基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，该系统主要由装在船舯位置靠近船底部分的船体上的且用于为挖泥臂的旋转提供动力的旋转机构，用于对挖泥臂的工作状态进行调控的液压调控机构，以及装在挖泥臂尾端的铰刀机构组成。通过圆盘旋转带动挖泥臂旋转，同时利用液压系统调节挖泥臂的长度以及调整挖泥臂与船底基平面的角度，从而使铰刀沿螺旋线轨迹运动，不断地改变挖泥作业半径，最终实现圆形面域挖泥作业。基于这些功能的实现，该设计能增加挖泥船单次作业的面积，减少了挖泥船船体的频繁移动，降低了能耗，同时提高了挖泥效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及挖泥装置，特别是一种提高挖泥效率，同时降低挖泥效率的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统。
技术介绍
挖泥船是一种挖取水下泥沙等沉积物的工程船舶，广泛应用于大型港口的建设与维护、围海造地、航道疏浚等工程。十八大报告首次提出了建设“海洋强国”战略，对开发海洋资源、维护海洋权益提出了新的要求。2015年，国务院印发《中国制造2025》，将“海洋工程装备及高技术船舶”作为未来十年重点发展领域，明确指出未来十年国家将大力发展资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备，提高海洋开发利用水平，掌握重点配套设备集成化、智能化、模块化设计制造核心技术。新型挖泥船的研究对于开发海洋资源、维护南海权益、推动经济发展具有重要意义。目前的挖泥船主要有耙吸式挖泥船和绞吸式挖泥船。耙吸式挖泥船是利用船体向前航行，带动耙头做单方向的直线运动实现挖泥作业，其在作业过程中需要来回作业和多次调转船体，操纵性能要求高。绞吸式挖泥船是利用船体绕尾部定位桩左右摆动，带动铰刀进行扇形挖泥作业，其在作业过程中需要船体绕桩左右摆动，降低了安全性能，增加了能量消耗。两种挖泥船挖泥作业方式的共同缺点是：单次作业挖泥面积有限，工作效率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种能够提高挖泥效率，同时降低挖泥能耗的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其主要由装在船舯位置靠近船底部分的船体上的且用于为挖泥臂的旋转提供动力的旋转机构，用于对挖泥臂的工作状态进行调控的液压调控机构，以及装在挖泥臂尾端的铰刀机构组成。所述的旋转机构，主要由齿轮传动箱、凹槽轨道、旋转圆盘，以及两个圆盘支臂和挖泥臂支臂组成，其中：齿轮传动箱设有传动齿轮，其与旋转圆盘上的齿相啮合；凹槽轨道装在靠近船体底部，且位于船舯位置，使旋转圆盘仅绕其圆心的铅垂中心轴旋转；旋转圆盘通过两个圆盘支臂分别与对应的挖泥臂支臂铰接；两个挖泥臂支臂固定在液压调控机构的上连接环上，使挖泥臂能在垂直平面内绕水平轴转动。所述的旋转圆盘，其中心开有通泥孔；其内部开有活动槽，用于液压调控机构的第二液压杆对挖泥臂与船体基平面夹角进行调控时，满足其自身运动所需要的空间条件；其边缘的下部设计为与凹槽轨道相配和的形状，以便其能够正常运转和便于添加润滑油。所述的液压调控机构，为智能调控机构，装在可伸缩挖泥臂的外缘以及旋转机构的旋转圆盘上的活动槽与挖泥臂的上端之间。所述的液压调控机构，由挖泥臂、上连接环、下连接环和两根液压杆组成，其中：挖泥臂由挖泥臂上节管、挖泥臂中节管、挖泥臂下节管组成，沿挖泥臂外部轴向分布有第一液压杆，此第一液压杆的上端和下端分别与上连接环、下连接环铰接相连，由此构成液压调控机构的长度伸缩部分，通过第一液压杆的伸缩调节挖泥臂的长度变化；第二液压杆的上端和下端分别与旋转圆盘的活动槽内部、挖泥臂上节管的上端铰接相连，由此构成角度调控部分，通过第二液压杆的伸缩，带动挖泥臂在通过挖泥臂的垂直平面内绕挖泥臂与旋转圆盘的连接点转动，从而改变挖泥臂与船底基平面的夹角。