CN109826265B - 一种单机组水压式挖泥船 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单机组水压式挖泥船包括：船体、控制装置、驱动机构、以及喷水装置；其中，所述控制装置部分设置在所述船体上，用于对所述喷水装置进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并控制所述驱动装置带动所述喷水装置移动至所述预设位置对淤泥进行高压冲击；所述驱动装置设置在所述船体上，用于带动所述喷水装置按照所述预设轨迹同步运动至所述预设位置处，以确保所述喷水装置按照预设角度对淤泥进行高压冲击；所述喷水装置部分设置在所述船体上，用于按照预设压强进行高压喷水，以冲走港口底部的淤泥。本发明提供的双机组水压式挖泥船,解决现有的挖泥船在对港口淤泥进行清理时清理效率较低，且清理效果较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及挖泥船技术领域，具体而言，涉及一种单机组水压式挖泥船。
背景技术
近年来，我国经济快速发展带来了水利、港口航道工程的建设高潮。为了满足航线通航、港口的新建、扩建等需求，也为了维持内陆河道正常的泄洪及通航能力，充分利用自然水深。但因为水体的沉积作用，携带的泥沙及有机物入水后形成异重流，导致河床淤积严重，自然水深常常不满足要求需要拓浚。由此引发了诸多一系列技术问题，如沉积物性状不一，对水下疏浚机具也提出了更高的要求。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种单机组水压式挖泥船，旨在解决现有的挖泥船在对港口淤泥进行清理时清理效率较低，且清理效果较差的问题。
本发明提出了一种单机组水压式挖泥船，包括：船体、控制装置、驱动机构、以及喷水装置；其中，
所述控制装置部分设置在所述船体上，用于根据所述喷水装置在港口底部的预设位置对所述喷水装置进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并控制所述驱动装置带动所述喷水装置按照预设轨迹移动至所述预设位置对所述港口底部的淤泥进行高压冲击；
所述驱动装置设置在所述船体上，用于在所述控制装置的控制下带动所述喷水装置按照所述预设轨迹进行同步运动至所述预设位置处，以确保所述喷水装置能够按照预设角度对所述港口底部的淤泥进行高压冲击；
所述喷水装置部分设置在所述船体上，并与所述驱动装置相连，用于在所述驱动装置的带动下同步移动至所述预设位置处，并在所述控制装置的控制下按照预设压强进行高压喷水，以冲走港口底部的淤泥；所述喷水装置包括一设置在所述船体上的高压水泵、两个同时与所述高压水泵相连的蓄压管以及两个分别与对应所述蓄压管相连的矩形体喷水机构；
所述控制装置按照下列方式计算所述喷水装置进行高压喷水时的预设角度：
式中，β为所述喷水机构进行高压喷水时的预设角度，θ为所述港口底部的斜面角度，T为所述喷水机构的重量，x为所述喷水机构的长度，y为所述喷水机构的宽度，z所述喷水机构的高度，dθ为所述港口底部斜面角度的变化量；
所述控制装置按照下列方式计算所述喷水装置进行高压喷水时的预设压强：
式中，ρ为所述喷水机构进行高压喷水的预设压强，p为所述喷水机构在预设位置处所受到的压力，h为所述喷水机构的设置深度，ζ为所述喷水机构喷水孔的直径和，x为所述喷水机构的长度，y为所述喷水机构的宽度，z所述喷水机构的高度，dζ为所述喷水机构中各喷水孔直径之间的变化量。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述控制装置包括：数据获取单元、控制单元以及存储单元；其中，
所述数据获取单元设置在所述喷水装置上，用于获取所述喷水装置在预设位置处的压力、设置深度以及港口底部的斜面角度；
所述控制单元设置在所述船体上，用于根据所述预设位置对所述喷水装置进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并控制所述驱动装置带动所述喷水装置按照预设轨迹进行移动；
所述存储单元用于存储所述数据获取单元获取的所述喷水装置在所述港口底部预设位置处的压力、设置深度以及港口底部的斜面角度。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述驱动装置包括：第一动力机构、第二动力机构、支撑机构以及滑动轨道；其中，
所述第一动力机构与所述支撑机构相连，用于驱动所述支撑机构沿所述滑动轨道在所述船体的轴向方向上水平移动，以带动所述喷水装置按照预设轨迹同步运动；
