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從專利技術看絞吸式挖泥船定位樁臺車的研究進展

來源: 時間:2019-06-19 08:11:19 瀏覽次數:

       由于航道疏浚和圍海建廠工程的需求加大,國內設計建造的絞吸式挖泥船正朝著大型化、現代化的方向發展,大型化絞吸式挖泥船為港口建設、海洋開發發揮了巨大作用。絞吸式挖泥船是一種系統復雜、技術含量高的海上施工設備,其中臺車定位系統是大型絞吸式挖泥船的關鍵系統。       

因此,定位樁臺車系統的研究越來越受到人們的重視。

通過國內的專利技術來看,絞吸式挖泥船定位樁系統呈以下發展趨勢:

1.克服軌道變形

上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院的蔣如宏等人設計了3500m3/h絞吸式挖泥船的臺車系統進行了設計研究,介紹了大型絞吸式挖泥船臺車定位裝置的系統原理及組成,其中關于行走子系統:由行走油缸、前行走輪及輪架、后行走輪組及輪架、前后水平導向輪等部件組成。行走油缸是臺車前后移動的驅動源。前端兩只行走輪可以分別繞中間軸微轉,后端左右各兩只行走輪可以分別繞一個軸前后方向微轉,六只行走輪構成一個自平衡系統,在左右軌道稍有變形的情況下不會發生自鎖現象。但上述臺車系統一般適用于風浪較小的施工條件,此時軌道變形較小,臺車系統可以微調行走輪輪心高度以適應軌道變形;但是在比較惡劣的施工條件下,臺車系統受到的外力急劇加大,軌道變形也隨之增大,上述臺車系統便不能適應,嚴重者可造成損壞。

何炎平等人提出一種絞吸式挖泥船雙軛架式重型鋼樁臺車,既可以使兩行走軛架可繞平衡梁轉軸轉動,以抵制軌道變形,又可以使兩行走軛架可繞墻架轉軸轉動,以抵制軌道縱向變形。
                    

船體1、鋼樁2、臺車主體結構3、軌道4、平衡梁5、墻架轉軸6、滾輪轉軸7、行走滾輪8、緩沖裝置9、平衡梁轉軸10、滾輪墻架11、##行走軛架12、第二行走軛架13、行走油缸14

圖1 絞吸式挖泥船雙軛架式重型鋼樁臺車的示意圖

圖1是絞吸式挖泥船雙軛架式重型鋼樁臺車的示意圖,包括船體、鋼樁、行走油缸、軌道、臺車主體結構、行走軛架、緩沖裝置,軌道與船體相連,行走油缸一端和臺車主體結構連接,另一端和船體連接,緩沖裝置上端和臺車主體結構連接,下端和軌道平面接觸。行走軛架與臺車主體結構連接。

其工作原理為:當行走油缸推動臺車在軌道上行走時,臺車主體結構與兩行走軛架通過平衡梁轉軸鉸鏈,因此,兩行走軛架可繞臺車主體結構轉動,即可以隨左右兩邊醉倒高度差變化自行調節兩邊行走滾輪的高度位置,以適應軌道變形要求;同時,滾輪墻架和平衡梁通過墻架轉軸鉸鏈,從而滾輪墻架可繞墻架轉軸轉動,達到適應軌道縱向變形的目的。

上述絞吸式挖泥船雙軛架式重型鋼樁臺車結構緊湊合理,承載力大,具有很強的軌道變形適應能力。行走滾輪在行走過程中可根據軌道的情況自行調節位置,##各行走滾輪始終與軌道接觸,均勻承載,有效地延長了行走滾輪的適用壽命。同時將外力均勻地傳遞給船體結構。采用了緩沖裝置,使得##行走軛架和第二行走軛架的行走滾輪分別接觸軌道的下表面和上表面,當外界風浪力較大時緩沖裝置可以避免行走滾輪直接撞擊軌道,從而起到緩沖作用。適用于大型絞吸式挖泥船,使其即使在比較惡劣的施工條件下也可以進行施工。

2.提高液壓控制系統的性能

目前的絞吸式挖泥船大多使用基于常規板式閥的液壓控制系統,存在定位樁臺車的移動速度調節不方便,定位精度差,不能適應大風大浪等惡劣天氣和特殊工況等問題。魏建華[3]等人設計了一種挖泥船定位樁臺車液壓控制系統,使定位樁臺車的移動速度和定位精度得到很好的控制,彌補了以上不足。