所述的铰刀机构，主要由铰刀、工作机构和驱动机构组成，铰刀装在挖泥臂末端上，利用该铰刀的切削作用将水下泥土搬离原有位置，并与附近的水混合形成泥浆以便于输送。所述的工作机构，用于铰刀的正常运转，由铰刀座和铰刀的铰刀齿组成，其中：铰刀齿由高速钢和硬质合金材料制成；铰刀为直槽铰刀或螺旋槽铰刀，其通过铰刀座装在挖泥臂的末端上。所述的驱动机构，用于铰刀自身的挖泥切削运动以及外部整体的螺旋轨迹运动，其中铰刀自身内部装有电机，该电机驱动铰刀的挖泥切削运动，由旋转机构的齿轮传动箱产生的动力经由旋转圆盘以及连接部分、挖泥臂的传递，实现铰刀的整体的螺旋轨迹运动。本专利技术提供的上述的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其装在挖泥船上，使挖泥船能实现圆形面域挖泥作业。本专利技术应用时，通过旋转机构旋转带动挖泥臂旋转，同时利用液压调控机构调节挖泥臂的长度以及调整挖泥臂与船底基平面的角度，从而使铰刀机构的铰刀沿螺旋线轨迹运动，不断地改变挖泥作业半径和挖泥深度，此工作过程中挖泥船船体不必移动，最终实现圆形面域挖泥作业。本专利技术与现有技术相比具有以下的主要优点：1.简化操作步骤，提高安全性和经济性。利用挖泥臂的旋转来代替船体的运动作为铰刀运动的动力来源，极大程度上减少或避免了主船体的在作业时的运动，降低了作业能耗，同时增加了挖泥作业过程中船体的安全性能。2.增大单次作业面积，提高工作效率。将液压系统应用于挖泥臂长度和角度的变化调控上，使挖泥臂的状态有更大的调整空间，同时满足扩大了单次挖泥范围；相对于传统绞吸式挖泥船绕定位桩扇形作业来说，本专利技术采用螺旋式面作业，增加了单次作业的面积，一定程度上提高了挖泥船的工作效率，我们将该挖泥系统应用在双体船上，并与国内最大的绞吸式挖泥船“天鲸号”对比，估取两者的相关参数：铰刀横移速度v0＝1m/s，挖泥船移动平均速度v＝2m/s，单次提、落桩时间tj＝18s，估算得到该系统的挖泥效率约为5100m3/h，超过天鲸号挖泥船该情况下的最大挖泥效率13.3％。3.通过液压调控机构，对旋转运动、液压系统进行参数调控，间接实现对挖泥工作的调配。通过对齿轮传动速度以及两套液压系统中液压杆的伸缩速度进行统一调控，并检测水域环境，规划挖泥路径，使挖泥作业更具智能性，减少人工的操作。4.将旋转圆盘作为挖泥臂做旋转运动的动力装置，较传统挖泥船，可以节省能源消耗，同时提高挖泥效率。附图说明图1是智能调控系统流程图。图2是螺旋式挖泥作业路径的示意图。图3是挖泥装置展开示意图。图4是挖泥装置展开状态俯视图。图5是挖泥装置收回放置状态示意图。图6是挖泥装置工作状态剖视图。图7是齿轮传动箱与圆盘结合的示意图。图8是单作用液压缸(左)和双作用液压缸(右)结构示意图。图9是挖泥臂节管局部示意图。图10是挖泥作业路径的示意图。图11是挖泥系统工作流程的示意图。图12是挖泥系统在双体船上的应用示意图(正视图)。图13是挖泥系统在双体船上的应用示意图(轴测图)。图中：1.齿轮传动箱，2.凹槽轨道，3.旋转圆盘，4.通泥孔，5.软管，6.圆盘支臂，7.上连接环，8.第一液压杆，9.挖泥臂支臂，10.挖泥臂上节管，11.挖泥臂中节管，12.挖泥臂下节管，13.下连接环，14.铰刀，15.第二液压杆，16.活动槽，17.传动齿轮。18.