RU2553814C2 - Устройство для выемки грунтового материала под водой - Google Patents

Устройство для выемки грунтового материала под водой Download PDF

Info

Publication number
RU2553814C2
RU2553814C2 RU2010146162/03A RU2010146162A RU2553814C2 RU 2553814 C2 RU2553814 C2 RU 2553814C2 RU 2010146162/03 A RU2010146162/03 A RU 2010146162/03A RU 2010146162 A RU2010146162 A RU 2010146162A RU 2553814 C2 RU2553814 C2 RU 2553814C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
excavator
pontoon
backhoe
excavation
soil material
Prior art date
Application number
RU2010146162/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010146162A (ru
Inventor
Стефан ВАНДИККЕ (умер)
ВЕЛЛЕН Эрик ВАН
Original Assignee
Багерверкен Деклудт Энд Зн Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42072812&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2553814(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Багерверкен Деклудт Энд Зн Н.В. filed Critical Багерверкен Деклудт Энд Зн Н.В.
Publication of RU2010146162A publication Critical patent/RU2010146162A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2553814C2 publication Critical patent/RU2553814C2/ru

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/06—Floating substructures as supports
    • E02F9/062—Advancing equipment, e.g. spuds for floating dredgers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/88—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
    • E02F3/90—Component parts, e.g. arrangement or adaptation of pumps
    • E02F3/907—Measuring or control devices, e.g. control units, detection means or sensors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F5/00—Dredgers or soil-shifting machines for special purposes
    • E02F5/28—Dredgers or soil-shifting machines for special purposes for cleaning watercourses or other ways
    • E02F5/285—Dredgers or soil-shifting machines for special purposes for cleaning watercourses or other ways with drag buckets or scraper plates
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers

Abstract

Изобретение относится к устройству для выемки грунтового материала под водой. Техническим результатом является повышение эффективности производства донноуглубительных работ. Устройство содержит понтон, оснащенный экскаватором, выполненным с возможностью копания грунта под водой, исполнительные средства, выполненные с возможностью управления перемещением понтона и/или экскаватора, первое контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживания положения экскаватора. При этом плавэкскаватор с обратной лопатой также содержит второе контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживания нагрузки, испытываемой экскаватором, и третье контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживания положения понтона, компьютерное средство, выполненное с возможностью рассчитывания на основании данных, полученных от первого, второго и третьего контролирующих средств, управляющие сигналы для исполнительных средств. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Данное изобретение относится к устройству, такому как плавэкскаватор с обратной лопатой, для выемки грунтового материала под водой до установленной глубины. Изобретение также относится к способу выемки грунтового материала под водой, а также к компьютерной программе, содержащей команды программы, предназначенной для выполнения способа.
Устройство, такое как плавэкскаватор с обратной лопатой, как правило, используют для рытья грунта или выемки грунтового материала под водой в местах, где другие дноуглубители, такие как самоотвозные земснаряды с волочащимся грунтоприемником и землесосные снаряды с фрезерными разрыхлителями, подходят меньше. Подобные места включают загруженные подходные каналы, тяжелые типы грунта, (сильные) мелководья и труднодоступные места, например, входы в гавани. Общепризнанный плавэкскаватор с обратной лопатой, как правило, содержит экскаватор (иногда наземный), установленный на понтон. Экскаватор содержит подъемные стрелы, приводимые в действие гидравлическими цилиндрами, и ковш для выкапывания грунтового материала из-под уровня воды. Вынутый грунтовый материал переносят над уровнем воды и опускают в баржу, расположенную поблизости от понтона, и увозят на ней.
Типичный цикл подводной выемки грунта с использованием плавэкскаватора с обратной лопатой включает подготовку обследования состояния подводного дна, причем подобное состояние включает, по меньшей мере, вычерчивание графика глубины дна и/или свойства грунтового материала на обследуемой площади. Затем, составляют производственный план для оператора плавэкскаватора с обратной лопатой и экскаватора, приблизительно принимая в расчет состояние площади дна, на которой планируется выемка грунта, и требуемое состояние площади дна (как правило, требуемый профиль глубины). Производственный план включает определение линий, вдоль которых должен располагаться понтон, а также задание приблизительного обозначения глубины экскавации вдоль указанных линий. Затем, оператор проводит донноуглубительные работы на площади дна, которые включают, как правило, стадии расположения понтона на линии, на которой планируются донноуглубительные работы, выемку грунтового материала по линии, перестановку понтона на другую линию, на которой планируются донноуглубительные работы, и повторение изложенного выше.
