CN112681424B

CN112681424B - 一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统

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Publication number: CN112681424B
Application number: CN202110078584.4A
Authority: CN
Inventors: 张宏磊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: CN112681424A

Abstract

本发明公开了一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，包括船体，所述船体设置有漩涡形成器；所述漩涡形成器包括水笼和喷管，所述喷管设置在水笼内侧，所述喷管通过连接管连接有第一水泵，所述喷管内侧设置有多个喷头；所述水笼内侧设置有泥沙管；所述泥沙管与泥沙泵的进水口连接，所述泥沙泵的出水口连接有出水管；所述连接管设置有流量调节器。通过设置漩涡形成器，在水库底部形成漩涡，同时用泥沙泵对泥沙进行抽取清理，提高了采沙效率，同时，有效的避免了超采现象。

Description

一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统

技术领域

本发明属于泥沙处理设备技术领域，尤其涉及种一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统。

背景技术

水库底部长时间容易聚集大量的泥沙，需要对泥沙进行及时的清理，使河道保持畅通。现有的清理泥沙通常用泥浆泵抽取泥沙达到治理河道的目的。传统的泥浆泵因其自身特点所限，泥沙抽吸效率低、耗能高，且调整困难。泥沙作为可利用资源，具有较高的经济价值，从业者从经济性考虑极易发生违规超采行为，从而引发地质灾害。如何提高泥沙抽吸效率同时又能避免超采现象是当下急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，通过设置漩涡形成器，在水库底部形成漩涡，同时用泥沙泵对泥沙进行抽取清理，提高了采沙效率，同时，有效的避免了超采现象。

本发明提供如下技术方案：

一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，包括船体，所述船体设置有漩涡形成器；所述漩涡形成器包括水笼和喷管，所述喷管设置在水笼内侧，所述喷管通过连接管连接有第一水泵，所述喷管内侧设置有多个喷头；所述水笼内侧设置有泥沙管；所述泥沙管与泥沙泵的进水口连接，所述泥沙泵的出水口连接有出水管；所述连接管设置有流量调节器。

优选的，所述水笼上下两端均设置有圆环，所述圆环之间设置有多个连接管，所述连接管绕圆环轴线均匀设置，所述连接管之间设置有空隙。

优选的，所述喷管为螺旋结构状，所述喷管设置在水笼内壁上，所述喷头在喷管上倾斜设置。

优选的，所述水笼与船体之间设置有连接带，所述第一水泵与船体之间设置有连接带。

优选的，所述流量调节器包括底盘、调节轮和固定盘。

优选的，所述底盘内设置有棱柱，所述棱柱之间形成放置槽；所述放置槽内设置有滑槽和滑块，所述滑块与滑槽连接，所述滑块连接有调节叶片，所述调节叶片设置有调节孔。

优选的，所述调节轮为圆形结构，所述调节轮中间设置有通孔，所述调节轮与底盘接触一面设置有调节柱，所述调节柱与调节孔相适配。

优选的，所述调节柱远离底盘一侧设置有固定环，所述固定盘对应设置有固定凹槽。

优选的，所述第一水泵与电源控制器电连接，所述电源控制器设置在船体上。

优选的，所述船体设置有卷扬机，所述卷扬机的钢丝绳与连接带连接。

优选的，所述水笼下侧设置有电机支架，所述电机支架上侧设置有电机，所述电机的输出轴连接有扇叶，所述扇叶位于水笼内侧。

优选的，所述水笼上侧设置有传感器，所述传感器为力敏传感器；所述传感器外侧设置有防水装置，所述传感器通过防水装置与水笼连接，所述传感器数量为大于等于两个，所述传感器在水笼圆周表面均匀设置。