密封件具体实施方式本专利技术提供的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，主要由齿轮驱动的旋转圆盘协同液压驱动的液压臂、液压调控机构组成，通过圆盘旋转带动挖泥臂旋转，同时利用液压系统调节挖泥臂的长度以及调整挖泥臂与船底基平面的角度，从而使铰刀沿螺旋线轨迹运动，不断地改变挖泥作业半径，最终实现圆形面域挖泥作业。下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步的说明，但不限定本专利技术。本专利技术提供的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统(可简称挖泥系统)，其结构如图3-图7所示，其在船上的位置如图12、图13所示，主要由装在船舯位置靠近船底部分的船体上的旋转机构，用于对挖泥臂的工作状态进行调控的液压调控机构，以及装在挖泥臂尾端的铰刀机构组成。所述的旋转机构，用于为挖泥臂的旋转提供动力。该旋转机本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其特征是主要由装在船舯位置靠近船底部分的船体上的且用于为挖泥臂的旋转提供动力的旋转机构，用于对挖泥臂的工作状态进行调控的液压调控机构，以及装在挖泥臂尾端的铰刀机构组成。

【技术特征摘要】
1.基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其特征是主要由装在船舯位置靠近船底部分的船体上的且用于为挖泥臂的旋转提供动力的旋转机构，用于对挖泥臂的工作状态进行调控的液压调控机构，以及装在挖泥臂尾端的铰刀机构组成。2.根据权利要求1所述的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其特征在于所述的旋转机构，主要由齿轮传动箱(1)、凹槽轨道(2)、旋转圆盘(3)，以及两个圆盘支臂(6)和挖泥臂支臂(9)组成，其中：齿轮传动箱(1)设有传动齿轮(17)，其与旋转圆盘(3)上的齿相啮合；凹槽轨道(2)装在靠近船体底部，且位于船舯位置，使旋转圆盘(3)仅绕其圆心的铅垂中心轴旋转；旋转圆盘(3)通过两个圆盘支臂(6)分别与对应的挖泥臂支臂(9)铰接；两个挖泥臂支臂(9)固定在液压调控机构的上连接环(7)上，使挖泥臂能在垂直平面内绕水平轴转动。3.根据权利要求2所述的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其特征在于所述的旋转圆盘(3)，其中心开有通泥孔(4)；其内部开有活动槽(16)，用于液压调控机构的第二液压杆(15)对挖泥臂与船体基平面夹角进行调控时，满足其自身运动所需要的空间条件；其边缘的下部设计为与凹槽轨道(2)相配和的形状，以便其能够正常运转和便于添加润滑油。4.根据权利要求1所述的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其特征在于所述的液压调控机构，为智能调控机构，装在可伸缩挖泥臂的外缘以及旋转机构的旋转圆盘(3)上的活动槽(16)与挖泥臂的上端之间。5.根据权利要求4所述的基于螺旋作业方式的可伸缩挖泥系统，其特征在于所述的液压调控机构，由挖泥臂、上连接环(7)、下连接环(13)和两根液压杆组成，其中：挖泥臂由挖泥臂上节管(10)、挖泥臂中节管(11)、挖泥臂下节管(12)组成，沿挖泥臂外部轴向分布有第一液压杆(8)，此第一液压杆的上端和下端分别与上连接环(7)、下连接环(13)铰接相连，由此...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凌，陈明胜，田岚仁，张松林，于金恒，徐礼军，李媛，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42