Однако, поскольку свойства грунта известны только в очень разбросанных точках, данный подход является всего лишь усредненным. Фактические действия по выемке грунта определяются в зависимости от ощущений оператора на основании очень субъективной обратной связи (ответный уровень шума, вибрации, движения экскаватора и т.д.) и на основании своего предыдущего опыта в аналогичных ситуациях. Эффективность производства донноуглубительных работ требует усовершенствования.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков описанного выше устройства и способа предыдущего уровня техники и создание устройства и способа для выемки грунтового материала под водой, который предоставляет возможность более высокой эффективности работы.
В одном аспекте изобретения, таким образом, предложено устройство для выемки грунтового материала под водой, причем устройство содержит:
- понтон, оснащенный экскаватором, выполненным с возможностью копать грунт под водой;
- исполнительные средства, выполненные с возможностью управления движением понтона и/или экскаватора;
- первое контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживать положение экскаватора;
при этом устройство дополнительно содержит
- второе контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживать нагрузки, испытываемые экскаватором; и
- компьютерное средство, выполненное с возможностью рассчитывать на основании данных, полученных от первого и второго контролирующих средств, управляющие сигналы для исполнительных средств.
Устройство согласно изобретению обеспечивает возможность быстро и точно вынимать грунтовый материал под водой до предварительно заданного профиля глубины, при этом глубина и/или положение в плоскости экскавации регулируются автоматически, в зависимости от фактического положения экскаватора и значений нагрузки, полученных от второго контролирующего средства. Движение понтона включает выравнивание понтона.
Изобретение также относится к способу выемки грунтового материала под водой, причем способ включает стадии, на которых:
- обеспечивают устройство согласно изобретению;
- размещают понтон в воде;
- управляют движением экскаватора посредством исполнительных средств таким образом, чтобы происходила выемка грунта под водой;
- отслеживают положение экскаватора и нагрузок, испытываемых экскаватором в процессе его движения;
- вычисляют на основании данных, полученных от первого и второго контролирующих средств, управляющие сигналы для исполнительных средств;
причем экскаватор перемещается согласно данным управляющим сигналам.
Способ согласно изобретению особенно полезен для оптимизации работы по выемке грунта вдоль одной линии резания, т.е. в варианте осуществления, когда сам понтон находится во (временно) неподвижном положении. Способ изобретения устраняет по существу нестабильность, связанную с действием персонала, за счет предоставления контура управления, в котором движением экскаватора управляют в виде функции его фактического положения и фактических нагрузок, испытываемых экскаватором.
Устройство и способ изобретения обеспечивают возможность уменьшения времени простоя по причине перегруженных производственных систем, защиты от перегрузки и поддержания на более постоянном уровне качества выемки грунта с течением времени. Также, устройство и способ изобретения позволяют принимать в расчет варьирование особенностей седиментации грунта (причиной подобного варьирования является сама природа седиментации), которые неизвестны в достаточной мере, вследствие довольно низкой разрешающей способности сетки при взятии образцов.
В дополнительном аспекте изобретения предложено устройство, в котором компьютерное средство выполнено с возможностью рассчитывать управляющие сигналы для исполнительных средств таким образом, чтобы минимизировать критерий оптимальности. Критерий оптимальности можно выбирать произвольно. В особенно предпочтительном устройстве критерий оптимальности включает среднюю мощность экскаватора, использованную на единицу объема, вынутого грунтового материала. Мощность экскаватора можно легко получить посредством умножения моментальных смещений экскаватора и нагрузок, испытываемых экскаватором, и суммирования данных результатов умножения. Например, мощность экскаватора можно минимизировать или удерживать ниже значения определенного порогового уровня за счет уменьшения нагрузок. Уменьшение нагрузок может быть достигнуто за счет ограничения скорости выемки грунта и/или глубины резания экскавации, при этом глубина резания представляет собой глубину, на которую ковш погружают в грунт. В целом, нагрузки зависят также от свойств грунта, причем следствием более плотного или тяжелого грунта являются большие нагрузки, и наоборот.