优选的，所述水笼下侧设置有支腿,所述支腿高度大于电机支架的高度；所述支腿上设置有配重块。

优选的，所述水笼内设置有用于固定泥沙管的固定架，所述固定架与泥沙管连接。

优选的，所述连接管内的流量Q1与泥沙管内的流量Q2之比为（0.8-1）:（1.5-2.8）。

优选的，为了在提高采沙效率的同时不对河床造成损害，所述水笼的高度H，水笼的直径R，泥沙管内的流量Q2，喷头的水流压力P之间满足以下关系：

H·R=N·P/ Q2；

式中：H、R的单位为米；

P的单位为MPa；

Q2的单位为M³/H；

N为相关系数，取值范围为400-600。

优选的，为了在提高采沙效率的同时不对河床造成损害，本发明了还公开了一种采沙清淤方法：

S1：将船体停放在需要清理泥沙的部位；通过船体将涡流形成器运输至需要清理泥沙的部位；

S2、将漩涡形成器放置在需要清理泥沙的水底处；启动卷扬机，释放涡流形成器，将涡流形成器沉降在水底的泥沙处；

S3、制造漩涡；启动第一水泵8，在第一水泵8的作用下，喷管6喷出水流，形成漩涡，漩涡作用于泥沙，泥沙充分融入至水中；

S4、抽沙处理；启动泥沙泵，泥沙泵抽取漩涡中的泥沙，将泥沙输送至合适的位置，完成泥沙的抽取工作。

优选的，在步骤S3中，通过调节第一水泵的流量实现控制漩涡大小的目的。

优选的，在步骤S3中，通过调节电机的转速实现控制漩涡大小的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，通过设置漩涡形成器，在水库底部形成漩涡，使泥沙充分混合在水中，然后对泥沙进行抽取，提高了泥沙抽取效率。

（2）本发明一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，通过设置卷扬机，在抽取泥沙过程中能够控制漩涡形成器的下降高度，有效的避免了超采现象的发生。

（3）本发明一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，通过设置流量调节器，通过控制流量和水流流速实现调节漩涡大小的目的，易于控制泥沙抽取量。

（4）本发明一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，通过本装置进行采沙，单位时间内提高采沙量30%以上，大大提高了采沙效率，节约了采沙成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的水笼示意图。

图3是本发明喷管示意图。

图4是本发明流量调节器示意图。

图5是本使用新型底盘示意图。

图6是本使用新型底盘开启状态示意图。

图7是本使用新型底盘闭合状态示意图。

图8是本使用新型调节轮示意图。

图9是本使用新型水笼与电机连接示意图。

图10是本使用新型实施例十示意图。

图中：1、船体；2、连接带；3、流量调节器；4、泥沙管；5、水笼；6、喷管；7、连接管；8、第一水泵；9、喷头；10、底盘；11、调节轮；12、固定盘；13、放置槽；14、滑槽；15、滑块；16、调节孔；17、调节柱；18、漩涡形成器；19、电机支架；20、电机；21、扇叶；22、传感器；23、支腿；24、第二电机；25、转轴。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-5所示，一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，包括船体1，所述船体1设置有漩涡形成器18；所述漩涡形成器18包括水笼5和喷管6，所述喷管6设置在水笼5内侧，所述喷管6通过连接管7连接有第一水泵8，所述连接管7为软管，所述喷管6内侧设置有多个喷头9；所述水笼5内侧设置有泥沙管4；所述泥沙管4与泥沙泵的进水口连接，所述泥沙泵的出水口连接有出水管；所述连接管7设置有流量调节器3。

所述水笼5上下两端均设置有圆环，所述圆环之间设置有多个连接管，所述连接管绕圆环轴线均匀设置，所述连接管之间设置有空隙，所述水笼5下侧面设置有连接管，所述水笼5下侧设置有空隙。

所述喷管6为螺旋结构状，所述喷管6设置在水笼5内壁上，所述喷头9在喷管6上倾斜设置，所述喷头6倾斜向下偏左（或右）设置，有利于形成所需要的漩涡。所述水笼5与船体1之间设置有连接带2，所述第一水泵8与船体1之间设置有连接带2。

所述流量调节器3包括底盘10、调节轮11和固定盘12。

所述底盘10内设置有棱柱，所述棱柱之间形成放置槽13；所述放置槽13内设置有滑槽14和滑块15，所述滑块15与滑槽14连接，所述滑块15连接有调节叶片，所述调节叶片设置有调节孔16。

所述调节轮11为圆形结构，所述调节轮11中间设置有通孔，所述调节轮11与底盘10接触一面设置有调节柱17，所述调节柱17与调节孔16相适配。所述调节柱11远离底盘10一侧设置有固定环，所述固定盘12对应设置有固定凹槽，通过转动调节轮11，实现调节水流流量的目的。所述第一水泵8与电源控制器电连接，所述电源控制器设置在船体1上。

