CN103015474A - 节能抓斗式挖泥船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能抓斗式挖泥船，位于节能抓斗式挖泥船的起重吊臂一侧的抓斗与第一钢丝绳相连，所述第一钢丝绳经吊臂滑轮绕接在起升卷筒上，所述起升卷筒由驱动装置进行驱动；所述起升卷筒上还连接第二钢丝绳，所述第二钢丝绳的出绳方向与第一钢丝绳的出绳方向相反，且第二钢丝绳的另一端与配重装置直接或间接相连；所述配重装置包括用于盛装配重液体的容器，所述容器设有进液口，位于容器下部的泄液口；所述进液口通过管道与进液阀相连，所述泄液口通过管道与泄液阀相连。本发明可提高抓斗下降过程释放的能量的使用效率。

Description

节能抓斗式挖泥船

技术领域

本发明涉及疏浚工程中的机械设备，尤其是一种节能抓斗式挖泥船。

背景技术

抓斗式挖泥船是利用旋转式挖泥机的吊臂及钢索来悬挂抓斗，在抓斗本身重量的作用下，放入海底抓取泥土，然后将抓斗关闭，升起，再转动到预定点将泥卸掉。抓斗在起升的过程中需消耗能量，而在下降过程中，释放能量。在抓斗下降过程中，为控制抓斗的下降速度，一般采用系统刹车的方法，这一方面导致能量浪费，另一方面也加大抓斗式挖泥船的使用成本，如制动片的损耗快。为了回收抓斗下降中释放的能量，也有采用发电机的能源回馈系统，但能源回馈系统成本高，能源回收效率低。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种节能抓斗式挖泥船。

本发明采用以下技术方案：

一种节能抓斗式挖泥船，位于节能抓斗式挖泥船的起重吊臂一侧的抓斗与第一钢丝绳相连，所述第一钢丝绳经吊臂滑轮绕接在起升卷筒上，所述起升卷筒由驱动装置进行驱动；所述起升卷筒上还连接第二钢丝绳，所述第二钢丝绳的出绳方向与第一钢丝绳的出绳方向相反，且第二钢丝绳的另一端与配重装置直接或间接相连；所述配重装置包括用于盛装配重液体的容器，所述容器设有进液口，位于容器下部的泄液口；所述进液口通过管道与进液阀相连，所述泄液口通过管道与泄液阀相连。

抓斗向下运动的过程中，起升卷筒释放第一钢丝绳的同时，回收第二钢丝绳，令抓斗减少的重力势能至少部分转化为配重装置增加的重力势能；而抓斗向上提升的过程中，配重装置减少的重力势能至少部分转化为抓斗与泥土增加的重力势能，从而提高抓斗下降过程释放的能量的使用效率。

打开所述补液阀，可向容器内增加液体，从而增加配重装置的重量；打开所述排液阀，可将容器内液体出，从而减少配重装置的重量。配重装置的重量的大小根据疏浚工况、抓斗参数来调节，其中疏浚工况指现阶段疏浚深度、疏浚泥质等，抓斗参数指抓斗质量、容积等。本发明通过对配重装置的重量进行调整，可保证在有效的疏浚工况下，降低起升卷筒的驱动装置的实际功率，从而可选择额定功率较低的驱动装置，降低所述节能抓斗式挖泥船的制造成本。

作为优选，所述配重装置还包括固定在容器底部的基准配重块，所述基准配重块的密度大于配重液体的密度，可降低配重液体的使用量，同时也可以减少容器的体积。

作为优选，所述节能抓斗式挖泥船还包括定滑轮、动滑轮，所述配重装置与动滑轮相连，所述第二钢丝绳部分穿绕于定滑轮与动滑轮之间。

作为优选，基准配重块与容器的重量值之和等于抓斗与体积为抓斗容积一半的水的质量值之和与0.8～1.2倍穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数之积。

作为优选，所述穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数为15～20。

作为优选，所述容器内配重液的质量为0～40%基准配重块的质量。

作为优选，在抓斗下降过程中，所述配重系统的重量值比抓斗重量值与穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数之积大；抓斗提升过程中，所述配重系统的重量值比抓斗重量值与抓斗中泥土重量值之和与穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数之积小。那么，抓斗下降的过程中，抓斗减少的重力势能转换成配重系统增加的重力势能，而且驱动装置的部分能耗也转换成配重系统的重力势能；抓斗提升过程中，配重系统减少的重力势能转换成抓斗与泥土增加的重力势能，从而使驱动装置在抓斗工作过程中，耗能大大降低减少。另一方面，由于驱动装置在抓斗提升以及抓斗下降的过程，均负荷工作，那么在此过程中，可以大大减少制动片的损耗。

