绞吸挖泥船吸扬系统数字仿真匹配计算
发布时间：2021-02-09 22:42
针对绞吸式挖泥船吸扬系统匹配选型不佳和产量预测不准等问题,利用数字仿真建模技术重构绞吸挖泥船吸扬系统的镜像数字模型。针对不同的绞吸挖泥船,通过调整模型参数可求解得到与之相对应的各子系统数字模型。在绞刀及其驱动系统中定量分析了绞刀转速、横移速度和吸口流速与泥浆比重的关系;在泥泵与管路系统中根据相似定律构建了泥泵-管路模型,研究了不同土质和泥浆浓度对泥泵扬程的影响,并求解预测出不同管道流速下的施工最佳工况点。将仿真系统应用到实验室小型疏浚平台上进行试验验证,试验结果显示数字系统能准确预测施工动态参数和产量,并能提前为施工策略提供指导性建议。
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
数字吸扬系统示意图—62—
绞吸挖泥船吸扬系统数字仿真匹配计算—63—1.2试验台吸扬系统性能参数小型疏浚模拟试验台是对应某绞吸式挖泥船按照一定相似比研制的，其物理实体部分几何尺寸按照1∶14.28研制。试验台折算后的施工参数与实船是一一对应的，模拟试验台与对应实船的施工参数对比见表1，对应实船物理绞刀的主要参数见表2。在进行验证试验时，绞刀瞬时切削过程见图3。表1试验台与实船工况参数对比表施工参数试验台范围折算实船折算比绞刀转速/(r/min)10～3502～900.265横移速度/(mm/s)1.0～603.78～2273.78吸泥口流速/(m/s)0.39～0.661.5～2.53.78绞刀下方角度/(°)0～400～401表2实船绞刀参数表参数数值参数数值轮毂高/mm769底端直径/mm780上凹槽深/mm30外侧上端直径/mm742下凹槽深/mm60顶端夹角/(°)65内径上半部高/mm179大环高/mm180轮毂内径/mm460大环内径/mm2330顶端直径/mm630大环外径/mm2810图3切削过程2绞刀及其驱动系统在吸口泥浆形成过程中，对绞刀及其驱动电机建立虚拟数字模型，该数字模型可根据实际施工船只修改相关参数，建立施工船只的数字仿真模型。在实船施工前，该模型可提前预测施工过程中绞刀转速、吸口流速和横移速度等各相关参数之间的工况关系。为验证数字模型的可靠性，在小型疏浚模拟装置上进行试验验证。该数字系统选用了Durand临界流速计算模型[9]，计算每次施工条件的临界流速vm0为1/2swm0LwvF2gD（1）式中：FL为淤积修正系数；g为重力加速度，m/s2；ρ
()π2mcVVVPQSvDvfVfSVDvDvVfSDvnRvJJvJJdZnvbdvZnddDv（13）式中：Dp为排泥管直径，m。本文主要通过探究绞刀转速、吸口流速和绞刀横移速度分别对泥浆比重的影响来对比镜像模型与物理实体之间的差异。在每一个设定工况条件下，数字系统为模拟传感器信号，针对绞刀的切削量进行计算预测，设定每5s迭代一次，模拟施工状态30min，即在每个工况下的绞刀切削量为360次迭代计算的平均值，这极大地增加了模型的准确度。图4为吸口处的仿真示意图，包括绞刀驱动系统与绞刀、泥泵系统和液压控制系统三大部分监测数据。图4吸口处仿真模型示意图2.1绞刀转速对泥浆比重的影响在研究绞刀转速对泥浆比重的影响时，数字模拟系统和物理实体同时设定绞刀转速nc从20r/min～60r/min匀速加速运行，而绞刀横移速度vs=0.2m/s、吸口流速vm=2.0m/s保持不变。验证试验主要选择了5个典型的工况点进行镜像数据和施工数据对比分析。泥浆比重和泥浆浓度随绞刀转速的变化见图5和图6。分析图5可知：在绞刀维持正常施工转速（20r/min～60r/min）的情况下，挖泥船切削的泥沙体积随绞刀转速提高而减小，并且绞刀头的泥沙泄漏量与内部泥沙体积成正比变化；泥浆比重随着绞刀转速增加而减校分析图6可知：在绞刀位置平稳运行转速（35r/min～50r/min）时，镜像数据与实际数据重合度极高，预测精度较高；在其他转速下，镜像数据与实际数据相差都在2.5%以内，预测效果良好。图5泥浆比重随绞刀转速变化图
【参考文献】：
期刊论文
[1]绞吸挖泥船疏浚系统三维设计研究[J]. 于国跃. 船舶. 2015(05)
[2]挖泥船作业综合监控系统的研究与开发[J]. 陈国平,王庆丰,陶国良. 船舶工程. 2004(03)
博士论文
[1]绞吸式挖泥船疏浚作业优化与控制研究[D]. 唐建中.浙江大学 2007
[2]绞吸式挖泥船疏浚作业过程的建模与仿真[D]. 张翔.武汉理工大学 2002
硕士论文