В еще одном аспекте изобретения предложено устройство, в котором критерий оптимальности включает максимальное, вероятно, ожидаемое время осуществления выемки на единицу объема вынутого грунтового материала.
Типичный плавэкскаватор с обратной лопатой оборудован экскаватором, содержащим стрелу, выполненную с возможностью поворачивания на фундаменте, имеющемся на палубе понтона, рукоять, имеющую возможность поворачивания на одном конце стрелы, и ковш, имеющий возможность поворачивания на одном конце рукояти. Поворотное движение стрелы относительно понтона, рукояти относительно стрелы и ковша относительно рукояти осуществляют с помощью гидравлических цилиндров, предусмотренных на фундаменте понтона, на стреле и на рукояти, соответственно. Плавэкскаватор с обратной лопатой предпочтительно имеет следующие степени подвижности для выполнения своих задач:
- 3 вида поворачивания экскаватора вокруг горизонтальной оси (соответствующие 3 центрам поворота основному, рукояти и ковша: они обеспечивают возможность располагать ковш в определенном месте под водой, погружать его в грунт (изменять направление) и поднимать материал над водой;
- 1 поворот вокруг вертикальной оси: данная степень подвижности обеспечивает угловое позиционирование ковша, а также транспортировку от материнской породы до баржи поодаль;
- 1 горизонтальное поступательное движение (шаг): когда выкапывание грунта в пределах достижения экскаватора было закончено, необходимо перемещение понтона в следующее положение, его называют пошаговое передвижение и выполняют посредством перемещения одной из папильонажных свай понтона;
- 3 вертикальных поступательных перемещения, обеспечивающих подъем и устойчивость и предоставляющие возможность выравнивания понтона (необходимое горизонтальное положение).
В определенных условиях для распределения веса с целью обеспечения горизонтального выравнивания понтона могут быть использованы, например, дифферентные цистерны. Определенные вращения вокруг вертикальных осей в пределах определенной зоны приводят к характерному дуговому шаблону выемки вокруг центральной точки, что соответствует повороту стрелы. Благодаря пошаговому характеру перемещения понтона общие шаблоны представляют собой линии резания, следующие друг за другом на одной и той же или изменяющейся глубине вдоль центральной линии или без центральной линии.
Устройство и способ согласно изобретению обеспечивают возможность точно выкапывать грунт под водой в соответствии с предварительно заданным профилем глубины. При экскавации дна водоема, такого как морское дно или судоходный маршрут около пристани, говоря в общем, чрезвычайно опасно производить земляные работы на морском дне или судоходном маршруте за пределами предусмотренной глубины экскавации, потому что подобная глубокая экскавация может разрушить основание пристани или стенок, сформированных в морском дне. При слишком глубокой экскавации возникает необходимость восстановить подобный участок с излишне проведенной выемкой грунта, что, однако, требует дополнительных трудозатрат и времени. Устройство и способ согласно изобретению помогают предотвратить данный недостаток.
В еще одном аспекте изобретения предложено устройство, в котором экскаватор содержит подъемные стрелы, приводимые в действие посредством гидравлических цилиндров, которые являются частью гидравлической схемы, а второе контролирующее средство содержит датчики гидравлического давления, выполненные с возможностью измерять давление в гидравлической схеме и/или цилиндрах. Датчики гидравлического давления сами по себе известны, но не в контексте управления движением, например, плавэкскаватора с обратной лопатой.
В другом аспекте изобретения предложено устройство, в котором экскаватор содержит подъемные стрелы, приводимые в действие посредством гидравлических цилиндров, которые являются частью гидравлической схемы, а первое контролирующее средство содержит датчики перемещения, выполненные с возможностью измерять относительное перемещение подъемных стрел.
