本发明专利技术提供属于疏浚工程技术领域，涉及一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法。所述装置包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块；耙头功能模块用以实现耙齿切削力的提供，以及耙齿切削姿态的调整；耙齿切削模块用以调整耙齿切削角度和更换齿型，用以实现耙齿与测力调整模块的连接，并在耙齿对土层进行切削时，将耙齿载荷传递到测力调整模块；测力调整模块用以实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力和耙齿间距的调整。本发明专利技术能够搭载实际作业耙齿，并实现耙齿对所切削土层位置姿态的变化，包含其全部作业范围；还能实现对切削参数的调整并在耙齿切削过程中保持切削参数稳定不变；还能测量耙齿所受六轴载荷。
【技术实现步骤摘要】
模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法
本专利技术属于疏浚工程
，涉及一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法。
技术介绍
随着经济及社会生活的发展，人类对海洋及海洋资源的探索与利用的需求日益高涨，这些需求促使疏浚工程及海洋工程各个领域快速发展，在疏浚工程中，耙吸挖排泥方式是对海底物质施工的典型方式之一，典型装备是耙吸挖泥船，耙头是耙吸挖泥船对挖掘土层进行施工的作业部件，耙头的作用为挖掘水下泥沙等物质，并使之与进入耙头的水混合成泥浆后采用流体输送的方式运送到预定位置，耙齿作为耙头施工部件，其承受载荷的状态对耙头施工效率有决定性影响。耙头必须能够破坏粘在一起的各种类型土的连接，挖掘通过采用机械式耙齿切削挖掘和联合高压射流辅助挖掘的方法破坏各类型土的连接，实现挖掘作业。耙齿切削挖掘是采用安装在耙头底部的耙齿依靠耙头在水下重量将耙齿插入土中，在挖泥船对耙齿沿船舶航行方向拖曳时，其挖掘如同机械切削原理一样，将耙齿前部的泥切削、剥离。耙头的工作原理与其结构密切相关，现行耙头主要由固定体和活动罩两部分构成，固定体为钢板焊接结构，端部为圆形、安装有法兰，用于与耙吸管连接，另一端为带有轴孔的矩形，用短轴与活动罩铰接。活动罩为钢板焊接壳体结构，采用短轴与固定体铰接，可以摆动50度角度，内部焊有横梁作为耙齿的安装座，安装的耙齿实现对疏浚层的切削挖掘，主动式耙头则可通过液压缸的控制来调节活动罩的状态，从而控制耙齿在挖掘施工时的作业状态。根据上述耙头结构的构成可知，耙头在挖掘施工过程中，因耙齿与耙头的活动罩焊接在一起，因此耙齿对地的挖掘姿态与活动罩一同变化，通过改变活动罩的姿态实现耙头挖掘状态的变化，调节耙齿与切削土层之间的切削关系。受风浪流和海床不平整等因素的影响，耙头在实际作业时运行状态并不稳定，即耙齿与土层的相对位置和耙齿的切削姿态是时刻变化的，其与土体的相互作用行为非常复杂，耙齿切削时所承受载荷规律并不清楚。但是，目前尚无关于测量耙齿在疏浚工程中对水面下方土层进行挖掘时所承受载荷方面的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法，模拟耙吸挖泥船耙齿切削作业行为，能够搭载实际作业耙齿；能够试验耙齿对所切削土层位置姿态的变化并包含其全部作业范围；能够根据需要调整切削参数以及在耙齿切削过程中保持切削参数不变，并对其所受六轴载荷进行测量，实现耙齿在疏浚工程中对水面下方土层进行挖掘时所承受载荷的测量问题。为了实现上述目标，本专利技术采用了如下技术方案：一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置，其采用1：1的耙齿模型进行耙齿测力试验；该测量装置包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块；其中，耙头功能模块位于后端，用于实现耙齿切削力的提供，以及耙齿切削姿态的调整；耙齿切削模块位于前端，用于将耙齿对土层进行切削时的耙齿载荷传递到测力调整模块；测力调整模块安装于耙头功能模块与耙齿切削模块之间，用于实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力和耙齿间距的调整。