所述第二动力机构设置在所述船体上，部分与所述喷水装置相连，用于拉动所述喷水装置按照预设轨迹在与所述船体垂直的竖直方向上运动，以使所述喷水装置按照预设角度进行喷水；
所述支撑机构用于支撑所述第二动力机构，以所述第二动力机构对所述喷水装置进行设置与调节；
所述滑动轨道设置在所述船体上，用于供所述支撑机构在所述第一动力机构的驱动下沿所述船体的轴向方向上水平移动，并确保所述支撑机构在使用过程中的稳定性。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述数据获取单元包括：压力传感器、超声探测器以及深度记录器；其中，
所述压力传感器随机地设置在所述喷水装置的外壁上，用实时监测所述喷水装置在所述港口底部预设位置处受到海水的压力；
所述超声探测器随机地设置在所述喷水装置的底面上，用于探测所述喷水装置在所述港口底部的预设位置处的角度；
所述深度记录器与所述驱动机构相连，用于记录所述喷水装置设置在所述港口底部预设位置处的设置深度。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述控制单元包括：第一处理器和第二处理器；其中，
所述第一处理器设置在所述船体上，用于根据所述港口底部淤泥状况计算所述喷水装置在进行高压喷水时的预设角度，并控制所述驱动装置带动所述喷水装置按照预设轨迹进行移动；
所述第二处理器设置在所述船体上，用于根据所述喷水装置在预设位置处的所述预设角度对其预设压强进行计算，并控制所述喷水装置按照预设压强进行高压喷水。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述第一动力机构包括：气缸和滑块；其中，
所述气缸设置在所述滑动轨道内，并与所述滑块相连，用于带动所述滑块在所述滑动轨道内部做往复运动；
所述滑块设置在所述滑动轨道内部，用于在所述气缸的带动下驱动设置在其上的所述支撑机构在所述船体的轴向方向上水平移动。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述第二动力机构包括：卷扬机和钢索；其中，
所述卷扬机设置在所述船体上，用于在所述控制装置的控制下提供所述喷水装置在垂直方向运动的驱动力；
所述钢索一端与所述卷扬机相连，另一端与所述喷水装置相连，用于在所述卷扬机的带动下拉动所述喷水装置在垂直方向运动。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述支撑机构为一钢架结构，其底端设置在所述第一动力机构上，顶端设置有用于穿着所述钢索的滑轮。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，所述蓄压管为两柱状钢管，其上端共同与所述高压水泵的出水端相连，下端与对应的所述喷水机构相连。
进一步地，上述单机组水压式挖泥船中，在所述喷水机构进行高压喷水时的预设角度β，根据下述公式进行确定：
其中，在第一海水与淤泥密度段，在1.20～1.30g/cm3密度范围内，
式中，β1表示第一密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第一密度段内的淤泥海水的实时密度，T0表示参考预设密度值，设定密度为1.20g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β0表示第一密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为30°；
其中，在第二密度段，在1.30～1.45g/cm3密度范围内：
式中，β2表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第二密度段内的淤泥海水的实时密度，T10表示参考预设密度值，设定密度为1.30g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β10表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为45°；
其中，在第三密度段，在1.45～1.60g/cm3密度范围内：