Несмотря на то, что в принципе для выполнения способа согласно изобретению достаточно предоставления первого и второго контролирующих средств, предпочтительным является устройство, содержащее третье контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживать положение понтона. Таким образом, перемещение экскаватора может быть соотнесено с состоянием подводного дна, которое изображено на диаграмме обследования, причем подобное состояние включает, по меньшей мере, профиль глубины дна и/или свойства грунтового материала в интересующей области. На самом деле, результатом обследования, проведенного перед фактическим началом работы по выемке грунта, является профиль глубины. После прохождения плавэкскаватора с обратной лопатой и имея информацию о количестве вынутого грунтового материала, можно вычислить новую локальную глубину. Посредством отслеживания положения понтона вдобавок к положению экскаватора получают обновленный профиль глубины.
В одном аспекте изобретения предложено устройство, в котором третье контролирующее средство содержит систему глобального позиционирования.
В еще одном аспекте изобретения устройство содержит входное/выходное устройство, выполненное с возможностью передачи сигналов от первого контролирующего средства в компьютерное средство.
В еще одном аспекте изобретения устройство содержит входное/выходное устройство, выполненное с возможностью передачи сигналов от второго и третьего контролирующих средств в компьютерное средство.
В еще одном аспекте изобретения устройство содержит устройство отображения, выполненное с возможностью отображать положение экскаватора и/или понтона, а также нагрузок, испытываемых экскаватором.
В еще одном аспекте изобретения устройство содержит устройство отображения, выполненное с возможностью отображать глубину грунта под водой.
Перечисленные выше и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения, приведенных с сопровождающими чертежами, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид сбоку профиля конструкции судна с гидравлической обратной лопатой;
Фиг.2 представляет собой вид сверху судна с обратной лопатой, показанного на Фиг.1;
Фиг.3 представляет собой схематический чертеж устройства согласно варианту осуществления изобретения; а
Фиг.4 схематически отображает степени подвижности экскаватора согласно варианту осуществления изобретения.
На фиг.1 схематически показано судно 1 с гидравлической обратной лопатой. Судно 1 с обратной лопатой содержит понтон 6, который расположен в воде 2 над дном 3 водоема, в котором планируются дноуглубительные работы. Понтон 6 обеспечен рядом папильонажных свай 4, которые могут опираться на дно 3 водоема. Понтон 6 удерживается на папильонажных сваях 4 за счет ряда шарнирных соединений 7 таким образом, чтобы понтон 6 мог плавно двигаться вверх и вниз в вертикальном направлении 5 вдоль папильонажных свай 4, но его перемещение горизонтально по воде 2 было по существу ограничено. Понтон 6 поднимается вдоль папильонажных свай 4, когда уровень воды в результате прилива поднимается, и опускается вдоль папильонажных свай 4, когда уровень воды в результате отлива понижается. Глубина h1 дна 3 водоема (а также расстояние между дном 3 водоема и понтоном 5) может, вследствие этого, изменяться в соответствии с приливным уровнем. Судно 1 с обратной лопатой дополнительно оборудовано капитанским мостиком 8, который содержит, по меньшей мере, исполнительное средство, выполненное с возможностью управления движением понтона 6 и экскаватора 10 с обратной лопатой.
