CN109632165B - 模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供属于疏浚工程技术领域，涉及一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法。所述装置包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块；耙头功能模块用以实现耙齿切削力的提供，以及耙齿切削姿态的调整；耙齿切削模块用以调整耙齿切削角度和更换齿型，用以实现耙齿与测力调整模块的连接，并在耙齿对土层进行切削时，将耙齿载荷传递到测力调整模块；测力调整模块用以实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力和耙齿间距的调整。本发明能够搭载实际作业耙齿，并实现耙齿对所切削土层位置姿态的变化，包含其全部作业范围；还能实现对切削参数的调整并在耙齿切削过程中保持切削参数稳定不变；还能测量耙齿所受六轴载荷。

Description

模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法

技术领域

本发明属于疏浚工程技术领域，涉及一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法。

背景技术

随着经济及社会生活的发展，人类对海洋及海洋资源的探索与利用的需求日益高涨，这些需求促使疏浚工程及海洋工程各个领域快速发展，在疏浚工程中，耙吸挖排泥方式是对海底物质施工的典型方式之一，典型装备是耙吸挖泥船，耙头是耙吸挖泥船对挖掘土层进行施工的作业部件，耙头的作用为挖掘水下泥沙等物质，并使之与进入耙头的水混合成泥浆后采用流体输送的方式运送到预定位置，耙齿作为耙头施工部件，其承受载荷的状态对耙头施工效率有决定性影响。

耙头必须能够破坏粘在一起的各种类型土的连接，挖掘通过采用机械式耙齿切削挖掘和联合高压射流辅助挖掘的方法破坏各类型土的连接，实现挖掘作业。耙齿切削挖掘是采用安装在耙头底部的耙齿依靠耙头在水下重量将耙齿插入土中，在挖泥船对耙齿沿船舶航行方向拖曳时，其挖掘如同机械切削原理一样，将耙齿前部的泥切削、剥离。

耙头的工作原理与其结构密切相关，现行耙头主要由固定体和活动罩两部分构成，固定体为钢板焊接结构，端部为圆形、安装有法兰，用于与耙吸管连接，另一端为带有轴孔的矩形，用短轴与活动罩铰接。活动罩为钢板焊接壳体结构，采用短轴与固定体铰接，可以摆动50度角度，内部焊有横梁作为耙齿的安装座，安装的耙齿实现对疏浚层的切削挖掘，主动式耙头则可通过液压缸的控制来调节活动罩的状态，从而控制耙齿在挖掘施工时的作业状态。

根据上述耙头结构的构成可知，耙头在挖掘施工过程中，因耙齿与耙头的活动罩焊接在一起，因此耙齿对地的挖掘姿态与活动罩一同变化，通过改变活动罩的姿态实现耙头挖掘状态的变化，调节耙齿与切削土层之间的切削关系。

受风浪流和海床不平整等因素的影响，耙头在实际作业时运行状态并不稳定，即耙齿与土层的相对位置和耙齿的切削姿态是时刻变化的，其与土体的相互作用行为非常复杂，耙齿切削时所承受载荷规律并不清楚。但是，目前尚无关于测量耙齿在疏浚工程中对水面下方土层进行挖掘时所承受载荷方面的研究。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法，模拟耙吸挖泥船耙齿切削作业行为，能够搭载实际作业耙齿；能够试验耙齿对所切削土层位置姿态的变化并包含其全部作业范围；能够根据需要调整切削参数以及在耙齿切削过程中保持切削参数不变，并对其所受六轴载荷进行测量，实现耙齿在疏浚工程中对水面下方土层进行挖掘时所承受载荷的测量问题。

为了实现上述目标，本发明采用了如下技术方案：

一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置，其采用1：1的耙齿模型进行耙齿测力试验；该测量装置包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块；其中，耙头功能模块位于后端，用于实现耙齿切削力的提供，以及耙齿切削姿态的调整；耙齿切削模块位于前端，用于将耙齿对土层进行切削时的耙齿载荷传递到测力调整模块；测力调整模块安装于耙头功能模块与耙齿切削模块之间，用于实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力和耙齿间距的调整。