式中，β3表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第二密度段内的淤泥海水的实时密度，T20表示参考预设密度值，设定密度为1.45g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β20表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为60°。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的单机组水压式挖泥船，在施工的过程中，通过控制装置控制驱动装置按照预设路径将喷水装置精确地移动至港口底部待清理淤泥的预设位置处，极大地降低了喷水装置在下设过程中的难度，进而有效地提升了喷水装置在下设过程中的施工速率，同时确保了喷水装置下设的精确性；同时，通过喷水装置直接将海水以高压的方式喷至港口底部，以对待清理的淤泥进行高压冲击，进而将所述淤泥冲回至海里，一方面有效地降低了港口淤泥清理过程中的工作量，提高了淤泥清理的效率，另一方面有效地提升了港口淤泥清理的清理质量。
尤其是，本发明的单机组水压式挖泥船，通过控制装置根据港口底部待清理部位的具体情况分别计算其对应条件下喷水装置对预设位置处的淤泥在清理过程中的预设角度和预设压强，进一步加快了淤泥清理的速率与清理质量。
尤其是，本发明中，为了具有最好的挖泥效果，以及延长挖泥设备的使用寿命，喷水机构进行高压喷水时的预设角度β，根据淤泥密度调整。其中，在第一海水与淤泥密度段，在1.20～1.30g/cm3密度范围内，1.20～1.30g/cm3密度属于淤泥较少的阶段，在该阶段海水淤泥较少，此时设定一个较大的喷水角度，也即，出水的角度与海平面方向更加趋近，在喷射高压水时，由于淤泥较少，整体船体受到的由于喷射高压水的反冲力较小，不会使船体横移，船体能够在相对稳定的位置保持冲洗淤泥的状态。其中，在第二密度段，在1.30～1.45g/cm3密度范围内，1.30～1.45g/cm3密度属于淤泥一般的阶段，在该阶段海水淤泥适中，为理想的清除淤泥的阶段，此时设定一个适中的喷水角度，也即，出水的角度与海平面方向接近45°，在喷射高压水时，高压水柱对淤泥以及海水产生向下的压力和水平方向的推移力，向下的压力使得一定深度的海水的淤泥向下叠加，作用力能够充分施加到一定深度的淤泥，同时，推移力使得淤泥移动，达到最佳的冲洗效果。其中，在第三密度段，在1.45～1.60g/cm3密度范围内，在该过程中属于重度淤泥的状态，水柱喷射时，若与水平面有较小的夹角，会由于反冲力产生一定的横移，影响吹散效果。并且，该阶段的淤泥具有较大的密度，需要使竖直方向的冲击力足够大，以使淤泥充分发散。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的单机组水压式挖泥船结构示意图；
图2为本发明实施例中的喷水装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中的控制装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中的喷水机构的设置结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1-4所示，为本发明实施例的单机组水压式挖泥船，其包括：船体1、控制装置2、驱动机构3、以及喷水装置4；其中，所述控制装置2部分设置在所述船体1上，用于根据所述喷水装置4在港口底部的预设位置对所述喷水装置4在进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并控制所述驱动装置3带动所述喷水装置4按照预设轨迹移动至所述预设位置处对所述港口底部的淤泥进行高压冲击；所述驱动装置3设置在所述船体1上，用于在所述控制装置2的控制下带动所述喷水装置4按照所述预设轨迹进行同步运动至所述预设位置处，以确保所述喷水装置4能够按照预设角度对所述港口底部的淤泥进行高压冲击；所述喷水装置4部分设置在所述船体上，并与所述驱动装置3相连，用于在所述驱动装置3的带动下同步移动至所述预设位置处，并在所述控制装置2的控制下按照预设压强进行高压喷水，以冲走港口底部的淤泥。在施工的过程中，施工人员根据港口底部待清理部位的污泥的具体情况确定所述喷水装置4的预设位置，所述控制装置2根据所述预设位置处的相关情况对所述喷水装置4在该位置处进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并通过控制所述驱动装置3将所述喷水装置4按照预设轨迹带动至所述预设位置处，以确保所述喷水装置4能够按照预设角度对所述港口底部的淤泥进行高压冲击；同时通过控制所述喷水装置4按照所述预设压强进行高压喷水，以冲走所述港口底部的淤泥。