[1]绞吸挖泥船挖掘过程数字化仿真及应用[D]. 段志龙.天津大学 2014
[2]绞吸式挖泥船吸扬系统动态匹配优化及评价方法研究[D]. 黄豪飞.武汉理工大学 2011
[3]挖泥船泥沙输送动态特性研究[D]. 王海荣.上海交通大学 2009
本文编号：3026350
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
数字吸扬系统示意图—62—
绞吸挖泥船吸扬系统数字仿真匹配计算—63—1.2试验台吸扬系统性能参数小型疏浚模拟试验台是对应某绞吸式挖泥船按照一定相似比研制的，其物理实体部分几何尺寸按照1∶14.28研制。试验台折算后的施工参数与实船是一一对应的，模拟试验台与对应实船的施工参数对比见表1，对应实船物理绞刀的主要参数见表2。在进行验证试验时，绞刀瞬时切削过程见图3。表1试验台与实船工况参数对比表施工参数试验台范围折算实船折算比绞刀转速/(r/min)10～3502～900.265横移速度/(mm/s)1.0～603.78～2273.78吸泥口流速/(m/s)0.39～0.661.5～2.53.78绞刀下方角度/(°)0～400～401表2实船绞刀参数表参数数值参数数值轮毂高/mm769底端直径/mm780上凹槽深/mm30外侧上端直径/mm742下凹槽深/mm60顶端夹角/(°)65内径上半部高/mm179大环高/mm180轮毂内径/mm460大环内径/mm2330顶端直径/mm630大环外径/mm2810图3切削过程2绞刀及其驱动系统在吸口泥浆形成过程中，对绞刀及其驱动电机建立虚拟数字模型，该数字模型可根据实际施工船只修改相关参数，建立施工船只的数字仿真模型。在实船施工前，该模型可提前预测施工过程中绞刀转速、吸口流速和横移速度等各相关参数之间的工况关系。为验证数字模型的可靠性，在小型疏浚模拟装置上进行试验验证。该数字系统选用了Durand临界流速计算模型[9]，计算每次施工条件的临界流速vm0为1/2swm0LwvF2gD（1）式中：FL为淤积修正系数；g为重力加速度，m/s2；ρ
()π2mcVVVPQSvDvfVfSVDvDvVfSDvnRvJJvJJdZnvbdvZnddDv（13）式中：Dp为排泥管直径，m。本文主要通过探究绞刀转速、吸口流速和绞刀横移速度分别对泥浆比重的影响来对比镜像模型与物理实体之间的差异。在每一个设定工况条件下，数字系统为模拟传感器信号，针对绞刀的切削量进行计算预测，设定每5s迭代一次，模拟施工状态30min，即在每个工况下的绞刀切削量为360次迭代计算的平均值，这极大地增加了模型的准确度。图4为吸口处的仿真示意图，包括绞刀驱动系统与绞刀、泥泵系统和液压控制系统三大部分监测数据。图4吸口处仿真模型示意图2.1绞刀转速对泥浆比重的影响在研究绞刀转速对泥浆比重的影响时，数字模拟系统和物理实体同时设定绞刀转速nc从20r/min～60r/min匀速加速运行，而绞刀横移速度vs=0.2m/s、吸口流速vm=2.0m/s保持不变。验证试验主要选择了5个典型的工况点进行镜像数据和施工数据对比分析。泥浆比重和泥浆浓度随绞刀转速的变化见图5和图6。分析图5可知：在绞刀维持正常施工转速（20r/min～60r/min）的情况下，挖泥船切削的泥沙体积随绞刀转速提高而减小，并且绞刀头的泥沙泄漏量与内部泥沙体积成正比变化；泥浆比重随着绞刀转速增加而减校分析图6可知：在绞刀位置平稳运行转速（35r/min～50r/min）时，镜像数据与实际数据重合度极高，预测精度较高；在其他转速下，镜像数据与实际数据相差都在2.5%以内，预测效果良好。图5泥浆比重随绞刀转速变化图
【参考文献】：
期刊论文
[1]绞吸挖泥船疏浚系统三维设计研究[J]. 于国跃. 船舶. 2015(05)
[2]挖泥船作业综合监控系统的研究与开发[J]. 陈国平,王庆丰,陶国良. 船舶工程. 2004(03)
博士论文
[1]绞吸式挖泥船疏浚作业优化与控制研究[D]. 唐建中.浙江大学 2007
[2]绞吸式挖泥船疏浚作业过程的建模与仿真[D]. 张翔.武汉理工大学 2002
硕士论文
[1]绞吸挖泥船挖掘过程数字化仿真及应用[D]. 段志龙.天津大学 2014
[2]绞吸式挖泥船吸扬系统动态匹配优化及评价方法研究[D]. 黄豪飞.武汉理工大学 2011
[3]挖泥船泥沙输送动态特性研究[D]. 王海荣.上海交通大学 2009
本文编号：3026350
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