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从专利技术看绞吸式挖泥船定位桩台车的研究进展

来源: 时间:2019-06-19 08:11:19 浏览次数:

       由于航道疏浚和围海建厂工程的需求加大,国内设计建造的绞吸式挖泥船正朝着大型化、现代化的方向发展,大型化绞吸式挖泥船为港口建设、海洋开发发挥了巨大作用。绞吸式挖泥船是一种系统复杂、技术含量高的海上施工设备,其中台车定位系统是大型绞吸式挖泥船的关键系统。       

因此,定位桩台车系统的研究越来越受到人们的重视。

通过国内的专利技术来看,绞吸式挖泥船定位桩系统呈以下发展趋势:

1.克服轨道变形

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院的蒋如宏等人设计了3500m3/h绞吸式挖泥船的台车系统进行了设计研究,介绍了大型绞吸式挖泥船台车定位装置的系统原理及组成,其中关于行走子系统:由行走油缸、前行走轮及轮架、后行走轮组及轮架、前后水平导向轮等部件组成。行走油缸是台车前后移动的驱动源。前端两只行走轮可以分别绕中间轴微转,后端左右各两只行走轮可以分别绕一个轴前后方向微转,六只行走轮构成一个自平衡系统,在左右轨道稍有变形的情况下不会发生自锁现象。但上述台车系统一般适用于风浪较小的施工条件,此时轨道变形较小,台车系统可以微调行走轮轮心高度以适应轨道变形;但是在比较恶劣的施工条件下,台车系统受到的外力急剧加大,轨道变形也随之增大,上述台车系统便不能适应,严重者可造成损坏。

何炎平等人提出一种绞吸式挖泥船双轭架式重型钢桩台车,既可以使两行走轭架可绕平衡梁转轴转动,以抵制轨道变形,又可以使两行走轭架可绕墙架转轴转动,以抵制轨道纵向变形。
                    

船体1、钢桩2、台车主体结构3、轨道4、平衡梁5、墙架转轴6、滚轮转轴7、行走滚轮8、缓冲装置9、平衡梁转轴10、滚轮墙架11、##行走轭架12、第二行走轭架13、行走油缸14

图1 绞吸式挖泥船双轭架式重型钢桩台车的示意图

图1是绞吸式挖泥船双轭架式重型钢桩台车的示意图,包括船体、钢桩、行走油缸、轨道、台车主体结构、行走轭架、缓冲装置,轨道与船体相连,行走油缸一端和台车主体结构连接,另一端和船体连接,缓冲装置上端和台车主体结构连接,下端和轨道平面接触。行走轭架与台车主体结构连接。

其工作原理为:当行走油缸推动台车在轨道上行走时,台车主体结构与两行走轭架通过平衡梁转轴铰链,因此,两行走轭架可绕台车主体结构转动,即可以随左右两边醉倒高度差变化自行调节两边行走滚轮的高度位置,以适应轨道变形要求;同时,滚轮墙架和平衡梁通过墙架转轴铰链,从而滚轮墙架可绕墙架转轴转动,达到适应轨道纵向变形的目的。

上述绞吸式挖泥船双轭架式重型钢桩台车结构紧凑合理,承载力大,具有很强的轨道变形适应能力。行走滚轮在行走过程中可根据轨道的情况自行调节位置,##各行走滚轮始终与轨道接触,均匀承载,有效地延长了行走滚轮的适用寿命。同时将外力均匀地传递给船体结构。采用了缓冲装置,使得##行走轭架和第二行走轭架的行走滚轮分别接触轨道的下表面和上表面,当外界风浪力较大时缓冲装置可以避免行走滚轮直接撞击轨道,从而起到缓冲作用。适用于大型绞吸式挖泥船,使其即使在比较恶劣的施工条件下也可以进行施工。

2.提高液压控制系统的性能

目前的绞吸式挖泥船大多使用基于常规板式阀的液压控制系统,存在定位桩台车的移动速度调节不方便,定位精度差,不能适应大风大浪等恶劣天气和特殊工况等问题。魏建华[3]等人设计了一种挖泥船定位桩台车液压控制系统,使定位桩台车的移动速度和定位精度得到很好的控制,弥补了以上不足。