实施例二

如图1-5所示，一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，包括船体1，所述船体1设置有漩涡形成器18；所述漩涡形成器18包括水笼5和喷管6，所述喷管6设置在水笼5内侧，所述喷管6通过连接管7连接有第一水泵8，所述喷管6内侧设置有多个喷头9；所述水笼5内侧设置有泥沙管4；所述泥沙管4与泥沙泵的进水口连接，所述泥沙泵的出水口连接有出水管；所述连接管7设置有流量调节器3。所述船体1设置有卷扬机，所述卷扬机的钢丝绳与连接带2连接。通过设置卷扬机，调节漩涡形成器18在水底的位置。

实施例三

结合图9所示，与实施例一、二不同的是，所述水笼5下侧设置有电机支架19，所述电机支架19上侧设置有电机20，所述电机20的输出轴连接有扇叶21，所述扇叶21位于水笼5内侧，所述电机20为变频电机，所述电机20设置有防水装置，所述电机20带动扇叶21转动，与第一水泵8协同作用，用于调节漩涡大小，所述漩涡能够充分搅拌水底底部泥沙，使泥沙充分混合与水中。

所述水笼5上侧设置有传感器22，所述传感器22为力敏传感器；所述传感器22外侧设置有防水装置，所述传感器22通过防水装置与水笼5连接，所述传感器22数量为大于等于两个，所述传感器22在水笼5圆周表面均匀设置，所述传感器22用于测量漩涡的大小，漩涡的大小不同，其作用于传感器22的作用力不同，通过作用于传感器22的作用力判断漩涡的大小。

所述水笼5下侧设置有支腿23,所述支腿23高度大于电机支架19的高度；所述支腿23上设置有配重块，所述配重块增加了装置的工作的稳定性。

所述水笼5内设置有用于固定泥沙管4的固定架，所述固定架与泥沙管4连接。

实施例四

与实施例三不同的是，所述连接管内的流量Q1与泥沙管内的流量Q2之比为（0.8-1）:（1.5-2.8），当满足以上关系时，装置的工作效率能够实现最大化。

所述水笼的高度H，水笼的直径R，泥沙管内的流量Q2，喷头的水流压力P之间满足以下关系：

H·R=N·P/ Q2；

式中：H、R的单位为米；

P的单位为MPa；

Q2的单位为M³/H；

N为相关系数，取值范围为400-600。

当N小于400时，泥沙管内抽出的水中含沙量较低，含沙量仅为30-40%，采沙效率低，当N大于600时泥沙管内抽出的水中含沙量较高，容易形成泥沙泵超负荷运转。

实施例五

结合实施例四，当N为400时，H·R=400P/ Q2，此时，泥沙管内抽出的水中含沙量为65%，采沙效率较高。

实施例六

结合实施例四，当N为600时，H·R=600P/ Q2，此时，泥沙管内抽出的水中含沙量为71%，采沙效率较高。

实施例七

为了在提高采沙效率的同时不对河床造成损害，本发明了还公开了一种采沙清淤方法：

S3、制造漩涡；启动第一水泵，在第一水泵的作用下，喷管喷出水流，形成漩涡，漩涡作用于泥沙，泥沙充分融入至水中；

在步骤S3中，通过调节第一水泵的流量实现控制漩涡大小的目的。

实施例八

在步骤S3中，通过调节电机的转速实现控制漩涡大小的目的，使用效果较好。

实施例九

结合实施例七、八，所述泥沙管4上设置有流量计，所述第一水泵8、电机20、泥沙泵、卷扬机、流量计均与控制器连接，所述控制器连接有显示器，所述船体1设置有定位装置，所述定位装置为GPS定位系统，所述定位装置通过无线传输系统与控制器连接；在装置工作之前，首先将需要清理泥沙的区域的位置坐标及预设的泥沙抽取量输入至控制器中，以确定船体1的运动轨迹，当船体1达到预先设定区域时，控制器向卷扬机发送指令，卷扬机将漩涡形成器18输送至水库的底部，然后，控制器向第一水泵8发送指令，第一水泵8启动，制造漩涡，间隔一定的时间后，控制器向泥沙泵发送指令，启动泥沙泵，泥沙泵进行抽沙治理；当抽取量达到预先设定阈值时，泥沙泵停止工作；此时，控制器控制卷扬机将漩涡形成器收起，船体1进入下一区域。当抽取量达到预先设定阈值时，可以根据实际需要，手动调节泥沙泵继续工作或者停止工作。所述水笼5上还设置有摄像头，所述摄像头与控制器连接，摄像头的拍摄的画面通过显示器显示，所述摄像头用于监视水底的情况，保证装置的安全运行环境，避免出现泥沙超采的现象，控制采沙量。