具体而言，所述控制装置2包括：数据获取单元21、控制单元22以及存储单元23；其中，所述数据获取单元21设置在所述喷水装置上，在使用的过程中用于获取所述喷水装置4在港口底部预设位置处所受到的压力、预设位置的设置深度以及港口底部2由陆地向海洋方向的斜面角度，以确保所述控制装置2能够根据所述预设位置的具体情况分别计算所述喷水装置4在该预设位置出对所述港口底部淤泥进行高压冲击时的最佳角度和压强，进而提升其对所述港口底部淤泥的清理速率与清理质量。所述控制单元22部分设置在所述船体1上，在使用的过程中用于根据所述数据获取单元21获取的所述预设位置处的具体情况对所述喷水装置4进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并控制所述驱动装置3带动所述喷水装置4按照预设轨迹进行移动，以确保所述喷水装置能够顺利的移动至所述预设位置，并保证其在喷水时能够满足所述预设角度，同时在所述控制装置4移动至所述预设位置处时控制其按照所述预设压强进行喷水，以对所述港口底部的淤泥进行冲洗。所述存储单元23在使用的过程中用于对所述数据获取单元21获取的所述预设位置处的相关信息，例如所述喷水装置在所述港口底部预设位置处的压力、设置深度以及港口底部的斜面角度等进行存储，同时对所述控制装置2计算出的所述喷水装置4的预设角度和预设压强以及预设路径进行存储，以便于施工人员进行核实和监测。
本实施例中，所述控制装置2包括：数据获取单元21、控制单元22以及存储单元23；其中，所述数据获取单元21包括：压力传感器、超声探测器以及深度记录器；其中，所述压力传感器随机地设置在所述喷水装置4的外壁上，用实时监测所述喷水装置4在所述港口底部预设位置处进行淤泥清理时受到海水的压力，并将其通过无线方式传输给所述控制装置2，以便于所述控制装置2进行预设角度和预设压强的相关计算；所述超声探测器随机地设置在所述喷水装置的底面上，用于在所述喷水装置4对所述港口底部预设位置处进行淤泥清理时实时探测所述喷水装置地面与所述港口地面的距离，并根据不同探测点之间的距离差计算所述港口底部的斜面角度，以便于所述控制装置2进行预设角度和预设压强的相关计算；所述深度记录器与所述驱动机构相连，用于记录所述喷水装置设置在所述港口底部预设位置处的设置深度。所述控制单元22包括：第一处理器和第二处理器；其中，所述第一处理器设置在所述船体1上，用于根据所述数据获取单元21获取的所述港口底部淤泥状况计算所述喷水装置4在所述预设位置处的淤泥进行高压喷水时的预设角度，并控制所述驱动装置3带动所述喷水装置4按照预设轨迹进行移动，以确保所述喷水装置4能够顺利的移动至所述预设位置，进而保证其在喷水时能够满足所述预设角度；所述第二处理器设置在所述船体1上，用于根据所述数据获取单元21获取的所述喷水装置4在预设位置处的所述港口底部淤泥状况和其在该位置处的所述预设角度对其预设压强进行计算，并控制所述喷水装置4按照预设压强进行高压喷水，以确保对所述港口底部的淤泥进行冲洗。所述存储单元为一具有存储功能的芯片，其在使用的过程中用于对所述数据获取单元21获取的所述预设位置处的相关信息，例如所述喷水装置4在所述港口底部预设位置处的压力、设置深度以及港口底部的斜面角度等进行存储，同时对所述控制装置2计算出的所述喷水装置4的预设角度和预设压强以及预设路径进行存储，以便于施工人员进行核实和监测。
具体而言，所述驱动装置3包括：第一动力机构31、第二动力机构32、支撑机构33以及滑动轨道34；其中，所述第一动力机构31与所述支撑机构33相连，用于在施工的过程中驱动所述支撑机构33沿所述滑动轨道34在所述船体1的轴向方向上水平移动，以带动所述喷水装置4按照预设轨迹在水平方向上同步运动；所述第二动力机构32设置在所述船体1上，部分与所述喷水装置4相连，在施工的过程中用于拉动所述喷水装置4，使其按照预设轨迹在与所述船体1垂直的竖直方向上运动，以使所述喷水装置4在后续的淤泥清理过程中能够按照所述预设角度进行高压喷水，进而确保其清理速率与清理力度；所述支撑机构33可拆卸地设置在所述第一动力机构31上，在施工的过程中用于支撑所述第二动力机构32，以便于所述喷水装置4在施工过程中的设置与高度调节，进而保证其在喷水过程中能够满足所述预设角度；所述滑动轨道34设置在所述船体1上，用于供所述支撑机构33在所述第一动力机构31的驱动下沿所述船体1的轴向方向上水平移动，并确保所述支撑机构33在使用过程中的稳定性。
