針對絞吸式挖泥船吸揚系統(tǒng)匹配選型不佳和產(chǎn)量預測不準等問題,利用數(shù)字仿真建模技術(shù)重構(gòu)絞吸挖泥船吸揚系統(tǒng)的鏡像數(shù)字模型。針對不同的絞吸挖泥船,通過調(diào)整模型參數(shù)可求解得到與之相對應(yīng)的各子系統(tǒng)數(shù)字模型。在絞刀及其驅(qū)動系統(tǒng)中定量分析了絞刀轉(zhuǎn)速、橫移速度和吸口流速與泥漿比重的關(guān)系;在泥泵與管路系統(tǒng)中根據(jù)相似定律構(gòu)建了泥泵-管路模型,研究了不同土質(zhì)和泥漿濃度對泥泵揚程的影響,并求解預測出不同管道流速下的施工最佳工況點。將仿真系統(tǒng)應(yīng)用到實驗室小型疏浚平臺上進行試驗驗證,試驗結(jié)果顯示數(shù)字系統(tǒng)能準確預測施工動態(tài)參數(shù)和產(chǎn)量,并能提前為施工策略提供指導性建議。 

【文章來源】：船舶工程. 2020,42(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

數(shù)字吸揚系統(tǒng)示意圖—62—

絞吸挖泥船吸揚系統(tǒng)數(shù)字仿真匹配計算—63—1.2試驗臺吸揚系統(tǒng)性能參數(shù)小型疏浚模擬試驗臺是對應(yīng)某絞吸式挖泥船按照一定相似比研制的，其物理實體部分幾何尺寸按照1∶14.28研制。試驗臺折算后的施工參數(shù)與實船是一一對應(yīng)的，模擬試驗臺與對應(yīng)實船的施工參數(shù)對比見表1，對應(yīng)實船物理絞刀的主要參數(shù)見表2。在進行驗證試驗時，絞刀瞬時切削過程見圖3。表1試驗臺與實船工況參數(shù)對比表施工參數(shù)試驗臺范圍折算實船折算比絞刀轉(zhuǎn)速/(r/min)10～3502～900.265橫移速度/(mm/s)1.0～603.78～2273.78吸泥口流速/(m/s)0.39～0.661.5～2.53.78絞刀下方角度/(°)0～400～401表2實船絞刀參數(shù)表參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值輪轂高/mm769底端直徑/mm780上凹槽深/mm30外側(cè)上端直徑/mm742下凹槽深/mm60頂端夾角/(°)65內(nèi)徑上半部高/mm179大環(huán)高/mm180輪轂內(nèi)徑/mm460大環(huán)內(nèi)徑/mm2330頂端直徑/mm630大環(huán)外徑/mm2810圖3切削過程2絞刀及其驅(qū)動系統(tǒng)在吸口泥漿形成過程中，對絞刀及其驅(qū)動電機建立虛擬數(shù)字模型，該數(shù)字模型可根據(jù)實際施工船只修改相關(guān)參數(shù)，建立施工船只的數(shù)字仿真模型。在實船施工前，該模型可提前預測施工過程中絞刀轉(zhuǎn)速、吸口流速和橫移速度等各相關(guān)參數(shù)之間的工況關(guān)系。為驗證數(shù)字模型的可靠性，在小型疏浚模擬裝置上進行試驗驗證。該數(shù)字系統(tǒng)選用了Durand臨界流速計算模型[9]，計算每次施工條件的臨界流速vm0為1/2swm0LwvF2gD（1）式中：FL為淤積修正系數(shù)；g為重力加速度，m/s2；ρ

()π2mcVVVPQSvDvfVfSVDvDvVfSDvnRvJJvJJdZnvbdvZnddDv（13）式中：Dp為排泥管直徑，m。本文主要通過探究絞刀轉(zhuǎn)速、吸口流速和絞刀橫移速度分別對泥漿比重的影響來對比鏡像模型與物理實體之間的差異。在每一個設(shè)定工況條件下，數(shù)字系統(tǒng)為模擬傳感器信號，針對絞刀的切削量進行計算預測，設(shè)定每5s迭代一次，模擬施工狀態(tài)30min，即在每個工況下的絞刀切削量為360次迭代計算的平均值，這極大地增加了模型的準確度。圖4為吸口處的仿真示意圖，包括絞刀驅(qū)動系統(tǒng)與絞刀、泥泵系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)三大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)。圖4吸口處仿真模型示意圖2.1絞刀轉(zhuǎn)速對泥漿比重的影響在研究絞刀轉(zhuǎn)速對泥漿比重的影響時，數(shù)字模擬系統(tǒng)和物理實體同時設(shè)定絞刀轉(zhuǎn)速nc從20r/min～60r/min勻速加速運行，而絞刀橫移速度vs=0.2m/s、吸口流速vm=2.0m/s保持不變。驗證試驗主要選擇了5個典型的工況點進行鏡像數(shù)據(jù)和施工數(shù)據(jù)對比分析。泥漿比重和泥漿濃度隨絞刀轉(zhuǎn)速的變化見圖5和圖6。分析圖5可知：在絞刀維持正常施工轉(zhuǎn)速（20r/min～60r/min）的情況下，挖泥船切削的泥沙體積隨絞刀轉(zhuǎn)速提高而減小，并且絞刀頭的泥沙泄漏量與內(nèi)部泥沙體積成正比變化；泥漿比重隨著絞刀轉(zhuǎn)速增加而減校分析圖6可知：在絞刀位置平穩(wěn)運行轉(zhuǎn)速（35r/min～50r/min）時，鏡像數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)重合度極高，預測精度較高；在其他轉(zhuǎn)速下，鏡像數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相差都在2.5%以內(nèi)，預測效果良好。圖5泥漿比重隨絞刀轉(zhuǎn)速變化圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]絞吸挖泥船疏浚系統(tǒng)三維設(shè)計研究[J]. 于國躍.  船舶. 2015(05)
[2]挖泥船作業(yè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]. 陳國平,王慶豐,陶國良.  船舶工程. 2004(03)

博士論文
[1]絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)優(yōu)化與控制研究[D]. 唐建中.浙江大學 2007
[2]絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)過程的建模與仿真[D]. 張翔.武漢理工大學 2002

碩士論文
[1]絞吸挖泥船挖掘過程數(shù)字化仿真及應(yīng)用[D]. 段志龍.天津大學 2014
[2]絞吸式挖泥船吸揚系統(tǒng)動態(tài)匹配優(yōu)化及評價方法研究[D]. 黃豪飛.武漢理工大學 2011
[3]挖泥船泥沙輸送動態(tài)特性研究[D]. 王海榮.上海交通大學 2009



本文編號：3026350