耙头的工作原理与其结构密切相关，现行耙头主要由固定体和活动罩两部分构成，固定体端部为圆形、安装有法兰，用于与耙吸管连接，另一端为带有轴孔的矩形，用短轴与活动罩铰接，活动罩采用短轴与固定体铰接，内部焊有耙齿，安装的耙齿实现对疏浚层的切削挖掘，挖掘作业时可以摆动50度角度。根据上述耙头结构的构成可知，耙头在挖掘施工过程中，因耙齿与耙头的活动罩焊接在一起，因此耙齿对地的挖掘姿态与活动罩一同变化，通过改变活动罩的姿态实现耙头挖掘状态的变化，调节耙齿与切削土层之间的切削关系。在本发明中，通过耙头功能模块和耙齿切削模块实现上述功能，测力调整模块用于测量耙齿受力情况，及根据不同耙头耙齿安装情况的变化可以进行调整测量。

本发明对原耙头上的耙齿所遇到的施工情况的切削行为进行分析，发现耙齿切削土体作业时切削参数主要包括切削速度、切削角度、切削深度、耙齿间距、耙齿齿型和切削土质等。因此，本发明还进一步对上述切削参数进行有效的控制，提供一种利用模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置进行参数分析的方法，使耙齿在切削土体过程中保持切削参数稳定不变，并使用控制变量法对每一个切削参数进行详细的定量分析研究。

对切削参数进行定量分析研究是指：在实验中，切削是刀齿从一点到另一点一遍一遍反复进行的；每进行一遍，切削参数都有针对性的调整，比如要研究切削角度对耙齿受力的影响，那么每次切削时改变一个切削角度，测得这个过程中的受力数据，最终可以得到一个定量的结果；同理，依次改变其他切削参数，可以得到每个参数对切削受力的定量结果。

本发明中，耙头功能模块包括拖拽行车、机架，油缸和摆转架；耙齿切削模块包括耙齿和若干组耙齿连接件；测力调整模块包括T型槽安装块、以及与耙齿连接件数量和位置相对应的若干组T型槽螺栓、转接块、传感器，每组耙齿连接件、T型槽螺栓、转接块、传感器构成一个测力单元。其中，所述传感器采用六轴传感器。

本发明中，拖拽行车是耙齿切削试验时的动力来源，当试验进行时，通过拖拽行车的运动带动整个装置跟随运动，此时耙齿被拖拽行车带动而进行对土层的切削运动；机架是钢板焊接结构，用来连接拖拽行车，并与摆转架和油缸等部件进行连接；油缸用于实现耙齿相对于切削土层的切削姿态调整，包括耙齿切削角度调整和耙齿切削深度调整；摆转架起到连接结构的作用。当耙齿在拖拽行车的拖拽作业下进行对土层的切削挖掘时，土层对耙齿的反作用力经过耙齿连接件传递到六轴传感器，六轴传感器通过转接件安装在T型槽安装块上，耙齿之间间距在T型槽安装块上可以进行调整，因为耙齿之间间距因不同的耙头而有所不同。

进一步，拖拽行车作为整个装置的行走机构，其通过机架法兰与机架连接；机架起到连接拖拽行车和耙齿组件的作用，同时当调整耙齿姿态时，机架在由油缸、摆转架和机架组成的四杆机构中起到机架体的作用，在本发明中，机架和油缸、油缸和摆转架、摆转架和机架各有连接，并形成四杆机构，是基本四杆机构的一种变形；油缸是耙齿摆动动力源，油缸与机架和摆转架相连，通过油缸的伸缩动作完成耙齿对切削土层的切削角度和切削深度的调整；摆转架起到连接结构的作用，其与机架连接组成可以摆动的结构用于调整耙齿姿态，其与油缸连接组成四杆机构实现摆动动作，其与测力调整模块连接以实现测量装置的组装；T型槽安装块是转接块的安装结构，能够实现耙齿位置的调整以便满足耙齿间距调整的需要；转接块通过T型螺栓安装在T型槽安装块上，同时转接块与六轴传感器相连，将六轴传感器与整个测量装置组装在一起；六轴传感器从耙齿连接件输入耙齿载荷，能够测量耙齿在三个正交方向的拉压力和绕三个正交方向的扭矩载荷，根据力的合成和分解可以实现，三个正交方向的拉压力和绕三个正交方向的扭矩可以合成耙齿在空间中的任意受力情况；耙齿连接件的一端与测力传感器相连，耙齿连接件的另一端与耙齿相连，耙齿与耙齿连接件之间采用焊接连接；耙齿是测量目标件，当耙齿进行土层切削时，耙齿收到反作用力，六轴传感器对反作用力进行测量。

