CN103352485B - 一种挖泥船行走控制机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖泥船行走控制机构及其控制方法，包括定位桩、定位桩油缸、滑动架、滑动架油缸、动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗油缸、控制器和显示器，定位桩油缸、滑动架油缸、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸上分别设有位移传感器、流量传感器，船体的前端、后端、定位桩和铲斗上分别设有压力传感器，控制器和显示器相连，控制器分别与各个压力传感器、位移传感器和流量传感器相连。本发明依靠位移传感器、流量传感器、压力传感器实现对定位桩、滑动架、动臂、斗杆、铲斗的检测，控制器控制液压油缸的电磁阀和比例阀来控制液压油缸的运动，实现合理、协调的行走动作，可以实现在多种路况条件下的任意行走。

Description

一种挖泥船行走控制机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种挖泥船，尤其涉及的是一种挖泥船行走控制机构及其控制方法。

背景技术

可爬行的挖泥船主要依靠船体前端的动臂、斗杆、铲斗以及船体尾部的左右定位桩通过油缸推动爬行，在爬行过程中主要依靠铲斗以及两个定位桩这三个点对地面产生的反作用力而实现向前，因为仅仅只是三个支撑点，所以在爬行过程中容易使船体底面与地面产生相对滑动，特别在坚硬、不平、石头多的地面上，容易使船体破坏或者不能依靠自身行走。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种挖泥船行走控制机构及其控制方法，使得挖泥船在行走时候，不与地面产生滑动摩擦，这保证船体在不同路面环境下都可以行走。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明的控制机构包括定位桩、定位桩油缸、滑动架、滑动架油缸、动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗油缸、控制器和显示器，所述定位桩和滑动架分别设置于船体的后端，定位桩油缸一端铰接在滑动架上，另一端和定位桩铰接；滑动架油缸一端和滑动架铰接，另一端铰接在船体的后端；动臂和斗杆和铲斗分别设置于船体的前端，动臂油缸一端和动臂铰接，另一端铰接在船体的前端；斗杆油缸一端铰接在动臂上，另一端和斗杆铰接；铲斗油缸一端铰接在斗杆上，另一端和铲斗铰接；定位桩油缸、滑动架油缸、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸上分别设有位移传感器、流量传感器，船体的前端、后端、定位桩和铲斗上分别设有压力传感器，控制器和显示器相连，控制器分别与各个压力传感器、位移传感器和流量传感器相连。

一种挖泥船行走控制方法，包括以下步骤：

a、设置初始位置：铲斗在一个行走周期内相对于船体的水平距离最大并接近地面，定位桩与地面垂直且不接触；

b、铲斗、斗杆、动臂运动到初始位置后，锁死动臂油缸；

c、定位桩、滑动架运动到初始位置后，再使定位桩向地面方向移动直至压到地面；

d、检测此时定位桩油缸和滑动架油缸的位置，设置为零点，然后使得滑动架油缸处于浮动状态；

e、定位桩油缸继续伸长到安全距离，所述安全距离指船体的前端，铲斗、斗杆拉着船体前行，船体的尾部与地面不产生滑动摩擦的安全数值；

f、定位桩油缸伸长到安全距离后，铲斗油缸和斗杆油缸伸长；

g、铲斗接触地面后，记录此时动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的位置，设置为零位置，

h、铲斗油缸和斗杆油缸行走到设定位置A，所述设定位置A是指铲斗挖到地面的位置，此位置的检测通过压力传感器，此位置的压力大于在船体开始往前移时铲斗与地面不产生相对位移时所受的压力；

i、斗杆油缸行走到设定位置B，然后使得动臂油缸处于浮动状态，所述设定位置B是指在整个行走周期中船体前端处于最高点的位置；

j、然后斗杆油缸继续行走到设定位置C，所述设定位置C是指斗杆伸长到此位置时船体的前端接触地面；

k、当定位桩油缸伸长到安全距离或者斗杆油缸伸长到设定位置C后，检测船体是否接触地面，如果船体的前端和尾部都接触地面，则动臂油缸和滑动架油缸取消浮动状态，铲斗油缸、斗杆油缸收缩到预设位置D，所述预设位置D是指铲斗离开地面；