Экскаватор 10 с обратной лопатой содержит стрелу 11, шарнирно опирающуюся на палубу понтона 6, рукоять 12, опирающуюся на стрелу 11 с возможностью поворачивания вокруг шарнира 13, и ковш 14, опирающийся на рукоять 12 с возможностью поворачивания вокруг шарнира 15. Подъемные стрелы (11, 12) и ковш 14 экскаватора 10 приводятся в действие с помощью гидравлических цилиндров (16, 17 и 18), которые являются частью гидравлической схемы (не показанной). В показанном варианте осуществления степени подвижности плавэкскаватора 10 с обратной лопатой для выполнения его задач включают 3 поворота экскаватора вокруг горизонтальной оси, соответствующие 3 центрам поворота стрелы 11, рукояти 12 и ковша 14, и приводятся в действие с помощью гидравлических цилиндров (16, 17 и 18). Они обеспечивают возможность располагать ковш 14 в определенном месте под водой, как показано в виде положения пунктирной линией на фиг.1, погружать его в грунт за счет изменения направления и поднимать грунтовый материал над водой 2. Другая степень подвижности включает вращение стрелы 11 вокруг поворотного основания 19. Данная степень подвижности обеспечивает возможность вращательного позиционирования ковша 14, а также транспортировку вынутого грунтового материала 20 в баржу 21, находящуюся поодаль от понтона 6, как показано на фиг.2. Еще одна степень подвижности включает горизонтальное поступательное движение понтона 6 («шаг»). Когда выемка грунтового материала 20 в пределах зоны досягаемости 22 экскаватора 10 заканчивается, необходимо переместить понтон 6 в следующее положение - процесс, называемый «пошаговое перемещение». Это достигается посредством втягивания, по меньшей мере, одной из папильонажных свай 4 понтона 6 со дна 3, перемещения (или поворачивания) понтона 6 и снова опускания папильонажной сваи 4 на дно 3 для закрепления понтона 6 в его новом положении. Также есть возможность добавить 3 другие степени подвижности, которые представляют собой вертикальные поступательные движения понтона 6 вдоль папильонажных свай 4, обеспечивая подъем и равновесие и обеспечивая возможность выравнивания понтона 6 по существу в горизонтальном положении.
Плавэкскаватор 1 с обратной лопатой содержит исполнительные средства (7, 16, 17, 18, 19), выполненные с возможностью управлять перемещением понтона 6 и экскаватора 10. Исполнительное средство среди прочего содержит шарнирные соединения 7 для папильонажных свай 4 и приводное средство (не показано) для позиционирования понтона 6, а также поворотного основания 19 и гидравлических цилиндров (16, 17, 18), которые образуют часть гидравлической схемы, управляющей движением экскаватора 10. Исполнительными средствами (7, 16, 17, 18, 19) управляют посредством компьютерного средства, как будет более подробно описано далее ниже.
На фиг.3 показан плавэкскаватор 1 с обратной лопатой, оборудованный первым контролирующим средством (30, 35), выполненным с возможностью отслеживания положения экскаватора 10 и, в частности, положения его ковша 14, вторым контролирующим средством 31, выполненным с возможностью отслеживать нагрузки, испытываемые экскаватором 10, третьим контролирующим средством 32, выполненным с возможностью отслеживать положение понтона 6, и компьютерным средством 33, выполненным с возможностью рассчитывать на основании данных, полученных от первого и второго контролирующих средств (30, 31), управляющие сигналы для исполнительных средств (7, 16, 17, 18, 19) для передачи сигналов положения экскаватора от первого контролирующего средства в компьютерное средство.
Первые контролирующие средства (30, 35) содержат ряд позиционных и/или угловых датчиков (не показанных), установленных в нескольких положениях на экскаваторе 10. Фигура 4 схематично показывает типичную конфигурацию, показывающую центр вращения А стрелы 11, опирающейся на палубу понтона 6, центр вращения В рукояти 12, опирающейся на стрелу 11, центр вращения С ковша 14, опирающегося на рукоять 12, переднюю кромку D ковша 14. Также показана длина L1 линии А-В, длина L2 линии В-С, длина L3 линии С-D, угол α между вертикальной линией и линией А-В, угол ß между линией А-В и линией В-С и угол γ между линией В-С и линией С-D. Кроме того, h1 определяет существующую глубину дна 3, а h2 высоту центра вращения А относительно уровня воды. Для иллюстрации, глубина h1 экскавации от уровня воды может быть легко выражена в виде функции углов α, ß и γ, и длин L1, L2, L3, а также высоты h2. Поскольку длины L1, L2, L3 и высота h2 известны, глубина h1 экскавации относительно уровня воды может быть определена при определении относительных углов α, ß и γ посредством подходящего определителя углов. Сигналы 34 углов, генерируемые посредством датчиков определения углов, передаются через подходящее входное/выходное устройство 35 в блок 30 обработки первого контролирующего средства, содержащий, по меньшей мере, память для хранения данных сигналов углов. При необходимости положение экскаватора 10 может быть визуально выведено на дисплей для оператора плавэкскаватора 1 с обратной лопатой.