从耙齿受力状态情况可知，耙齿可能承受的载荷有沿三个正交方向的拉压力载荷和绕三个正交方向的扭矩载荷，因此本发明使用六轴测力传感器测量上述耙齿所承受的六个方向的分力，根据力的合成和分解可以实现，三个正交方向的拉压力和绕三个正交方向的扭矩可以合成耙齿在空间中的任意受力情况。

本发明提供的利用上述装置进行参数分析的方法，能够实现对主要切削参数的调整，并在耙齿切削过程时保持切削参数稳定不变，主要切削参数包括耙齿切削角度、切削深度、切削速度、耙齿间距、耙齿齿型、切削土质这些影响耙齿切削力的因素，根据需要使用控制变量法对每一个切削参数进行详细的定量分析研究。具体如下：

①切削速度，由拖曳行车调节；耙齿与拖曳行车的相对位置是不变的，故其可以随着拖曳行车以相同速度直线稳定前进；

②切削角度和切削深度，由液压油缸和耙齿连接件调节；通过液压油缸的油缸推杆的伸缩，从而起到调节耙齿切削角度和切削深度的作用；此外，耙齿连接件有不同夹角的构件，起到调节角度和深度的作用，本发明通过保持油缸推杆的长度和依靠耙齿连接件的材料刚度，保持切削角度和切削深度在耙齿切削过程中不发生变化；

③耙齿间距，由T型槽安装块调整；T型槽螺栓起到摩擦力约束作用，通过T型槽螺栓的滑动，耙齿之间的距离在耙齿切削过程中可以始终保持不变；

④耙齿齿型，由耙齿调节；根据需要选择适当的耙齿安装在耙齿连接件上，实现刀齿类型的调整；

⑤切削土质，根据试验需要进行制备。

本发明还提供一种模拟耙吸船耙齿作业并进行测力的方法，包括如下过程：

首先由拖拽行车开始动作，通过拖拽行车的拖拽作用带动机架、摆转架、T型槽安装块、转接块、六轴传感器、耙齿连接件、耙齿跟随运动，进而带动耙齿对土层进行切削运动，切削时耙齿的受力情况通过耙齿连接件传递到六轴传感器，通过六轴传感器对耙齿的受力进行采集及测量，从而实现了耙齿在挖掘过程中的载荷测力；

当耙齿在拖拽行车的拖拽作业下进行对土层的切削挖掘时，耙齿切削角度和切削深度通过油缸的伸缩和耙齿连接件的角度来调整；同时，摆转架起到连接结构的作用，其与机架连接组成可以摆动的结构用于调整耙齿的姿态，其与油缸连接组成四杆机构实现摆动动作；耙齿之间间隙的调整通过T型槽安装块调整；耙齿齿形通过更换安装在耙齿连接件上的耙齿来调整；切削土质通过人工制备土体来调整。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：解决了耙齿切削挖掘土层时测量耙齿所受载荷大小的技术问题，为了研究耙齿在耙吸挖泥船挖掘作业过程中，安装在耙头中耙齿的受力状态，提出一种具备模拟耙头动作的测量装置，能够搭载实际作业耙齿；能够试验耙齿对所切削土层位置姿态的变化并包含其全部作业范围，实现耙头的所有功能和切削行为，包括在切削过程中对耙齿姿态(切削深度和角度)和切削速度的调整，以及起耙放耙等行为。本发明还能够实现对主要切削参数的调整并在耙齿切削过程中保持切削参数稳定不变，主要切削参数包括耙齿角度、耙齿切削深度、切削速度、耙齿间距、耙齿齿型、切削土质等影响耙齿切削力的因素，且本发明是通过结构本身设计使耙齿在切削时保持各构件相对位置稳定不变的。本发明还能够测量耙齿所受载荷，载荷包含三个正交方向的拉压力载荷和绕三个正交方向的扭矩载荷。从耙齿施工动作和耙齿对地姿态而言，解决了实际耙齿切削挖掘作业的功能和耙齿切削挖掘作用过程中的所承受载荷的测量问题，能够实现耙齿切削参数的调节并在耙齿切削过程中保持切削参数不变，能够测出耙齿在切削过程中各方向载荷情况。