l、当船体的前端接触地面，后端没接触地面，则收缩定位桩油缸直到检测到尾部接触地面，返回步骤k；

m、当船体的前端、后端都没有接触到地面，斗杆油缸伸长直到前端接地，返回步骤l；

n、当斗杆油缸伸长到最长时，船体的前端还没接地，斗杆油缸停止伸长，缓慢收缩定位桩油缸到预设的初始状态，初始位置是指当定位桩与地面垂直时候，定位桩不接触地面时候其油缸的位置，此时船体的后端已经接地，再缓慢收缩铲斗油缸、斗杆油缸到设定位置D，则船体的前端也接地，返回步骤k；

o、当船体的前端没有接触到地面，而船体的后端已经接地，则缓慢收缩铲斗油缸、斗杆油缸到设定位置D，则船体的前端也接地，返回步骤k，至此，完成一个行走周期。

所述浮动状态是指外力对油缸两端作用，当外力超过设定值后，油缸跟随该外力的方向伸缩。设定值是当出现意外时，设备不会自由落到地面，而是受一定的力而较缓慢落到地面的值。

本发明相比现有技术具有以下优点，本发明依靠位移传感器、流量传感器、压力传感器实现对定位桩、滑动架、动臂、斗杆、铲斗的检测，控制器控制液压油缸的电磁阀和比例阀来控制液压油缸的运动，结构简单的实现了对挖泥船行走的控制，实现合理、协调的行走动作，可以实现在多种路况条件下的任意行走。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制流程图；

图3是图2的局部放大示意图；

图4是图2的局部放大示意图；

图5是图2的局部放大示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括定位桩1、定位桩油缸2、滑动架3、滑动架油缸4、动臂5、动臂油缸6、斗杆7、斗杆油缸8、铲斗9、铲斗油缸10、控制器和显示器，所述定位桩1和滑动架3分别设置于船体11的后端，定位桩油缸2一端铰接在滑动架3上，另一端和定位桩1铰接；滑动架油缸4一端和滑动架3铰接，另一端铰接在船体11的后端；动臂5和斗杆7和铲斗9分别设置于船体11的前端，动臂油缸6一端和动臂5铰接，另一端铰接在船体11的前端；斗杆油缸8一端铰接在动臂5上，另一端和斗杆7铰接；铲斗油缸10一端铰接在斗杆7上，另一端和铲斗9铰接；定位桩油缸2、滑动架油缸4、动臂油缸6、斗杆油缸8、铲斗油缸10上分别设有位移传感器、流量传感器，船体11的前端、后端、定位桩1和铲斗9上分别设有压力传感器，控制器和显示器相连，控制器分别与各个压力传感器、位移传感器和流量传感器相连。

本发明的设计原理为：定位桩1与地面接触点为E点，铲斗9与地面接触点为F点，滑动架3与船体11的后端接触点为G点，船体11的前端与动臂5接触点为H点，动臂5与斗杆7的接触点为I点。通过油缸加压，理想状态下在一个行走周期内，E点与F点位置恒定，当动臂油缸6锁死，滑动架油缸4处于浮动状态时候，可以把船体11的整个行走机构简化为：EG，GI，IF，EF四个刚体，且四个刚体连接处为铰接，可以绕铰点转动，形成了一个双摇臂机构，当斗杆油缸8伸长时，IF绕F点顺时针旋转，于是H点同时向船体11前方和上方运动，HI绕I点逆时针旋转，于是船体11就向前移动，为了船体11船体11在向前移动时候，船体11底部不和地面相对滑动，于是通过余弦函数等关系计算在IF顺时针旋转中，EG的距离需要增加的大小以免船体11向前运动中与地面相对滑动。可以根据斗杆油缸8的伸长之前与伸长到指定位置之后两个状态比较，粗略估算一个定位桩1的伸长量并且加上一定安全数值即可粗略的估算出来。当相关的零部件尺寸固定后，IF的长度由铲斗油缸10决定，其运动状态，其与地面的角度由斗杆油缸8的伸缩尺寸决定；EG的的长度以及其与地面的角度由定位桩油缸2决定，所以当动臂油缸6锁死，滑动架油缸4自由浮动时，通过计算相关油缸在船体11向前运动中的伸缩速度来控控制船体11离开地面平稳的向前运动，而油缸的伸缩速度由单位时间内通过油缸的流量决定，于是可以通过控制器计算控制通过各油缸的流量来控制船体11向前运动。

当船体11行走一定距离以及离开地面一定距离后，使滑动架油缸4和动臂油缸6都处于浮动状态，那整个船体11行走机构就可以简化为：由EG，GH，HI，IF，EF够成的一个五边形的机构，于是通过控制定位桩油缸2的伸缩长度来控制EG长度以及通过控制斗杆油缸8伸缩来控制∠HIF的大小，依靠油缸的推力以及船体11重力共同作用，可以实现船体11平稳落在地面上。