图2为挖泥船的示意图,液压控制装置2由两个插装式单向阀、两个梭阀、两个插装式溢流阀、电磁换向阀、两个起锁紧作用单向阀、比例节流阀和五个起逻辑作用的单向阀组合而成,安装在挖泥船的船舱内,其A、B油口通过液压管路与定位桩台车液压缸1的有杆腔油口和无杆腔油口相连,液压控制装置2的进油口通过液压管路与泵站的压力油口相连,回油口和泄漏油口与通过液压管路与油箱相连,它能控制定位桩液压缸实现挖泥船的##定位和可调的移动速度。挖泥船进行挖泥作业时,主定位桩3插入水底起到定位作用,辅助定位桩4悬在水中,液压控制装置2控制定位桩台车液压缸1推向主定位桩3,使挖泥船向前或向后移动。


1--液压缸 2--液压控制装置 3--主定位桩 4—辅助定位桩

图2 绞吸式挖泥船示意图

本挖泥船定位桩台车系统采用结构紧凑、集成度高的先导控制型插装阀系统,和电液比例旁路调速技术,实现了##控制,运行平稳,使用寿命长;除了完成正常作业工况下的##定位控制外,还能实现挖泥船受到不可预见外力作用下的安全保护功能。当外力过大,可能对挖泥船的定位桩、台车及挖泥船主体造成损坏,液压系统能自动实现高压溢流,使挖泥船朝外力减小的方向缓慢移动,直至外力减小到正常状态;系统的安全阀能自动排除不可预见外力的颠覆干扰,##定位精度和作业安全,操作方便。

3.开发多功能组合系统

钢桩台车定位系统是现代绞吸挖泥船常用的一种定位装置。该定位系统设备复杂,投资高,维护保养难度大,在淤泥质土的工况下,钢桩易入泥过深,造成起钢桩困难,同时该定位系统不适用于深水水域的施工。三缆定位也是目前绞吸挖泥船比较成熟的一种定位系统。该定位系统为柔性定位,较适合于在深水水域实现船舶定位,但其定位精度低,船舶易漂移,该系统较适合挖掘软质土,挖掘较硬土质时,船舶晃动加剧,加大挖掘操纵难度;同时由于需要将三口锚展布,占用水域大,且对水深有一定要求,施工干扰大。因此,利用钢桩定位精度高,施工中船舶不易移位,施工中船舶前移、横摆灵活等特点,与三缆定位系统进行结合,实现优势互补也是绞吸船定位系统的发展趋势之一。


1--三缆柱,2--钢桩,3--右边缆,4--横移锚,5--横移锚缆,

6--挖泥头,7--挖泥船,8--绞车,9--台车,10--左边缆。

图3.绞吸挖泥船单钢桩台车与三缆组合定位系统示意图

图3为绞吸挖泥船单钢桩台车与三缆组合定位系统[4],其单钢桩台车9和三缆定位机构组合成挖泥船7定位系统,单钢桩台车9设有一个单钢桩2,装配有三根定位缆,每一根定位缆设置有收放动力绞车8,定位缆配合装有定位锚。三根定位缆为尾缆、左边缆10和右边缆3。定位缆经定位导缆筒一端连接收放定位缆绞车8,另一端连接定位锚。

本绞吸挖泥船组合定位系统采用“双锚四缆单桩”工艺进行施工。该施工工艺综合了钢桩台车定位和三缆定位系统的优点,同时也克服了这两种定位系统的缺点。“双锚四缆单桩”施工工艺的要点就是在施工中仅依靠单钢桩台车和通过三缆柱1的二根定位边缆,将左右边缆与左右横移锚4相连。横移锚4经横移锚缆5连接挖泥头6。该施工工艺是以钢桩为中心进行船舶的横摆挖泥,通过钢桩台车的推移实现进船。在起钢桩收台车时,依靠收紧三缆定位系统左右边缆和横移缆固定船位,在收缆过程中绞刀停转并着地。由于无需设置辅钢桩,这样就减少了钢桩定位船舶的下辅钢桩和起辅钢桩的过程。收紧、放开左右边缆和横移缆所占用的时间很短,而且这个过程还可以与起放钢桩过程同时完成(三缆定位系统与钢桩定位系统是两个相互独立的系统)。这样在施工过程中能节省大量的非挖泥时间,能大大的提高有效挖泥时间,从而提高生产率。同时,由于设有钢桩台车,船舶定位精度高,施工中不易移位;由于左右边缆直接与横移锚相连,占用水域也相对较小,移锚、移船、驻位操作简便。

因此,本系统同时具备了钢桩台车定位和三缆定位的特点。具有船舶定位精度高,前移、横摆灵活;设备投资少,便于维护;占用水域相对较小;同时在施工过程中能大大提高有效挖泥时间,作业效率高的优点。

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