本实施例中，所述驱动装置3包括：第一动力机构31、第二动力机构32、支撑机构33以及滑动轨道34；其中，所述第一动力机构31包括：气缸311和滑块312；其中，所述气缸311设置在所述滑动轨道34内，并与所述滑块312可拆卸地连接，在使用的过程中用于带动所述滑块312在所述滑动轨道34内部做水平方向的做往复运动，以带动所述支撑机构33在所述滑动轨道34内部同步运动，进而调节所述喷水装置4的在进行淤泥清理时的水平位置；所述滑块312可滑动地设置在所述滑动轨道34内部，使用的过程中起在所述气缸311的带动下驱动设置在可拆卸地设置上的所述支撑机构33在所述船体1的轴向方向上水平移动。所述第二动力机构32包括：卷扬机321和钢索322；其中，所述卷扬机321设置在所述船体1上，使用时其在所述控制装置2的控制下提供所述喷水装置4在垂直与所述船体1的方向上运动时的驱动力，以保证所述喷水装置4能够顺利的到达所述预设位置处对淤泥进行有效的清理；所述钢索322一端与所述卷扬机321相连，另一端与所述喷水装置4相连，使用的过程中其在所述卷扬机321的带动下拉动所述喷水装置4在垂直与所述船体1的方向上运动，以使其在进行高压喷水时能够满足所述预设角度，进而确保其在进行淤泥清理时的效率与速率。所述支撑机构34为一钢架结构，其底端可拆卸地设置在所述第一动力机构31中的所述滑块312上，顶端设置有用于穿着所述钢索322的滑轮，在施工的过程中用于支撑所述第二动力机构32，以便于所述喷水装置4，在施工的过程中用于支撑所述第二动力机构32，以便于所述喷水装置4在施工过程中的设置与高度调节，进而保证其在喷水过程中能够满足所述预设角度。所述滑动轨道34包括两条相互平行凹槽钢轨，其内部等距离的设置有若干限位螺栓，用于固定所述滑块312，所述滑块312在静止时的稳定性，进而确保所述喷水装置在进行淤泥清理过程中的稳定性。
具体而言，所述喷水装置4包括：一个增压机构41、两个蓄压机构42以及两个喷水机构43；其中，所述增压机构41设置在所述船体1上，并与所述蓄压机构42相连，在使用的过程中所述增压机构41将海水以高压的方式同时分别注入所述两蓄压机构42中，以在所述蓄压机构42中形成高压水；所述两个蓄压机构42的顶端分别与同一所述增压机构41相连，其底端分别与对应的所述喷水机构43相连，使用的过程中用于储存经所述增压机构41注入其内部的海水，以进一步增强所述海水的压强，进而增大其内部海水的能量，以确保所述海水在喷出时能够满足所述预设压强；同时其顶端还与所述驱动装置3相连，以确保所述喷水装置4能够在所述驱动装置的移动过程中随其同步运动，进而确保其能够到达所述预设位置处对所述喷水机构提供预设压强的海水。所述两个喷水机构43分别与对应的所述蓄压机构42，分别用于将所对应的所述蓄压机构42中海水以所述预设压强冲击所述港口底部的淤泥，以到达清理淤泥的目的，并确保其在清理淤泥过程中的清理速率与清理质量。
本实施例中，所述喷水装置4包括：一个高压水泵、两个柱状蓄压管以及两个矩形体喷水机构；其中，所述高压水泵设置在所述船体1上，其进口端伸入海水中，出口端同时与所述两个柱状蓄压管相连，使用的过程中在所述控制装置2的控制下将海水同时分别泵入所述两个柱状蓄压管中，以形成高压水；所述两个柱状蓄压管入口端与所述高压泵的出口端相连，出口端分别与对应的矩形体喷水机构相连，用于储存经所述高压泵注入其内部的海水，以进一步增强所述海水的压强，进而增大其内部海水的能量，以确保所述海水在喷出时能够满足所述预设压强；同时其顶端还与所述第二动力机构32中的钢索322相连，以确保所述喷水装置能够在所述驱动装置过程中随其同步运动。所述两个矩形体喷水机构的顶端分别与对应的柱状蓄压管相连，其底度随机的开设有若干喇叭状的喷水孔，分别用于将所对应的所述柱状蓄压机构中海水以所述预设压强冲击所述港口底部的淤泥，以到达清理淤泥的目的，并确保其在清理淤泥过程中的清理速率与清理质量。
上述实施例中，所述控制装置2按照下列方式计算所述喷水装置4进行高压喷水时的预设角度：
式中，β为所述喷水机构进行高压喷水时的预设角度，θ为所述港口底部的斜面角度，T为所述喷水机构的重量，x为所述喷水机构的长度，y为所述喷水机构的宽度，z所述喷水机构的高度，dθ为所述港口底部斜面角度的变化量；
其中，港口底部的斜面角度一般取值为5-35度，喷水机构的重量设定为10-18吨，喷水机构的长度设定为25-36米，喷水机构的宽度设定为5-8米，喷水机构的高度设定为10-15米；在施工的过程中可以根据具体的使用环境对喷水机构的具体尺寸进行选择，进而使得在不同的环境中具有不同的预设角度，进一步加快了淤泥清理的速率，同时也进一步确保了港口淤泥清理过程中的清理质量。