在实际的船体11行走中，定位桩1与地面接触的E点以及铲斗9与地面接触的F点与地面或多或少都有一定的相对滑动以及液压油的泄露等不可控因素影响，所以根据理论状态计算出的油缸流量能实现的理想状态与实际的运动状态有一定差距，为了保证当出现定位桩1或铲斗9与地面产生相对滑动后，船体11也能合理行走，船体11不与地面产生相对滑动，于是本发明的控制包含实时监测油缸位置，调整各油缸的流量。

当滑动架油缸4处于浮动状态时，整个行走机构是一个不稳定的四边形结构，当因为地面状况等不可控因素而使定位桩1与地面产生较大滑动时，船体11会由高处落到地面，这样会损坏船体11；当滑动架油缸4与动臂油缸6都处于浮动状态时候，整个行走机构是以很不稳定的五边形结构，当因为地面状况等不可控因素而使定位桩1或者铲斗9与地面产生较大滑动时，船体11也会从高出落到地面，这样也很容易损坏船体11。所以在实际控制过程中，当滑动架油缸4处于浮动或者动臂油缸6处于浮动状态时候，要对其进行压力控制，即当油缸两端所受的外部压力大于所设定的值后，其活动缸杆才能相对于缸体运动。

如图2～图5所示，所示控制方法包括以下步骤：

首先把各油缸伸缩变化与定位桩1、铲斗9的位置之间的函数关系输入到控制器，控制器接收到行走信号后，在显示器显示行走工况，比如一个行走周期的位移、是否能实现目标行走距离等之类的信息，然后控制器通过函数关系计算出在该行走工况下，按照通常地面的不平度，计算出铲斗9、斗杆7、定位桩1的行走前的初始位置，或者特殊行走环境下由手动输入初始位置。

a、设置初始位置：铲斗9在一个行走周期内相对于船体的水平距离最大并接近地面，不能离得太远，定位桩1与地面垂直，且离地面有一定距离的地方，保证滑动架3能旋转到使定位桩1与地面垂直；

b、铲斗9、斗杆7、动臂5运动到初始位置后，锁死动臂油缸6；

c、定位桩1、滑动架3运动到初始位置后，再使定位桩1向地面方向移动直至压到地面；

d、检测此时定位桩油缸2和滑动架油缸4的位置，设置为零点，然后使得滑动架油缸4处于浮动状态；

e、定位桩油缸2继续伸长到安全距离，所述安全距离指船体11的前端，铲斗9、斗杆7拉着船体11前行，船体11的尾部与地面不产生滑动摩擦的安全数值；

f、定位桩油缸2伸长到安全距离后，铲斗油缸10和斗杆油缸8伸长；

g、铲斗9接触地面后，记录此时动臂油缸6、斗杆油缸8、铲斗油缸10的位置，设置为零位置，

h、铲斗油缸10和斗杆油缸8行走到设定位置A，所述设定位置A是指铲斗9挖到地面即固定到地面上的位置，此位置的检测通过压力传感器，此位置的压力大于在船体开始往前移时铲斗与地面不产生相对位移时所受的压力；

i、斗杆油缸8行走到设定位置B，然后使得动臂油缸6处于浮动状态，所述设定位置B是指在整个行走周期中船体11前端处于最高点的位置；

j、然后斗杆油缸8继续行走到设定位置C，所述设定位置C是指斗杆7伸长到此位置时船体11的前端接触地面；

k、当定位桩油缸2伸长到安全距离或者斗杆油缸8伸长到设定位置C后，检测船体11是否接触地面，如果船体11的前端和尾部都接触地面，则动臂油缸6和滑动架油缸4取消浮动状态，铲斗油缸10、斗杆油缸8收缩到预设位置D，所述预设位置D是指铲斗9离开地面；

l、当船体11的前端接触地面，后端没接触地面，则收缩定位桩油缸2直到检测到尾部接触地面，返回步骤k；

m、当船体11的前端、后端都没有接触到地面，斗杆油缸8伸长直到前端接地，返回步骤l；

n、当斗杆油缸8伸长到最长时，船体11的前端还没接地，斗杆油缸8停止伸长，缓慢收缩定位桩油缸2到预设的初始状态，初始位置是指当定位桩1与地面垂直时候，定位桩1不接触地面时候其油缸的位置，此时船体11的后端已经接地，再缓慢收缩铲斗油缸10、斗杆油缸8到设定位置D，则船体11的前端也接地，返回步骤k；定位桩油缸2是否与地面垂直是由滑动架3的位置决定的，也就是说定位桩1处于初始位置时候，定位桩1不一定与地面垂直，此处只需要定位桩油缸2到其初始位置即可；

o、当船体11的前端没有接触到地面，而船体11的后端已经接地，则缓慢收缩铲斗油缸10、斗杆油缸8到设定位置D，则船体11的前端也接地，返回步骤k，至此，完成一个行走周期。