附图说明

图1为本发明实施例提供的模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的耙吸挖泥船耙齿所受六轴载荷的测量装置的角度挖深调节功能结构示意图。

图3为本发明实施例提供的T型槽安装块的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的耙齿测力端的结构示意图。

图1数字标记：拖拽行车1，液压站12，机架2，机架法兰21，螺栓91，油缸3，摆转架4，T型槽安装块5，T型槽螺栓93，转接块6，六轴传感器7，耙齿连接件10，耙齿11。

图2数字标记：机架油缸法兰22，油缸耳座12，螺栓91，油缸筒31，油缸推杆32，连接销92，摆转架油缸耳座42，摆转架耳板23，机架耳板41。

图3数字标记：T型槽安装块5，安装块台肩51，安装块T型槽52。

图4数字标记：转接块6，六轴连接块7，耙齿连接件10，耙齿11，螺栓91。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置及方法的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。

需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中的术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本发明各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

(1)各构件功能及装配方式说明。

如图1至图4所示，本发明提供一种耙吸挖泥船耙齿所受六轴载荷的测量装置，包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块。其中，耙头功能模块位于后端，用于实现耙齿切削力的提供，以及耙齿切削姿态的调整；耙齿切削模块位于前端，用于安装耙齿和调整耙齿切削角度，以及将耙齿对土层进行切削时的耙齿载荷传递到测力调整模块；测力调整模块安装于耙头功能模块与耙齿切削模块之间，用于实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力。

进一步，耙头功能模块包括拖拽行车1、机架2，油缸3和摆转架4；耙齿切削模块包括若干组耙齿连接件10、耙齿11；测力调整模块包括T型槽安装块5、与耙齿连接件10数量和位置相对应的若干组T型槽螺栓93、转接块6、六轴传感器7，每组耙齿连接件10、T型槽螺栓93、转接块6、六轴传感器7构成一个测力单元。

其中，拖曳行车1通过液压站12驱动；机架2的一端通过机架法兰21以及螺栓91与拖曳行车1连接；机架2的另一端设有机架耳板23，摆转架4的一端设置有摆转架耳板41，机架耳板23与摆转架耳板41之间通过连接销92连接；同时，机架2上还设有机架油缸法兰22，摆转架4上设有摆转架油缸耳板42，油缸3包括相互连接的油缸筒31和油缸推杆32，油缸筒31上设置有油缸耳座12，油缸筒31通过油缸耳座12与机架油缸法兰22连接，油缸推杆32通过连接销92与摆转架油缸耳板42连接，用于控制耙齿切削模块中耙齿11的摆动。

在优选的实施方式中，油缸3可以设置有两套，如图1所示。

进一步，T型槽安装块5安装在摆转架4的下方；T型槽安装块5的一侧设置有安装块抬肩51，且安装块抬肩51位于远离机架2的一端；T型槽安装块5的底面设有平行于所述安装块抬肩51的安装块T型槽52，安装块T型槽52中设置有若干转接块6，用于调整多个测力单元之间的间距；转接块6包括上面和侧面，转接块6的上面通过T型螺栓93可滑动地安装块T型槽52中，转接块6的侧面位于靠近安装块抬肩51一侧；耙齿连接件10包括侧面和底面，其侧面与六轴传感器7通过螺栓91进行装配，其底面与耙齿11焊接装配；六轴传感器7的一端为安装面，与转接块6的侧面连接，其另一端为采集信号输入端，与耙齿连接件10的侧面连接。

在优选的实施方式中，转接块6为

结构，转接块6的横边通过T型螺栓93可滑动地安装块T型槽52中，转接块6的竖边均与一个六轴传感器7进行装配；

进一步，耙齿连接件10可以采用不同夹角的构件，即耙齿连接件10的侧面与底面形成的角度可以改变；在优选的实施方式中，每个六轴传感器7可以分别与不同角度的耙齿连接件10进行装配，以实现切削角度的进一步调整。

作为举例而非限定，耙齿连接件10可以为“└”结构的直角耙齿连接件，其侧面与底面的角度构成90°，如图4所示，在直角的耙齿连接件10上安装耙齿11；此外，耙齿连接件10还可以是钝角耙齿连接件，其侧面与底面之间构成一定的钝角，如图1所示，本实施例测力单元设置3组为例，所述耙齿连接件10依次设计呈直角、120度角、150度角，提供多样化的测力条件。