进一步地，在实施例中，为了具有最好的清理效果，以及延长挖泥设备的使用寿命，喷水机构进行高压喷水时的预设角度β，根据下述公式进行确定：
其中，在第一海水与淤泥密度段，在1.20～1.30g/cm3密度范围内，本实施例的海水与淤泥密度为考虑淤泥的密度。
式中，β1表示第一密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第一密度段内的淤泥海水的实时密度，T0表示参考预设密度值，设定密度为1.20g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β0表示第一密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为30°。
在本实施例中，1.20～1.30g/cm3密度属于淤泥较少的阶段，在该阶段海水淤泥较少，此时设定一个较大的喷水角度，也即，出水的角度与海平面方向更加趋近，在喷射高压水时，由于淤泥较少，整体船体受到的由于喷射高压水的反冲力较小，不会使船体横移，船体能够在相对稳定的位置保持冲洗淤泥的状态。
其中，在第二密度段，在1.30～1.45g/cm3密度范围内：
式中，β2表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第二密度段内的淤泥海水的实时密度，T10表示参考预设密度值，设定密度为1.30g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β10表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为45°。
在本实施例中，1.30～1.45g/cm3密度属于淤泥一般的阶段，在该阶段海水淤泥适中，为理想的清除淤泥的阶段，此时设定一个适中的喷水角度，也即，出水的角度与海平面方向接近45°，在喷射高压水时，高压水柱对淤泥以及海水产生向下的压力和水平方向的推移力，向下的压力使得一定深度的海水的淤泥向下叠加，作用力能够充分施加到一定深度的淤泥，同时，推移力使得淤泥移动，达到最佳的冲洗效果。
其中，在第三密度段，在1.45～1.60g/cm3密度范围内：
式中，β3表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第二密度段内的淤泥海水的实时密度，T20表示参考预设密度值，设定密度为1.45g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β20表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为60°。
在该过程中属于重度淤泥的状态，水柱喷射时，若与水平面有较小的夹角，会由于反冲力产生一定的横移，影响吹散效果。并且，该阶段的淤泥具有较大的密度，需要使竖直方向的冲击力足够大，以使淤泥充分发散。
进一步地，本实施例中所述控制装置2按照下列方式计算所述喷水装置4进行高压喷水时的预设压强：
式中，ρ为所述喷水机构进行高压喷水的预设压强，p为所述喷水机构在预设位置处所受到的压力，h为所述喷水机构的设置深度，ζ为所述喷水机构喷水孔的直径和，x为所述喷水机构的长度，y为所述喷水机构的宽度，z所述喷水机构的高度，dζ为所述喷水机构中各喷水孔直径之间的变化量。
通过控制装置根据港口底部待清理部位的具体情况和预设角度计算其对应条件下喷水装置对预设位置处的淤泥在清理过程中的预设压强，进一步加快了淤泥清理的速率与清理质量。
显然可以得出，本发明提供的单机组水压式挖泥船，在施工的过程中，通过控制装置控制驱动装置按照预设路径将喷水装置精确地移动至港口底部待清理淤泥的预设位置处，极大地降低了喷水装置在下设过程中的难度，进而有效地提升了喷水装置在下设过程中的施工速率，同时确保了喷水装置下设的精确性；同时，通过喷水装置直接将海水以高压的方式喷至港口底部，以对待清理的淤泥进行高压冲击，进而将所述淤泥冲回至海里，一方面有效地降低了港口淤泥清理过程中的工作量，提高了淤泥清理的效率，另一方面有效地提升了港口淤泥清理的清理质量。尤其是，本发明的单机组水压式挖泥船，通过控制装置根据港口底部待清理部位的具体情况分别计算其对应条件下喷水装置对预设位置处的淤泥在清理过程中的预设角度和预设压强，进一步加快了淤泥清理的速率与清理质量。尤其是，本发明中，为了具有最好的挖泥效果，以及延长挖泥设备的使用寿命，喷水机构进行高压喷水时的预设角度β，根据淤泥密度调整。