实施例十

结合图10所示，所述水笼5下侧设置有电机支架19，所述电机支架19上设置有第二电机24；所述第二电机输出轴连接有转轴25，所述电机20设置在转轴25上，所述电机20的输出轴连接有扇叶21，所述电机20为变频电机，所述电机20设置有防水装置，在第二电机24的作用下，电机20发生旋转，根据实际情况能够充分塑造漩涡，所述电机20带动扇叶21转动，与第一水泵8协同作用，用于调节漩涡大小，所述漩涡能够充分搅拌水底底部泥沙，使泥沙充分混合与水中。

通过上述技术方案得到的装置是一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，在使用过程中，首先将漩涡形成器18放置在需要清理泥沙的水底处，启动第一水泵8，在第一水泵8的作用下，喷管6喷出水流，形成漩涡，漩涡作用于泥沙，泥沙充分融入至水中，此时，启动泥沙泵，泥沙泵抽取漩涡中的泥沙，将泥沙输送至合适的位置，完成泥沙的抽取工作。在第一水泵8工作的过程中，通过转动流量调节器3，实现调节第一水泵8喷出的水流压力的目的，从而改变漩涡的大小。不同大小的漩涡对泥沙的作用力与作用面积不同，通过控制漩涡的大小，实现控制采沙量的目的，当采沙结束后，处于漩涡作用力之外的泥沙则不能被抽走，有效的避免超采现象的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，其特征在于，包括船体（1），所述船体（1）设置有漩涡形成器（18）；所述漩涡形成器（18）包括水笼（5）和喷管（6），所述喷管（6）设置在水笼（5）内侧，所述喷管（6）通过连接管（7）连接有第一水泵（8），所述喷管（6）内侧设置有多个喷头（9）；所述水笼（5）内侧设置有泥沙管（4）；所述泥沙管（4）与泥沙泵的进水口连接，所述泥沙泵的出水口连接有出水管；所述连接管（7）设置有流量调节器（3）；所述连接管（7）内的流量Q1与泥沙管（4）内的流量Q2之比为（0.8-1）：（1.5-2.8）；所述水笼（5）的高度H，水笼（5）的直径R，泥沙管（4）内的流量Q2，喷头（9）的水流压力P之间满足以下关系：H·R=N·P/ Q2，式中：H、R的单位为米，P的单位为MPa，Q2的单位为M³/H，N为相关系数，取值范围为400-600；

所述泥沙抽取系统采用以下采沙方法，该采沙方法包括以下步骤：

S3、制造漩涡；启动第一水泵（8），在第一水泵（8）的作用下，喷管（6）喷出水流，形成漩涡，漩涡作用于泥沙，泥沙充分融入至水中；

2.根据权利要求1所述一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，其特征在于，所述水笼（5）上下两端均设置有圆环，所述圆环之间设置有多个连接管，所述连接管绕圆环轴线均匀设置，所述连接管之间设置有空隙。

3.根据权利要求1所述一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，其特征在于，所述喷管（6）为螺旋结构状，所述喷管（6）设置在水笼（5）内壁上，所述喷头（9）在喷管（6）上倾斜设置，所述喷头（9）在喷管（6）上的倾斜方向均一致。

4.根据权利要求1所述一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，其特征在于，所述水笼（5）与船体（1）之间设置有连接带（2），所述第一水泵（8）与船体（1）之间设置有连接带。

5.根据权利要求1所述一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，其特征在于，所述流量调节器（3）包括底盘（10）、调节轮（11）和固定盘（12）。

6.根据权利要求5所述一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，其特征在于，所述底盘（10）内设置有棱柱，所述棱柱之间形成放置槽（13）；所述放置槽（13）内设置有滑槽（14）和滑块（15），所述滑块（15）与滑槽（14）连接，所述滑块（15）连接有调节叶片，所述调节叶片设置有调节孔（16）。

7.根据权利要求5所述一种基于机器人算法塑造人工涡流的水库泥沙抽取系统，其特征在于，所述调节轮（11）为圆形结构，所述调节轮（11）中间设置有通孔，所述调节轮（11）与底盘（10）接触一面设置有调节柱（17），所述调节柱（17）与调节孔（16）相适配。