各测力单元所搭接耙齿11之间的间距通过T型槽螺栓93在安装块T型槽52内的移动来进行调整，以满足耙齿11之间间距因耙头不同而有所不同。本实施例中所述耙齿11可以是实际作业耙齿。

在优选的实施方式中，每个转接块6通过四个T型螺栓93安装在安装块T型槽52中，T型螺栓93依靠摩擦力能起到限位作用，且测量装置使用过程中所产生的外力不足以使得转接块6发生滑动；同时在测量装置使用过程中，转接块6有向安装块抬肩51所在方向移动的趋势，安装块抬肩51可以辅助限制转接块6的移动。

(2)切削主要参数及其控制方法说明。

耙齿切削土体作业时切削参数主要包括切削速度、切削角度、切削深度、耙齿间距、耙齿齿型和切削土质等。本发明还能够对上述切削参数进行有效的控制，使耙齿在切削土体过程中保持切削参数稳定不变，并使用控制变量法对每一个切削参数进行详细的定量分析研究。

下面进行详细说明。前文已经对各个构件的基本功能进行说明，这里反过来只说每一个参数的调节由哪些构件实现。

①切削速度，由拖曳行车1调节。拖曳行车1通常安装在导轨上，由电力驱动，通过试验室控制台实现速度控制，使其可以按照恒定的速度在导轨上直线稳定行驶，行车通过三个模块最终连接到耙齿上，在整个设备调节好后，耙齿与行车的相对位置是不变的，故其可以随着行车以相同速度直线稳定前进，而不会像在施工时受到波浪和海床面的影响上下起伏或速度有较大波动；

②切削角度和切削深度，由液压油缸3和耙齿连接件10调节。液压油缸3位于机架2上，液压油缸的动力来源于行车平台上的液压系统，也在试验室控制台进行控制，这属于普通技术，这里不再赘述，液压油缸的油缸推杆32可以伸缩，从图1的视角来分析，当推杆伸长时，耙齿11顺时针旋转，反之，耙齿11逆时针旋转，切削角度和切削深度都发生相应变化，从而起到调节耙齿切削角度和切削深度的作用，在切削过程中，保持油缸推杆32长度不变以达到耙齿切削姿态稳定不变的目的；此外，与耙齿11直接相连的耙齿连接件10也能起到调节切削角度的功能，从图1实施例来看，耙齿连接件10有三个不同夹角的构件，该角度可以根据需要进行设计制造，从而起到调节角度和深度的作用，该组件强度足够大，在不发生断裂的情况下，其夹角不发生改变。油缸和耙齿连接件调节好后，耙齿的切削姿态，也就是与切削土体的相对位置也就固定下来了，本发明能保持切削深度和切削角度在耙齿移动切削时不发生变化；

③耙齿间距，由T型槽安装块5调整。通过T型槽螺栓93在安装块T型槽52内的移动来进行调整耙齿之间的距离，T型槽螺栓93装配好后，具有一定的摩擦力能够限制其在T型槽52内的滑动，因此耙齿之间的距离在试验时可以始终保持不变；

④耙齿齿型，由耙齿11调节。根据需要选择适当的耙齿安装在耙齿连接件10上，实现耙齿类型的调整，耙齿一般选择与工程中相同的型号；

⑤切削土质，根据试验需要进行制备，制备的土体质地更加均匀，材料属性更易测得，对耙齿的作用力也更加稳定，但制土的周期和成本较高。

这样，本发明就可以针对某一特定的工况设定特定的切削参数，并维持该条件使耙齿切削移动，测得的耙齿受力为该工况条件下的稳定数据，换言之，本发明可以不改变大部分切削参数，而只改变其中某一参数进行试验，实现了控制变量，可以单独研究某一参数对耙齿切削受力的影响规律，对研究者来说这个数据是十分有价值的，这一功能是原耙头耙齿和相关发明所没有的。

