhì)，然后使用相應(yīng)計(jì)算方案計(jì)算管道壓降。模擬試驗(yàn)結(jié)果表明采用此方案后，在絞吸挖泥船常見(jiàn)土質(zhì)范圍內(nèi)計(jì)算精度明顯提高。根據(jù)現(xiàn)有水力學(xué)理論不能直接通過(guò)計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)絞吸挖泥船排泥管工況的現(xiàn)狀，本文建立了排

3、泥管的管道模型，并在此基礎(chǔ)上給出一種基于采樣系統(tǒng)的絞吸挖泥船排泥管工況預(yù)測(cè)模型。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表明本預(yù)測(cè)模型基本滿足工程預(yù)測(cè)要求。在挖泥模擬系統(tǒng)中，分析了已有絞刀電機(jī)模型，得到絞刀電機(jī)的機(jī)械特性曲線和絞刀的機(jī)械特性曲線，并給出以兩條曲線的交點(diǎn)來(lái)確定絞刀電機(jī)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的例子。最后在模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展的情況給出了我國(guó)絞吸挖泥船模擬機(jī)的模擬現(xiàn)實(shí)效果，軟件部分采用近年來(lái)熱門(mén)的高開(kāi)發(fā)效率平臺(tái)C＃.NET 實(shí)現(xiàn)。隨

4、著疏浚行業(yè)不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求和科技進(jìn)步，挖泥船制造技術(shù)得到不斷更新和完善，使其向更加大型化、自動(dòng)化、環(huán)?；姆较虬l(fā)展，挖泥船的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作規(guī)范等也越來(lái)越復(fù)雜，因此疏浚模擬機(jī)的研制顯得越來(lái)越重要。 本文介紹了絞吸挖泥船模擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)研究工作，它是江蘇省科技廳的科技公關(guān)項(xiàng)目“大型特種工程船自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)發(fā)”中的一個(gè)重要子課題。本文的“絞吸挖泥船輸送系統(tǒng)沿程壓降優(yōu)化計(jì)算方案”和“絞吸挖泥船排泥管工況預(yù)測(cè)模型”等研究成果已經(jīng)在

5、疏浚自動(dòng)化工程中得到初步應(yīng)用，并獲得了一些肯定。針對(duì)傳統(tǒng)水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式只適用于特定土質(zhì)范圍，不能滿足絞吸挖泥船實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)的多種土質(zhì)混合現(xiàn)象，本文提出一種根據(jù)不同土質(zhì)選用適當(dāng)公式的優(yōu)化計(jì)算方案。考慮現(xiàn)有理論、土質(zhì)本身特點(diǎn)以及這些土質(zhì)在輸送過(guò)程中的不同表現(xiàn)把它們分成以下粘塑性物料、非粘性物料和膠結(jié)固化物料,然后對(duì)這三種分類分別提出計(jì)算方法。對(duì)于土質(zhì)為純粘塑性物料的情況屬于傳統(tǒng)計(jì)算方法比較適用的范圍，因此不對(duì)原方案作改動(dòng)。非粘性物料為主

6、要成分時(shí)采用Duran的重力理論模型來(lái)計(jì)算。泥漿含膠結(jié)固化物料時(shí)采用兩相載體的思想，但不直接使用Wasp的方法，而是綜合上兩種計(jì)算方法得到一個(gè)較簡(jiǎn)單的公式。由此可以根據(jù)傳感器獲得的土質(zhì)特征判斷當(dāng)前管道段土質(zhì)，然后使用相應(yīng)計(jì)算方案計(jì)算管道壓降。模擬試驗(yàn)結(jié)果表明采用此方案后，在絞吸挖泥船常見(jiàn)土質(zhì)范圍內(nèi)計(jì)算精度明顯提高。根據(jù)現(xiàn)有水力學(xué)理論不能直接通過(guò)計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)絞吸挖泥船排泥管工況的現(xiàn)狀，本文建立了排泥管的管道模型，并在此基礎(chǔ)上給出一種基于采樣

7、系統(tǒng)的絞吸挖泥船排泥管工況預(yù)測(cè)模型。包括壓力預(yù)測(cè)、流速預(yù)測(cè)、濃度預(yù)測(cè)和平均濃度預(yù)測(cè)。絞吸挖泥船的工況監(jiān)測(cè)目前已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，但監(jiān)控能力還非常有限。其中對(duì)排泥管工況監(jiān)測(cè)的研究的進(jìn)展比較緩慢，傳統(tǒng)方案大多靠安裝大量傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)一部分的參數(shù)監(jiān)測(cè)，對(duì)工況預(yù)測(cè)的研究就更加鮮有所聞。本文的絞吸挖泥船的工況預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型結(jié)合了工況的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，并且避免了陳舊方案安裝大量傳感器所帶來(lái)的成本負(fù)擔(dān)和其它負(fù)面影響，同時(shí)又可以保留大量數(shù)據(jù)供事故分析及科研使

8、用。更重要的是這樣的系統(tǒng)與排泥管輔助決策系統(tǒng)緊密關(guān)聯(lián)，它作為為排泥管輔助決策系統(tǒng)的接口，使得實(shí)現(xiàn)當(dāng)前絞吸挖泥船輔助決策系統(tǒng)中所缺少的排泥管防沉淀、防爆管決策模塊成為可能模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表明本預(yù)測(cè)模型基本滿足工程預(yù)測(cè)要求。在絞刀電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的模型中，由于缺乏調(diào)速系統(tǒng)的詳細(xì)資料和技術(shù)數(shù)據(jù)，不能建立其精確的模型，在絞刀電動(dòng)機(jī)的特性方程中不能確定其電樞電壓U的動(dòng)態(tài)值。為此將這個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)化為求取拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)來(lái)解決。因此在挖泥

9、模擬系統(tǒng)中，分析了已有挖掘模型和絞刀電機(jī)模型，得到絞刀電機(jī)的機(jī)械特性曲線和絞刀的機(jī)械特性曲線，并給出以兩條曲線的交點(diǎn)來(lái)確定絞刀電機(jī)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的例子。通過(guò)這種方法可以計(jì)算出挖掘不同土質(zhì)時(shí)的絞刀電機(jī)工作點(diǎn)，這樣輔助決策系統(tǒng)就可以通過(guò)土質(zhì)把挖泥系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。 最后在模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展的情況給出了我國(guó)絞吸挖泥船模擬機(jī)的模擬現(xiàn)實(shí)效果和軟件方案，軟件部分采用近年來(lái)熱門(mén)的高開(kāi)發(fā)效率平臺(tái)C＃.NET 實(shí)現(xiàn)。由于軟件工