一种绞吸作业模式下的疏浚硬质土的控制方法技术

一种绞吸作业模式下的疏浚硬质土的控制方法，所述绞吸作业模式下的疏浚硬质土作业中包括两个核心环节：挖掘硬质土和输送硬质土，所述挖掘硬质土过程中通过调整切削参数控制切削下来的硬质土的土体粒径，所述硬质土的土体粒径进一步限制输送硬质土过程中的输送参数，所述控制方法适用于采用绞刀和泥泵进行疏浚作业的设备

【技术实现步骤摘要】
一种绞吸作业模式下的疏浚硬质土的控制方法


[0001]本专利技术属于疏浚工程
，具体涉及一种绞吸作业模式下的疏浚硬质土的控制方法
。

技术介绍

[0002]绞吸作业模式是疏浚工程中的典型作业模式之一，通常采用绞刀和泥泵进行疏浚作业
。
采用绞吸作业模式的疏浚过程中，重点在于调控挖掘产量和输送量，其中，对重点参数的监测和调控至关重要
。
[0003]在沙土
、
砾石等土质的挖掘过程中，土体粒径是固定的，即沙砾自身的尺寸
。
而在硬质土的挖掘过程中，由于硬质土的特殊性，进入输送管道的土体粒径并非是组成土体的颗粒的自身尺寸，而是取决于切削参数，这使得疏浚作业的参数复杂多变，给整个疏浚过程中的控制带来了全新的问题
。
[0004]因此有必要综合挖掘环节和输送环节来调控硬质土疏浚作业过程中的相关参数，进而提供一种绞吸作业模式下的硬质土疏浚的控制方法
。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种绞吸作业模式下的疏浚硬质土的控制方法
。
该方法适用于采用绞刀
、
泥泵进行疏浚作业的各种装备，包括但不限于各类型绞吸式挖泥船
、
绞吸式清淤机器人等
。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种绞吸作业模式下的疏浚硬质土的控制方法，所述绞吸作业模式下的疏浚硬质土作业中包括两个核心环节：挖掘硬质土和输送硬质土，所述挖掘硬质土过程中通过调整切削参数控制切削下来的硬质土的土体粒径，所述硬质土的土体粒径进一步限制输送硬质土过程中的输送参数，所述控制方法适用于采用绞刀和泥泵进行疏浚作业的设备；
[0008]所述切削参数包括绞刀转速
、
绞刀横移速度和绞刀埋深，所述切削参数结合硬质土参数，通过数学模型计算出挖掘产量
、
土体粒径和切削受力；所述输送参数包括浆体流速
、
输送浓度和输送流量，所述挖掘产量结合泥泵
、
管路参数，即泥泵
‑
流量特性曲线
、
泥泵转速，以及管路的长度和直径，并根据经验公式计算出浆体流速
、
输送浓度和输送流量；
[0009]其中，所述绞刀横移速度和绞刀齿尖线速度的合速度为土粒速度，所述绞刀齿尖线速度＝2π
R*n
绞刀转速
，
R
为绞刀半径；所述硬质土参数为土体粘聚力
。
[0010]进一步地，所述土体粒径
a
的计算公式如下：
[0011][0012]式
(1)
中，
V
S
为绞刀横移速度，
n
为绞刀转速，
m
为绞刀上的刀齿排数
。
[0013]进一步地，同一台泥泵在不同转速运转时其扬程
‑
流量特性曲线不同，根据比例定
律泥泵转速提高，输送流量增加
。
[0014]进一步地，所述控制方法适用的设备包括大型绞刀系统和小型绞刀系统；对于大型绞刀系统，所述输送浓度控制在
15
‑
25
％；对于小型绞刀系统，所述输送浓度控制在
11
‑
17
％
。
[0015]进一步地，所述大型绞刀系统包括疏浚绞吸船，所述小型绞刀系统包括环保绞吸船和绞吸式清淤机器人
。
[0016]进一步地，所述土粒速度的上限为吸口流速的
30
％，具体的公式表示如下：
[0017]V
土粒速度
≤30
％
V
吸口流速
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]V
吸口流速
＝
Q
输送流量
/S
吸口面积
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]式
(3)
中，
S
吸口面积
为绞刀内侧的管道吸口的吸口面积，对于选定的疏浚设备，
S
吸口面积
为常量
。
[0020]进一步地，根据所述输送浓度和土体粒径结合，通过经验公式计算出临界流速，且浆体流速为临界流速的
1.1
‑
1.5
倍；同时所述绞刀由电机或者液压马达驱动，所述绞刀的切削受力受结构强度的限制，所述绞刀的绞刀功率的最大允许值即电机或液压马达的额定功率
。