(3)测力功能具体实现过程说明。

本发明还提供一种模拟耙吸船耙齿作业并进行测力的方法，包括如下过程：

首先由拖拽行车1开始动作，拖拽行车1是进行耙齿切削试验时的动力输入，当试验进行时，因拖拽行车1的拖拽作用，机架2、摆转架4、T型槽安装块5、转接块6、六轴传感器7、耙齿连接件10、耙齿11跟随运动，此时耙齿11被拖拽行车1带动并对土层进行切削运动，切削时耙齿11受到力的作用通过耙齿连接件10传递到六轴传感器7，通过六轴传感器7对耙齿11所承受的力进行采集，从而实现了耙齿11在挖掘过程中的载荷测力，载荷包含三个正交方向的拉压力载荷和绕三个正交方向的扭矩载荷，同时还可以根据力的合成和分解通过三个正交方向的拉压力和绕三个正交方向的扭矩合成耙齿11在空间中的任意受力情况。

由此，本发明能够搭载实际作业耙齿；能够试验耙齿对所切削土层位置姿态的变化并包含其全部作业范围；能够实现对主要切削参数的调整并在耙齿切削过程中保持切削参数稳定不变，主要切削参数包括耙齿切削角度、切削深度、切削速度、耙齿间距、耙齿齿型、切削土质等影响耙齿切削力的因素；能够测量耙齿所受载荷，载荷包含三个正交方向的拉压力载荷和绕三个正交方向的扭矩载荷。

综上，本发明不仅是模拟实现原工程耙头所具有的基本功能，而且是对原耙头上的耙齿所遇到的施工情况的切削条件进行解析和控制；主要包括切削速度、切削角度、切削深度、耙齿间距、耙齿齿形和切削土质等。耙头在海底施工作业时，耙头随船前移，其移动速度与船速基本保持一致，但受到波浪起伏和海底不平整等的影响，其移动速度会有一定程度的波动；耙齿切削的角度和深度与切削效果直接相关，本领域技术人员总希望能针对不同的土质设置出最优的切削角度和深度，但实际中受到各种因素影响，角度和深度也是在时时变化的；耙齿间距在耙头上是不能调整的，都是制造耙头时固定好的，间距是否是最佳有待研究；针对不同的土质要用不同的耙齿才能提高切削效率，实际施工时，土质不会一成不变，但在一次施工中一般只能根据测得的土质主要成分预先安装一种或者两种刀齿，而在施工时就不再变化。

以上种种都是在实际施工作业时耙齿切削行为的真实情况，耙齿受力受各种因素综合影响，波动较大，这明显不利于研究人员进行定量分析。本发明是一种室内研究装置，可以根据研究人员的需要对切削行为的关键参数进行控制变量进行分析，比如与发明装置连接的拖曳行车可以按照恒定的速度前移，耙齿也以该速度稳定前进，而不会像在施工时受到波浪和海床面的影响；切削角度是通过连接件来调整的，不同的连接件限制了耙齿切削的角度；切削深度可以通过台车的高度、液压油缸来调整，也是稳定的参数，不会像施工中深浅变化；耙齿之间的距离通过T型槽安装块来调整；刀齿类型可根据需要进行更换；切削土质也可以根据需要进行购买和制备。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (3)

1.一种模拟耙吸船耙齿作业并进行参数分析和测力的装置，其特征在于：包括耙头功能模块、耙齿切削模块、测力调整模块；

所述耙头功能模块位于后端，用以实现耙齿切削力，即切削速度的提供，以及耙齿切削姿态的调整；

所述耙齿切削模块位于前端，用以调整耙齿切削角度和更换齿型，用以实现耙齿与测力调整模块的连接，并在耙齿对土层进行切削时，将耙齿载荷传递到测力调整模块；

所述测力调整模块安装于耙头功能模块与耙齿切削模块之间，用于实现耙齿在挖掘过程中的载荷测力和耙齿间距的调整；

所述耙头功能模块包括拖拽行车(1)、机架(2)，油缸(3)和摆转架(4)；

所述耙齿切削模块包括耙齿(11)和若干组耙齿连接件(10)；

所述测力调整模块包括T型槽安装块(5)，以及与耙齿连接件(10)数量和位置相对应的若干组T型槽螺栓(93)、转接块(6)、六轴传感器(7)，每组耙齿连接件(10)、T型槽螺栓(93)、转接块(6)、六轴传感器(7)构成测力单元；