作为优选，所述基准配重块的制作材料为铁。

作为优选，所述基准配重块的制作材料为铅。

所述节能抓斗式挖泥船还包括控制容器内液体量的自动控制装置，所述自动控制装置包括参数输入装置、数据采集装置、接收参数输入装置与数据采集装置信息的控制单元；所述参数输入装置、数据采集装置均与控制单元电性连接；所述参数输入装置用于接收用户输入的抓斗参数、设定疏浚深度；所述数据采集装置用于采集所述挖泥船的施工状态信息；所述控制单元通过控制补水阀与进水阀来调节容器内配重液体的量。

所述数据采集装置包括测量现阶段疏浚深度的压力式传感器，测量起升卷筒转速的编码器，测量驱动装置工作电流的电流测量装置；所述疏浚泥质由控制单元根据起升卷筒转速与电机工作电流以及相应的数学模型计算出来，所述施工状态信息指现阶段疏浚深度、起升卷筒转速、驱动装置工作电流等。

作为优选，所述自动控制装置还包括液位检测装置，用于将容器内的液位信息反馈至控制单元。

作为优选，所述控制单元采用PID控制算法，通过设定合适的PID参数，可实现控制单元对容器内液体量的准确控制，使节能抓斗式挖泥船确保正常工作的情况下，能耗最低。

作为优选，所述控制单元为可编程控制器（PLC）。

作为优选，所述自动控制装置还包括与补水阀另一端通过管道相连的泵，所述控制单元与泵相连，并控制泵的工作。

作为优选，所述配重液体为水。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1、抓斗下降过程释放的能量的使用效率高，可降低制动片损耗，

2、降低驱动装置的实际功率，可选择额定功率较低的驱动装置，从而降低抓斗式挖泥船的制造成本以及使用成本；

3、配重装置结构简单，维护成本低；

4、配重装置增设参数输入装置、数据采集装置、控制单元后，可实现对容器内液体量的动态控制，使节能抓斗式挖泥船确保正常工作的情况下，能耗低。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构示意图。

图2为本发明优选实施例中自动控制装置的结构示意图。

图中：1－船体，2－起重吊臂，3－抓斗，4－起升卷筒，5－第一钢丝绳，6－驱动电机，7－支撑架，8－配重装置，9－定滑轮，10－吊臂滑轮，11－动滑轮，12－容器，13－基准配重块，14－进液阀，15－第二钢丝绳，16－泄液阀，17－自动控制装置，18－参数输入装置，19－数据采集装置，21－压力式传感器，22－编码器，23－电流测量装置，24－液位检测装置，25－可编程控制器，26－泵。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。

图1至图2所示为本发明节能抓斗式挖泥船的优选实施例。

如图１所示，所述节能抓斗式挖泥船包括船体1、起重吊臂2、抓斗3、起升卷筒4、驱动电机6、支撑架7、配重装置8、定滑轮9、动滑轮11；所述抓斗3位于起重吊臂2一侧并与第一钢丝绳5相连，所述第一钢丝绳5经起重吊臂2顶端的吊臂滑轮10绕接在起升卷筒4上；所述驱动电机6驱使起升卷筒4转动；所述支撑架7下端固定在船体1上，所述定滑轮9固定在支撑架7上部，所述配重装置8与动滑轮11固定连接；所述挖泥船还包括与起升卷筒4连接的第二钢丝绳15，所述第二钢丝绳15的出绳方向与第一钢丝绳5的出绳方向相反，并且第二钢丝绳15部分穿绕于定滑轮9与动滑轮11之间，所述穿绕于定滑轮9与动滑轮11之间的第二钢丝绳15的段数为15。

所述配重装置8包括用于盛装配重水的容器12，固定于容器12下方的基准配重块13，所述容器12上部开设有进液口，所述容器12下端设有泄液口，所述进液口通过管道与进液阀14相连，所述泄液口通过管道与泄液阀16相连。所述基准配重块13以铁为材料制成，所述基准配重块13与容器12的重量之和等于抓斗3与体积为抓斗3容积一半的水的质量之和的18倍。配重水充满所述容器12后，容器12内的配重水的质量为基准配重块13质量的40%。

所述节能抓斗式挖泥船还包括控制容器12内配重水量的自动控制装置17，如图２所示，所述自动控制装置17包括参数输入装置18，数据采集装置19，位于容器12内的液位检测装置24，接收参数输入装置18、数据采集装置19、液位检测装置24的信息的可编程控制器25；所述参数输入装置18、数据采集装置19、液位检测装置24均与可编程控制器25电性连接。所述数据采集装置19包括测量现阶段疏浚深度的压力式传感器21，测量起升卷筒4转速的编码器22，测量驱动电机6工作电流的电流测量装置23。所述可编程控制器25根据起升卷筒4转速以及驱动电机6工作电流代入相应的数学模型计算疏浚泥质。

