絞吸挖泥船模擬機實現(xiàn).pdf

1、隨著疏浚行業(yè)不斷發(fā)展的市場需求和科技進步，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)范等也越來越復(fù)雜，因此疏浚模擬機的研制顯得越來越重要。 本文介紹了絞吸挖泥船模擬機實現(xiàn)的相關(guān)研究工作，它是江蘇省科技廳的科技公關(guān)項目“大型特種工程船自動化系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)”中的一個重要子課題。本文的“絞吸挖泥船輸送系統(tǒng)沿程壓降優(yōu)化計算方案”和“絞吸挖泥船排泥管工況預(yù)測模型”等研究成果已經(jīng)

2、在疏浚自動化工程中得到初步應(yīng)用，并獲得了一些肯定。針對傳統(tǒng)水力學(xué)經(jīng)驗公式只適用于特定土質(zhì)范圍，不能滿足絞吸挖泥船實際應(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)計算方案計算管道壓降。模擬試驗結(jié)果表明采用此方案后，在絞吸挖泥船常見土質(zhì)范圍內(nèi)計算精度明顯提高。根據(jù)現(xiàn)有水力學(xué)理論不能直接通過計算來預(yù)測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)測模型。模型計算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)對比結(jié)果表明本預(yù)測模型基本滿足工程預(yù)測要求。在挖泥模擬系統(tǒng)中，分析了已有絞刀電機模型，得到絞刀電機的機械特性曲線和絞刀的機械特性曲線，并給出以兩條曲線的交點來確定絞刀電機的穩(wěn)態(tài)工作點的例子。最后在模擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，根據(jù)目前國內(nèi)外發(fā)展的情況給出了我國絞吸挖泥船模擬機的模擬現(xiàn)實效果，軟件部分采用近年來熱門的高開發(fā)效率平臺C＃.NET 實現(xiàn)。隨

4、著疏浚行業(yè)不斷發(fā)展的市場需求和科技進步，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)范等也越來越復(fù)雜，因此疏浚模擬機的研制顯得越來越重要。 本文介紹了絞吸挖泥船模擬機實現(xiàn)的相關(guān)研究工作，它是江蘇省科技廳的科技公關(guān)項目“大型特種工程船自動化系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)”中的一個重要子課題。本文的“絞吸挖泥船輸送系統(tǒng)沿程壓降優(yōu)化計算方案”和“絞吸挖泥船排泥管工況預(yù)測模型”等研究成果已經(jīng)在

5、疏浚自動化工程中得到初步應(yīng)用，并獲得了一些肯定。針對傳統(tǒng)水力學(xué)經(jīng)驗公式只適用于特定土質(zhì)范圍，不能滿足絞吸挖泥船實際應(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)化計算方案。考慮現(xiàn)有理論、土質(zhì)本身特點以及這些土質(zhì)在輸送過程中的不同表現(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,然后對這三種分類分別提出計算方法。對于土質(zhì)為純粘塑性物料的情況屬于傳統(tǒng)計算方法比較適用的范圍，因此不對原方案作改動。非粘性物料為主

6、要成分時采用Duran的重力理論模型來計算。泥漿含膠結(jié)固化物料時采用兩相載體的思想，但不直接使用Wasp的方法，而是綜合上兩種計算方法得到一個較簡單的公式。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)計算方案計算管道壓降。模擬試驗結(jié)果表明采用此方案后，在絞吸挖泥船常見土質(zhì)范圍內(nèi)計算精度明顯提高。根據(jù)現(xiàn)有水力學(xué)理論不能直接通過計算來預(yù)測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)測模型。包括壓力預(yù)測、流速預(yù)測、濃度預(yù)測和平均濃度預(yù)測。絞吸挖泥船的工況監(jiān)測目前已經(jīng)進入實際應(yīng)用階段，但監(jiān)控能力還非常有限。其中對排泥管工況監(jiān)測的研究的進展比較緩慢，傳統(tǒng)方案大多靠安裝大量傳感器來實現(xiàn)一部分的參數(shù)監(jiān)測，對工況預(yù)測的研究就更加鮮有所聞。本文的絞吸挖泥船的工況預(yù)測數(shù)學(xué)模型結(jié)合了工況的監(jiān)測和預(yù)測，并且避免了陳舊方案安裝大量傳感器所帶來的成本負(fù)擔(dān)和其它負(fù)面影響，同時又可以保留大量數(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算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)對比結(jié)果表明本預(yù)測模型基本滿足工程預(yù)測要求。在絞刀電動機拖動系統(tǒng)的模型中，由于缺乏調(diào)速系統(tǒng)的詳細資料和技術(shù)數(shù)據(jù)，不能建立其精確的模型，在絞刀電動機的特性方程中不能確定其電樞電壓U的動態(tài)值。為此將這個問題簡化為求取拖動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點來解決。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模型，得到絞刀電機的機械特性曲線和絞刀的機械特性曲線，并給出以兩條曲線的交點來確定絞刀電機的穩(wěn)態(tài)工作點的例子。通過這種方法可以計算出挖掘不同土質(zhì)時的絞刀電機工作點，這樣輔助決策系統(tǒng)就可以通過土質(zhì)把挖泥系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)結(jié)合起來。 最后在模擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，根據(jù)目前國內(nèi)外發(fā)展的情況給出了我國絞吸挖泥船模擬機的模擬現(xiàn)實效果和軟件方案，軟件部分采用近年來熱門的高開發(fā)效率平臺C＃.NET 實現(xiàn)。由于軟件工