机架(2)的一端设置有机架法兰(21)，并通过机架法兰(21)与拖曳行车(1)连接，机架(2)的另一端设有机架耳板(23)，摆转架(4)的一端设置有摆转架耳板(41)，机架耳板(23)与摆转架耳板(41)之间通过连接销(92)连接；同时，机架(2)上还设有机架油缸法兰(22)，摆转架(4)上设有摆转架油缸耳板(42)，油缸(3)包括相互连接的油缸筒(31)和油缸推杆(32)，油缸筒(31)采用油缸耳座(12)与机架油缸法兰(22)连接，油缸推杆(32)采用连接销(92)与摆转架油缸耳板(42)连接；机架(2)、油缸(3)、摆转架(4)构成四杆机构，用于控制耙齿切削模块中耙齿(11)的摆动；

T型槽安装块(5)安装在摆转架(4)的下方；T型槽安装块(5)的一侧设置有安装块抬肩(51)，安装块抬肩(51)位于远离机架(2)的一端；T型槽安装块(5)的底面设有平行于所述安装块抬肩(51)的安装块T型槽(52)，安装块T型槽(52)中设置有若干转接块(6)，用于调整多个测力单元之间的间距；转接块(6)包括上面和侧面，转接块(6)的上面通过T型螺栓(93)可滑动地安装块T型槽(52)中，转换器(6)的侧面位于靠近安装块抬肩(51)一侧，耙齿连接件(10)包括侧面和底面；六轴传感器(7)的一端为安装面，与转接块(6)的侧面连接，其另一端为采集信号输入端，与耙齿连接件(10)的侧面连接；耙齿连接件(10)的底面与耙齿(11)焊接装配；各测力单元内耙齿(11)的间距通过T型槽螺栓(93)在安装块T型槽(52)内的移动来进行调整；

耙齿(11)在拖拽行车(1)的拖拽作业下进行对土层的切削挖掘时，土层对耙齿(11)具有反作用力，耙齿(11)的受力经过耙齿连接件(10)传递到对应六轴传感器(7)，通过六轴传感器(7)对耙齿(11)沿三个正交方向的拉压力载荷和绕三个正交方向的扭矩载荷进行采集和测量。

2.一种根据权利要求1所述的装置进行参数分析的方法，其特征在于：

能够实现对主要切削参数的调整，并在耙齿切削过程时保持切削参数稳定不变，主要切削参数包括耙齿切削角度、切削深度、切削速度、耙齿间距、耙齿齿型、切削土质这些影响耙齿切削力的因素，根据需要使用控制变量法对每一个切削参数进行详细的定量分析研究；

①切削速度，由拖曳行车(1)调节；耙齿与拖曳行车的相对位置是不变的，故其可以随着拖曳行车以相同速度直线稳定前进；

②切削角度和切削深度，由液压油缸(3)和耙齿连接件(10)调节；通过液压油缸的油缸推杆(32)的伸缩，从而起到调节耙齿切削角度和切削深度的作用；此外，耙齿连接件(10)有不同夹角的构件，起到调节角度和深度的作用，本发明通过保持油缸推杆的长度和依靠耙齿连接件的材料刚度，保持切削角度和切削深度在耙齿切削过程中不发生变化；

③耙齿间距，由T型槽安装块(5)调整；T型槽螺栓(93)起到摩擦力约束作用，通过T型槽螺栓(93)的滑动，耙齿之间的距离在耙齿切削过程中可以始终保持不变；

④耙齿齿型，由耙齿(11)调节；根据需要选择适当的耙齿安装在耙齿连接件(10)上，实现刀齿类型的调整；

⑤切削土质，根据试验需要进行制备。

3.一种根据权利要求1所述的装置模拟耙吸船耙齿作业并进行测力的方法，其特征在于：

首先由拖拽行车(1)开始动作，通过拖拽行车(1)的拖拽作用带动机架(2)、摆转架(4)、T型槽安装块(5)、转接块(6)、六轴传感器(7)、耙齿连接件(10)、耙齿(11)跟随运动，进而带动耙齿(11)对土层进行切削运动，切削时耙齿(11)的受力情况通过耙齿连接件(10)传递到六轴传感器(7)，通过六轴传感器(7)对耙齿(11)的受力进行采集及测量，从而实现了耙齿(11)在挖掘过程中的载荷测力。

Images