圖2為挖泥船的示意圖,液壓控制裝置2由兩個插裝式單向閥、兩個梭閥、兩個插裝式溢流閥、電磁換向閥、兩個起鎖緊作用單向閥、比例節流閥和五個起邏輯作用的單向閥組合而成,安裝在挖泥船的船艙內,其A、B油口通過液壓管路與定位樁臺車液壓缸1的有桿腔油口和無桿腔油口相連,液壓控制裝置2的進油口通過液壓管路與泵站的壓力油口相連,回油口和泄漏油口與通過液壓管路與油箱相連,它能控制定位樁液壓缸實現挖泥船的##定位和可調的移動速度。挖泥船進行挖泥作業時,主定位樁3插入水底起到定位作用,輔助定位樁4懸在水中,液壓控制裝置2控制定位樁臺車液壓缸1推向主定位樁3,使挖泥船向前或向后移動。


1--液壓缸 2--液壓控制裝置 3--主定位樁 4—輔助定位樁

圖2 絞吸式挖泥船示意圖

本挖泥船定位樁臺車系統采用結構緊湊、集成度高的先導控制型插裝閥系統,和電液比例旁路調速技術,實現了##控制,運行平穩,使用壽命長;除了完成正常作業工況下的##定位控制外,還能實現挖泥船受到不可預見外力作用下的安全保護功能。當外力過大,可能對挖泥船的定位樁、臺車及挖泥船主體造成損壞,液壓系統能自動實現高壓溢流,使挖泥船朝外力減小的方向緩慢移動,直至外力減小到正常狀態;系統的安全閥能自動排除不可預見外力的顛覆干擾,##定位精度和作業安全,操作方便。

3.開發多功能組合系統

鋼樁臺車定位系統是現代絞吸挖泥船常用的一種定位裝置。該定位系統設備復雜,投資高,維護保養難度大,在淤泥質土的工況下,鋼樁易入泥過深,造成起鋼樁困難,同時該定位系統不適用于深水水域的施工。三纜定位也是目前絞吸挖泥船比較成熟的一種定位系統。該定位系統為柔性定位,較適合于在深水水域實現船舶定位,但其定位精度低,船舶易漂移,該系統較適合挖掘軟質土,挖掘較硬土質時,船舶晃動加劇,加大挖掘操縱難度;同時由于需要將三口錨展布,占用水域大,且對水深有一定要求,施工干擾大。因此,利用鋼樁定位精度高,施工中船舶不易移位,施工中船舶前移、橫擺靈活等特點,與三纜定位系統進行結合,實現優勢互補也是絞吸船定位系統的發展趨勢之一。


1--三纜柱,2--鋼樁,3--右邊纜,4--橫移錨,5--橫移錨纜,

6--挖泥頭,7--挖泥船,8--絞車,9--臺車,10--左邊纜。

圖3.絞吸挖泥船單鋼樁臺車與三纜組合定位系統示意圖

圖3為絞吸挖泥船單鋼樁臺車與三纜組合定位系統[4],其單鋼樁臺車9和三纜定位機構組合成挖泥船7定位系統,單鋼樁臺車9設有一個單鋼樁2,裝配有三根定位纜,每一根定位纜設置有收放動力絞車8,定位纜配合裝有定位錨。三根定位纜為尾纜、左邊纜10和右邊纜3。定位纜經定位導纜筒一端連接收放定位纜絞車8,另一端連接定位錨。

本絞吸挖泥船組合定位系統采用“雙錨四纜單樁”工藝進行施工。該施工工藝綜合了鋼樁臺車定位和三纜定位系統的優點,同時也克服了這兩種定位系統的缺點?!半p錨四纜單樁”施工工藝的要點就是在施工中僅依靠單鋼樁臺車和通過三纜柱1的二根定位邊纜,將左右邊纜與左右橫移錨4相連。橫移錨4經橫移錨纜5連接挖泥頭6。該施工工藝是以鋼樁為中心進行船舶的橫擺挖泥,通過鋼樁臺車的推移實現進船。在起鋼樁收臺車時,依靠收緊三纜定位系統左右邊纜和橫移纜固定船位,在收纜過程中絞刀停轉并著地。由于無需設置輔鋼樁,這樣就減少了鋼樁定位船舶的下輔鋼樁和起輔鋼樁的過程。收緊、放開左右邊纜和橫移纜所占用的時間很短,而且這個過程還可以與起放鋼樁過程同時完成(三纜定位系統與鋼樁定位系統是兩個相互獨立的系統)。這樣在施工過程中能節省大量的非挖泥時間,能大大的提高有效挖泥時間,從而提高生產率。同時,由于設有鋼樁臺車,船舶定位精度高,施工中不易移位;由于左右邊纜直接與橫移錨相連,占用水域也相對較小,移錨、移船、駐位操作簡便。

因此,本系統同時具備了鋼樁臺車定位和三纜定位的特點。具有船舶定位精度高,前移、橫擺靈活;設備投資少,便于維護;占用水域相對較??;同時在施工過程中能大大提高有效挖泥時間,作業效率高的優點。

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