耙头的工作原理与其结构密切相关，现行耙头主要由固定体和活动罩两部分构成，固定体端部为圆形、安装有法兰，用于与耙吸管连接，另一端为带有轴孔的矩形，用短轴与活动罩铰接，活动罩采用短轴与固定体铰接，内部焊有耙齿，安装的耙齿实现对疏浚层的切削挖掘，挖掘作业时可以摆动50度角度。根据上述耙头结构的构成可知，耙头在挖掘施工过程中，因耙齿与耙头的活动罩焊接在一起，因此耙齿对地的挖掘姿态与活动罩一同变化，通过改变活动罩的姿态实现耙头挖掘状态的变化，调节耙齿与切削土层之间的切削关系。在本专利技术中，通过耙头功能模块和耙齿切削模块实现上述功能，测力调整模块用于测量耙齿受力情况，及根据不同耙头耙齿安装情况的变化可以进行调整测量。本专利技术对原耙头上的耙齿所遇到的施工情况的切削行为进行分析，发现耙齿切削土体作业时切削参数主要包括切削速度、切削角度、切削深度、耙齿间距、耙齿齿型和切削土质等。因此，本专利技术还进一步对上述切削参数进行有效的控制，提供一种利用模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置进行参数分析的方法，使耙齿在切削土体过程中保持切削参数稳定不变，并使用控制变量法对每一个切削参数进行详细的定量分析研究。对切削参数进行定量分析研究是指：在实验中，切削是刀齿从一点到另一点一遍一遍反复进行的；每进行一遍，切削参数都有针对性的调整，比如要研究切削角度对耙齿受力的影响，那么每次切削时改变一个切削角度，测得这个过程中的受力数据，最终可以得到一个定量的结果；同理，依次改变其他切削参数，可以得到每个参数对切削受力的定量结果。本专利技术中，耙头功能模块包括拖拽行车、机架，油缸和摆转架；耙齿切削模块包括耙齿和若干组耙齿连接件；测力调整模块包括T型槽安装块、以及与耙齿连接件数量和位置相对应的若干组T型槽螺栓、转接块、传感器，每组耙齿连接件、T型槽螺栓、转接块、传感器构成一个测力单元。其中，所述传感器采用六轴传感器。本专利技术中，拖拽行车是耙齿切削试验时的动力来源，当试验进行时，通过拖拽行车的运动带动整个装置跟随运动，此时耙齿被拖拽行车带动而进行对土层的切削运动；机架是钢板焊接结构，用来连接拖拽行车，并与摆转架和油缸等部件进行连接；油缸用于实现耙齿相对于切削土层的切削姿态调整，包括耙齿切削角度调整和耙齿切削深度调整；摆转架起到连接结构的作用。当耙齿在拖拽行车的拖拽作业下进行对土层的切削挖掘时，土层对耙齿的反作用力经过耙齿连接件传递到六轴传感器，六轴传感器通过转接件安装在T型槽安装块上，耙齿之间间距在T型槽安装块上可以进行调整，因为耙齿之间间距因不同的耙头而有所不同。进一步，拖拽行车作为整个装置的行走机构，其通过机架法兰与机架连接；机架起到连接拖拽行车和耙齿组件的作用，同时当调整耙齿姿态时，机架在由油缸、摆转架和机架组成的四杆机构中起到机架体的作用，在本专利技术中，机架和油缸、油缸和摆转架、摆转架和机架各有连接，并形成四杆机构，是基本四杆机构的一种变形；油缸是耙齿摆动动力源，油缸与机架和摆转架相连，通过油缸的伸缩动作完成耙齿对切削土层的切削角度和切削深度的调整；摆转架起到连接结构的作用，其与机架连接组成可以摆动的结构用于调整耙齿姿态，其与油缸连接组成四杆机构实现摆动动作，其与测力调整模块连接以实现测量装置的组装；T型槽安装块是转接块的安装结构，能够实现耙齿位置的调整以便满足耙齿间距调整的需要；转接块通过T型螺栓安装在T型槽安装块上，同时转接块与六轴传感器相连，将六轴传感器与整个测量装置组装在一起；六轴传感器从耙齿连接件输入耙齿载荷，能够测量耙齿在三个正交方向的拉压力和绕三个正交方向的扭矩载荷，根据力的合成和分解可以实现，三个正交方向的拉压力和绕三个正交方向的扭矩可以合成耙齿在空间中的任意受力情况；耙齿连接件的一端与测力传感器相连，耙齿连接件的另一端与耙齿相连，耙齿与耙齿连接件之间采用焊接连接；耙齿是测量目标件，当耙齿进行土层切削时，耙齿收到反作用力，六轴传感器对反作用力进行测量。