其中，在第一海水与淤泥密度段，在1.20～1.30g/cm3密度范围内，1.20～1.30g/cm3密度属于淤泥较少的阶段，在该阶段海水淤泥较少，此时设定一个较大的喷水角度，也即，出水的角度与海平面方向更加趋近，在喷射高压水时，由于淤泥较少，整体船体受到的由于喷射高压水的反冲力较小，不会使船体横移，船体能够在相对稳定的位置保持冲洗淤泥的状态。其中，在第二密度段，在1.30～1.45g/cm3密度范围内，1.30～1.45g/cm3密度属于淤泥一般的阶段，在该阶段海水淤泥适中，为理想的清除淤泥的阶段，此时设定一个适中的喷水角度，也即，出水的角度与海平面方向接近45°，在喷射高压水时，高压水柱对淤泥以及海水产生向下的压力和水平方向的推移力，向下的压力使得一定深度的海水的淤泥向下叠加，作用力能够充分施加到一定深度的淤泥，同时，推移力使得淤泥移动，达到最佳的冲洗效果。其中，在第三密度段，在1.45～1.60g/cm3密度范围内，在该过程中属于重度淤泥的状态，水柱喷射时，若与水平面有较小的夹角，会由于反冲力产生一定的横移，影响吹散效果。并且，该阶段的淤泥具有较大的密度，需要使竖直方向的冲击力足够大，以使淤泥充分发散。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种单机组水压式挖泥船，其特征在于，包括：船体、控制装置、驱动机构、以及喷水装置；其中，
所述控制装置部分设置在所述船体上，用于根据所述喷水装置在港口底部的预设位置对所述喷水装置进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并控制驱动装置带动所述喷水装置按照预设轨迹移动至所述预设位置对所述港口底部的淤泥进行高压冲击；
所述驱动装置设置在所述船体上，用于在所述控制装置的控制下带动所述喷水装置按照所述预设轨迹进行同步运动至所述预设位置处，以确保所述喷水装置能够按照预设角度对所述港口底部的淤泥进行高压冲击；
所述喷水装置部分设置在所述船体上，并与所述驱动装置相连，用于在所述驱动装置的带动下同步移动至所述预设位置处，并在所述控制装置的控制下按照预设压强进行高压喷水，以冲走港口底部的淤泥；所述喷水装置包括一设置在所述船体上的高压水泵、两个同时与所述高压水泵相连的蓄压管以及两个分别与对应所述蓄压管相连的矩形体喷水机构；
所述控制装置按照下列方式计算所述喷水装置进行高压喷水时的预设角度：
式中，β为所述喷水机构进行高压喷水时的预设角度，θ为所述港口底部的斜面角度，T为所述喷水机构的重量，x为所述喷水机构的长度，y为所述喷水机构的宽度，z所述喷水机构的高度，dθ为所述港口底部斜面角度的变化量；
所述控制装置按照下列方式计算所述喷水装置进行高压喷水时的预设压强：
式中，ρ为所述喷水机构进行高压喷水的预设压强，p为所述喷水机构在预设位置处所受到的压力，h为所述喷水机构的设置深度，ζ为所述喷水机构喷水孔的直径和，x为所述喷水机构的长度，y为所述喷水机构的宽度，z所述喷水机构的高度，dζ为所述喷水机构中各喷水孔直径之间的变化量。
2.根据权利要求1所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述控制装置包括：数据获取单元、控制单元以及存储单元；其中，
所述数据获取单元设置在所述喷水装置上，用于获取所述喷水装置在预设位置处的压力、设置深度以及港口底部的斜面角度；
所述控制单元设置在所述船体上，用于根据所述预设位置对所述喷水装置进行高压喷水时的预设角度和预设压强进行计算，并控制所述驱动装置带动所述喷水装置按照预设轨迹进行移动；
所述存储单元用于存储所述数据获取单元获取的所述喷水装置在所述港口底部预设位置处的压力、设置深度以及港口底部的斜面角度。
3.根据权利要求1所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述驱动装置包括：第一动力机构、第二动力机构、支撑机构以及滑动轨道；其中，
所述第一动力机构与所述支撑机构相连，用于驱动所述支撑机构沿所述滑动轨道在所述船体的轴向方向上水平移动，以带动所述喷水装置按照预设轨迹同步运动；
所述第二动力机构设置在所述船体上，部分与所述喷水装置相连，用于拉动所述喷水装置按照预设轨迹在与所述船体垂直的竖直方向上运动，以使所述喷水装置按照预设角度进行喷水；
所述支撑机构用于支撑所述第二动力机构，以所述第二动力机构对所述喷水装置进行设置与调节；
所述滑动轨道设置在所述船体上，用于供所述支撑机构在所述第一动力机构的驱动下沿所述船体的轴向方向上水平移动，并确保所述支撑机构在使用过程中的稳定性。