所述浮动状态是指外力对油缸两端作用，当外力超过设定值后，油缸跟随该外力的方向伸缩。设定值是当出现意外时，挖泥船不会自由落到地面，而是受一定的力而较缓慢落到地面的值。

Claims (2)

1.一种挖泥船行走控制机构的行走控制方法，所述挖泥船行走控制机构包括定位桩、定位桩油缸、滑动架、滑动架油缸、动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗油缸、控制器和显示器，所述定位桩和滑动架分别设置于船体的后端，定位桩油缸一端铰接在滑动架上，另一端和定位桩铰接；滑动架油缸一端和滑动架铰接，另一端铰接在船体的后端；动臂和斗杆和铲斗分别设置于船体的前端，动臂油缸一端和动臂铰接，另一端铰接在船体的前端；斗杆油缸一端铰接在动臂上，另一端和斗杆铰接；铲斗油缸一端铰接在斗杆上，另一端和铲斗铰接；定位桩油缸、滑动架油缸、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸上分别设有位移传感器、流量传感器，船体的前端、后端、定位桩和铲斗上分别设有压力传感器，控制器和显示器相连，控制器分别与各个压力传感器、位移传感器和流量传感器相连，其特征在于，还包括以下步骤：

a、设置初始位置：铲斗在一个行走周期内相对于船体的水平距离最大并接近地面，定位桩与地面垂直且不接触；

b、铲斗、斗杆、动臂运动到初始位置后，锁死动臂油缸；

c、定位桩、滑动架运动到初始位置后，再使定位桩向地面方向移动直至压到地面；

d、检测此时定位桩油缸和滑动架油缸的位置，设置为零点，然后使得滑动架油缸处于浮动状态；

e、定位桩油缸继续伸长到安全距离，所述安全距离指船体的前端，铲斗、斗杆拉着船体前行，船体的尾部与地面不产生滑动摩擦的安全数值；

f、定位桩油缸伸长到安全距离后，铲斗油缸和斗杆油缸伸长；

g、铲斗接触地面后，记录此时动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的位置，设置为零位置，

h、铲斗油缸和斗杆油缸行走到设定位置A，所述设定位置A是指铲斗挖到地面的位置，此位置的检测通过压力传感器，此位置的压力大于在船体开始往前移时铲斗与地面不产生相对位移时所受的压力；

i、斗杆油缸行走到设定位置B，然后使得动臂油缸处于浮动状态，所述设定位置B是指在整个行走周期中船体前端处于最高点的位置；

j、然后斗杆油缸继续行走到设定位置C，所述设定位置C是指斗杆伸长到此位置时船体的前端接触地面；

k、当定位桩油缸伸长到安全距离或者斗杆油缸伸长到设定位置C后，检测船体是否接触地面，如果船体的前端和尾部都接触地面，则动臂油缸和滑动架油缸取消浮动状态，铲斗油缸、斗杆油缸收缩到预设位置D，所述预设位置D是指铲斗离开地面；

l、当船体的前端接触地面，后端没接触地面，则收缩定位桩油缸直到检测到尾部接触地面，返回步骤k；

m、当船体的前端、后端都没有接触到地面，斗杆油缸伸长直到前端接地，返回步骤l；

n、当斗杆油缸伸长到最长时，船体的前端还没接地，斗杆油缸停止伸长，缓慢收缩定位桩油缸到预设的初始状态，初始位置是指当定位桩与地面垂直时候，定位桩不接触地面时候其油缸的位置，此时船体的后端已经接地，再缓慢收缩铲斗油缸、斗杆油缸到设定位置D，则船体的前端也接地，返回步骤k；

o、当船体的前端没有接触到地面，而船体的后端已经接地，则缓慢收缩铲斗油缸、斗杆油缸到设定位置D，则船体的前端也接地，返回步骤k，至此，完成一个行走周期。

2.根据权利要求1所述的一种挖泥船行走控制机构的行走控制方法，其特征在于，所述浮动状态是指外力对油缸两端作用，当外力超过设定值后，油缸跟随该外力的方向伸缩。