从耙齿受力状态情况可知，耙齿可能承受的载荷有沿三个正交方向的拉压力载荷和绕三个正交方向的扭矩载荷，因此本专利技术使用六轴测力传感器测量上述耙齿所承受的六个方向的分力，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置，其特征在于：包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块；所述耙头功能模块位于后端，用以实现耙齿切削力，即切削速度的提供，以及耙齿切削姿态的调整；所述耙齿切削模块位于前端，用以调整耙齿切削角度和更换齿型，用以实现耙齿与测力调整模块的连接，并在耙齿对土层进行切削时，将耙齿载荷传递到测力调整模块；所述测力调整模块安装于耙头功能模块与耙齿切削模块之间，用于实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力和耙齿间距的调整。
【技术特征摘要】
1.一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置，其特征在于：包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块；所述耙头功能模块位于后端，用以实现耙齿切削力，即切削速度的提供，以及耙齿切削姿态的调整；所述耙齿切削模块位于前端，用以调整耙齿切削角度和更换齿型，用以实现耙齿与测力调整模块的连接，并在耙齿对土层进行切削时，将耙齿载荷传递到测力调整模块；所述测力调整模块安装于耙头功能模块与耙齿切削模块之间，用于实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力和耙齿间距的调整。2.根据权利要求1所述的模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置，其特征在于：所述耙头功能模块包括拖拽行车(1)、机架(2)，油缸(3)和摆转架(4)；所述耙齿切削模块包括耙齿(11)和若干组耙齿连接件(10)；所述测力调整模块包括T型槽安装块(5)，以及与耙齿连接件(10)数量和位置相对应的若干组T型槽螺栓(93)、转接块(6)、六轴传感器(7)，每组耙齿连接件(10)、T型槽螺栓(93)、转接块(6)、六轴传感器(7)构成测力单元；机架(2)的一端设置有机架法兰(21)，并通过机架法兰(21)与拖曳行车(1)连接，机架(2)的另一端设有机架耳板(23)，摆转架(4)的一端设置有摆转架耳板(41)，机架耳板(23)与摆转架耳板(41)之间通过连接销(92)连接；同时，机架(2)上还设有机架油缸法兰(22)，摆转架(4)上设有摆转架油缸耳板(42)，油缸(3)包括相互连接的油缸筒(31)和油缸推杆(32)，油缸筒(31)采用油缸耳座(12)与机架油缸法兰(22)连接，油缸推杆(32)采用连接销(92)与摆转架油缸耳板(42)连接；机架(2)、油缸(3)、摆转架(4)构成四杆机构，用于控制耙齿切削模块中耙齿(11)的摆动；T型槽安装块(5)安装在摆转架(4)的下方；T型槽安装块(5)的一侧设置有安装块抬肩(51)，安装块抬肩(51)位于远离机架(2)的一端；T型槽安装块(5)的底面设有平行于所述安装块抬肩(51)的安装块T型槽(52)，安装块T型槽(52)中设置有若干转接块(6)，用于调整多个测力单元之间的间距；转接块(6)包括上面和侧面，转接块(6)的上面通过T型螺栓(93)可滑动地安装块T型槽(52)中，转换器(6)的侧面位于靠近安装块抬肩(51)一侧，耙齿连接件(10)包括侧面和底面；六轴传感器(7)的一端为...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹立明，洪国军，周忠玮，张晴波，江帅，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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