4.根据权利要求2所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述数据获取单元包括：压力传感器、超声探测器以及深度记录器；其中，
所述压力传感器随机地设置在所述喷水装置的外壁上，用实时监测所述喷水装置在所述港口底部预设位置处受到海水的压力；
所述超声探测器随机地设置在所述喷水装置的底面上，用于探测所述喷水装置在所述港口底部的预设位置处的角度；
所述深度记录器与所述驱动机构相连，用于记录所述喷水装置设置在所述港口底部预设位置处的设置深度。
5.根据权利要求2所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述控制单元包括：第一处理器和第二处理器；其中，
所述第一处理器设置在所述船体上，用于根据所述港口底部淤泥状况控制计算所述喷水装置在进行高压喷水时的预设角度，并控制所述驱动装置带动所述喷水装置按照预设轨迹进行移动；
所述第二处理器设置在所述船体上，用于根据所述喷水装置在预设位置处的所述预设角度对其预设压强进行计算，并控制所述喷水装置按照预设压强进行高压喷水。
6.根据权利要求3所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述第一动力机构包括：气缸和滑块；其中，
所述气缸设置在所述滑动轨道内，并与所述滑块相连，用于带动所述滑块在所述滑动轨道内部做往复运动；
所述滑块设置在所述滑动轨道内部，用于在所述气缸的带动下驱动设置在其上的所述支撑机构在所述船体的轴向方向上水平移动。
7.根据权利要求6所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述第二动力机构包括：卷扬机和钢索；其中，
所述卷扬机设置在所述船体上，用于在所述控制装置的控制下提供所述喷水装置在垂直方向运动的驱动力；
所述钢索一端与所述卷扬机相连，另一端与所述喷水装置相连，用于在所述卷扬机的带动下拉动所述喷水装置在垂直方向运动。
8.根据权利要求7所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述支撑机构为一钢架结构，其底端设置在所述第一动力机构上，顶端设置有用于穿着所述钢索的滑轮。
9.根据权利要求1所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，所述蓄压管为两柱状钢管，其上端共同与所述高压水泵的出水端相连，下端与对应的所述喷水机构相连。
10.根据权利要求1所述的单机组水压式挖泥船，其特征在于，在所述喷水机构进行高压喷水时的预设角度β，根据下述公式进行确定，
其中，在第一海水与淤泥密度段，在1.20～1.30g/cm3密度范围内，
式中，β1表示第一密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第一密度段内的淤泥海水的实时密度，T0表示参考预设密度值，设定密度为1.20g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β0表示第一密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为30°；
其中，在第二密度段，在1.30～1.45g/cm3密度范围内：
式中，β2表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第二密度段内的淤泥海水的实时密度，T10表示参考预设密度值，设定密度为1.30g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β10表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为45°；
其中，在第三密度段，在1.45～1.60g/cm3密度范围内：
式中，β3表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，T表示第二密度段内的淤泥海水的实时密度，T20表示参考预设密度值，设定密度为1.45g/cm3，m表示单位体积内的淤泥与海水的混合物中的淤泥的重量份，M表示单位体积内的淤泥与海水的总质量，c表示纯净海水的实时密度比值，取值为1.02，其为一修正系数，β20表示第二密度段的喷水机构进行高压喷水时的预设角度，其为60°。
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