[0021]进一步地，基于选定的疏浚设备，在已做好挖掘输送匹配性计算的基础上，对疏浚过程中的关键数据进行监测与调控，其中监测参数包括管道内的浆体流速
、
输送浓度
、
土粒速度和绞刀功率，调控参数包括绞刀转速
、
绞刀横移速度
、
绞刀埋深和泥泵转速
。
[0022]进一步地，在以下五种情况下分别采用不同的调控方法：
[0023](1)
当浆体流速
<1.1*
临界流速，且输送浓度偏高时，则先提高泥泵转速，以快速提升浆体流速，其次降低绞刀横移速度，以减小土体粒径，降低临界流速，同时也降低了挖掘产量，进而降低输送浓度；
[0024](2)
当浆体流速
<1.1*
临界流速，且输送浓度偏低时，则先增加绞刀转速，减小土体粒径；同时，需要避免绞刀功率超过功率上限，并计算土粒速度，且避免其超过土粒速度上限，以免造成较大的遗漏量；
[0025](3)
当浆体流速
>1.5*
临界流速，且输送浓度偏高时，则先降低泥泵转速，减少能源浪费；其次，降低绞刀转速，减小绞刀功率，进一步在满足疏浚需求下降低能耗；最后，降低绞刀横移速度，以降低输送浓度，避免造成浓度局部突然升高而发生堵管；
[0026](4)
当浆体流速
>1.5*
临界流速，且输送浓度偏低时，则先增大绞刀横移速度，以增加挖掘产量，但同时需要避免绞刀功率超过功率上限，并计算土粒速度，且避免其超过土粒速度上限，以免造成较大的遗漏量；其次，增加绞刀埋深，以增加挖掘产量；若输送浓度增加后，浆体流速依然偏高，此时按照第三种情形进行调控；
[0027](5)
当由于土体突然变硬导致绞刀功率突然增加时，则先降低绞刀横移速度，并在绞刀功率允许范围内提高绞刀转速，并计算土粒速度，且避免其超过土粒速度上限，以免造成较大的遗漏量
。
[0028]本专利技术的控制方法的有益效果如下：
[0029]本专利技术的绞吸作业模式下的硬质土疏浚的控制方法，通过分析切削参数和输送参数之间的相互影响关系，对疏浚过程中的关键参数进行监测和调控，并给出不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种绞吸作业模式下的疏浚硬质土的控制方法，其特征在于，所述绞吸作业模式下的疏浚硬质土作业中包括两个核心环节：挖掘硬质土和输送硬质土，所述挖掘硬质土过程中通过调整切削参数控制切削下来的硬质土的土体粒径，所述硬质土的土体粒径进一步限制输送硬质土过程中的输送参数，所述控制方法适用于采用绞刀和泥泵进行疏浚作业的设备；所述切削参数包括绞刀转速
、
绞刀横移速度和绞刀埋深，所述切削参数结合硬质土参数，通过数学模型计算出挖掘产量
、
土体粒径和切削受力；所述输送参数包括浆体流速
、
输送浓度和输送流量，所述挖掘产量结合泥泵
、
管路参数，即泥泵
‑
流量特性曲线
、
泥泵转速，以及管路的长度和直径，并根据经验公式计算出浆体流速
、
输送浓度和输送流量；其中，所述绞刀横移速度和绞刀齿尖线速度的合速度为土粒速度，所述绞刀齿尖线速度＝2π
R*n
绞刀转速
，
R
为绞刀半径；所述硬质土参数为土体粘聚力
。2.
根据权利要求1所述的疏浚硬质土的控制方法，其特征在于，所述土体粒径
a
的计算公式如下：式
(1)
中，
V
S
为绞刀横移速度，
n
为绞刀转速，
m
为绞刀上的刀齿排数
。3.
根据权利要求1所述的疏浚硬质土的控制方法，其特征在于，同一台泥泵在不同转速运转时其扬程
‑
流量特性曲线不同，根据比例定律泥泵转速提高，输送流量增加
。4.
根据权利要求1所述的疏浚硬质土的控制方法，其特征在于，所述控制方法适用的设备包括大型绞刀系统和小型绞刀系统；对于大型绞刀系统，所述输送浓度控制在
15
‑
25
％；对于小型绞刀系统，所述输送浓度控制在
11
‑
17
％
。5.
根据权利要求4所述的疏浚硬质土的控制方法，其特征在于，所述大型绞刀系统包括疏浚绞吸船，所述小型绞刀系统包括环保绞吸船和绞吸式清淤机器人
。6.
根据权利要求4所述的疏浚硬质土的控制方法，其特征在于，所述土粒速度的上限为吸口流速的
30
％，具体的公式表示如下：
V
土粒速度
≤30
％
V
吸口流速
(2)V
吸口流速
＝
Q
输送流量
/S
吸口面积
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周忠玮，尹纪富，洪国军，舒敏骅，陆寅松，王费新，李炜，
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：