所述节能抓斗式挖泥船还包括与进水阀通过管道相连的泵26，所述控制单元与泵26电性相连，并控制泵26的工作。

所述可编程控制器25采用PID控制算法。通过设定合适的PID参数，可实现控制单元对容器12内液体量的准确控制，使节能抓斗式挖泥船确保正常工作的情况下，能耗最低。

所述自动控制装置17的工作流程如下：

1）、工作人员将设定疏浚深度、抓斗3参数等输进参数输入装置18后，参数输入装置18将信息传递至可编程控制器25；

2）、可编程控制器25接收参数输入装置18传递的设定疏浚深度、抓斗3参数信息，初步设定配重装置8的目标重量以及容器12内配重水的目标液位，使配重装置8的目标重量满足在抓斗3下降过程中，所述配重系统的重量值比抓斗3重量值的15倍大，在抓斗3提升过程中，所述配重系统的重量值比抓斗3重量值与体积为抓斗3容积的水的质量值之和的15倍小；

3）、液位检测装置24将液位信息反馈至可编程控制器25，可编程控制器25根据配重水的目标液位与实际液位进行对比，控制进液阀14、泄液阀16以及泵26的工作，直至目标液位与实际液位在差值在偏差的允许范围内；

4）、抓斗3下降，挖泥施工，数据采集装置19采集信息，并将信息传递至可编程控制器25；

5）、可编程控制器25接收数据采集装置19的现阶段疏浚深度、升卷筒转速、驱动电机6工作电流信息后，对疏浚工况进行分析，计算配重装置8的目标重量以及容器12内配重水的目标液位，使配重装置8的目标重量满足在抓斗3下降过程中，所述配重系统的重量值比抓斗3重量值的15倍大，抓斗3提升过程中，所述配重系统的重量值比抓斗3重量值与抓斗3中泥土重量值之和的15倍小；

6）、提升抓斗3，当配重装置8下降至最低点后，液位检测装置24将液位信息反馈至可编程控制器25，可编程控制器25根据配重水的目标液位与实际液位进行对比，控制进液阀14、泄液阀16以及泵26的工作，直至目标液位与实际液位在差值在偏差的允许范围内；重复步骤4），直至压力式传感器21测量的现阶段疏浚深度与设定疏浚深度相等。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种节能抓斗式挖泥船，位于节能抓斗式挖泥船的起重吊臂一侧的抓斗与第一钢丝绳相连，所述第一钢丝绳经吊臂滑轮绕接在起升卷筒上，所述起升卷筒由驱动装置进行驱动，其特征在于：所述起升卷筒上还连接第二钢丝绳，所述第二钢丝绳的出绳方向与第一钢丝绳的出绳方向相反，且第二钢丝绳的另一端与配重装置直接或间接相连；所述配重装置包括用于盛装配重液体的容器，所述容器设有进液口，位于容器下部的泄液口；所述进液口通过管道与进液阀相连，所述泄液口通过管道与泄液阀相连。

2.根据权利要求1所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：所述配重装置还包括固定在容器底部的基准配重块，所述基准配重块的密度大于配重液体的密度。

3.根据权利要求2所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：所述节能抓斗式挖泥船还包括定滑轮、动滑轮，所述配重装置与动滑轮相连，所述第二钢丝绳部分穿绕于定滑轮与动滑轮之间。

4.根据权利要求3所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：基准配重块与容器的重量值之和等于抓斗与体积为抓斗容积一半的水的质量值之和与0.8～1.2倍穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数之积。

5.根据权利要求3至4任一项所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：所述穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数为15～20。

6.根据权利要求2至4任一项所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：所述容器内配重液的质量为0～40%基准配重块的质量。

7.根据权利要求1至4所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：在抓斗下降过程中，所述配重系统的重量值比抓斗重量值与穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数之积大；抓斗提升过程中，所述配重系统的重量值比抓斗重量值与抓斗中泥土重量值之和与穿绕于定滑轮与动滑轮之间的第二钢丝绳的段数之积小。

8.根据权利要求1至4所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：还包括控制容器内液体量的自动控制装置，所述自动控制装置包括参数输入装置、数据采集装置、接收参数输入装置与数据采集装置信息的控制单元；所述参数输入装置、数据采集装置均与控制单元电性连接；所述参数输入装置用于接收用户输入的抓斗参数、设定疏浚深度；所述数据采集装置用于采集所述挖泥船的施工状态信息；所述控制单元通过控制补水阀与进水阀来调节容器内配重液体的量。

9.根据权利要求8所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：所述数据采集装置包括测量现阶段疏浚深度的压力式传感器，测量起升卷筒转速的编码器，测量驱动装置工作电流的电流测量装置。

10.根据权利要求8或9所述的节能抓斗式挖泥船，其特征在于：所述自动控制装置还包括液位检测装置，用于将容器内的液位信息反馈至控制单元。