Третье контролирующее средство (32, 36), выполненное с возможностью отслеживать положение понтона 6, содержит систему 32 динамического позиционирования/динамического слежения (DP/DT), входное/выходное устройство 36, выполненное с возможностью передачи сигналов положения и/или нагрузок от второго и/или третьего контролирующих средств в компьютерное средство, и ряд датчиков положения (не показаны). Система 32 DP/DT предоставляет возможность оператору плавэкскаватора с обратной лопатой наблюдать в режиме он-лайн через устройство 38 отображения диаграмму профиля глубины дна. Подобный профиль получают посредством ввода батиметрических данных, полученных заранее, в систему 32 DP/DT. Профиль глубины дна 3 обновляется в реальном времени в результате производства дноуглубительных работ. Система 32 DP/DT также включает глобальную систему позиционирования, предоставляющая возможность локализации глобального положения понтона 6. Когда плавэкскаватором 1 с обратной лопатой управляют вручную, в целом, полагаются на описанный выше набор контролирующего оборудования. Поскольку оператор работает ниже уровня воды, видимость ковша 14 является нулевой. Вследствие этого, оператор вынужден полагаться на визуализацию в реальном времени понтона 6 и особенно экскаватора 10. Первые контролирующие средства (30, 35), основанные на датчиках для отслеживания стрелы/рукояти/ковша и углов отклонения/поворота, предоставляют часть входных данных. Такая информация объединяется с координатами системы для восстановления положения ковша. При объединении данной информации с сигналом глобальной системы позиционирования от системы 32 DP/DT получается визуализация в реальном времени положения ковша 14 относительно дна 3.
Согласно изобретению, второе контролирующее средство 31 выполнено с возможностью отслеживания нагрузок, испытываемых экскаватором 10, и содержит ряд датчиков силы или давления (не показаны), обычно включаемых в гидравлические цилиндры (16, 17, 18). Сигналы 39 сил, происходящие от датчиков, передаются через входное/выходное устройство 36 в компьютерное средство (31, 33) для дальнейшей обработки. При необходимости может быть предоставлено устройство 41 отображения, выполненное с возможностью отображения сигналов 39 нагрузок, испытываемых экскаватором 10. Управляющие сигналы (42, 43), генерируемые с помощью компьютерного средства (33), могут также выводиться на устройство 41 отображения.
Компьютерное средство (33) выполнено с возможностью рассчитывать на основании параметров (34, 37) сигналов положения, полученных от первого и третьего контролирующих средств (30, 32), а также на основании параметров (39) сигналов силы, полученных от второго контролирующего средства 31, управляющие сигналы (42, 43) для исполнительных средств (7, 16, 17, 18, 19).
Существует множество параметров, вовлеченных в выемку грунта со дна 3. Как правило, обследование профиля глубины дна 3 водоема выполняют, сперва, посредством сбора батиметрических данных и сохранения их в системе 32 DP/DT. Необходимый профиль выемки грунта зависит от множества показателей, таких как подводная стабильность дна 3 и реологические свойства грунтового материала. Другие факторы, которые могут быть важными, включают конструктивные аспекты оборудования для дноуглубительных работ (уровни максимальной нагрузки и т.п.), устойчивость судна, позиционное регулирование, характер прилива и течения воды и другие. Устройство, согласно изобретению, предоставляет возможность учитывать большую часть данных параметров за счет предоставления системы управления с обратной связью, в которой данные положения и нагрузки связаны с компьютерными сигналами оптимизации исполнительных механизмов. Данные нагрузки являются результатом действия большого числа имеющих важное значение параметров, относящихся к особенностям дна и грунта, что делает учет этих данных нагрузки особенно полезным для существующей цели. Изобретение не ограничено выбором конкретного критерия оптимальности и может фактически использовать любой критерий, который представляется подходящим. Предпочтительно, критерий оптимальности включает среднюю мощность экскаватора, используемую на единицу объема вынутого грунтового материала, или максимальное, вероятно, ожидаемое время осуществления выемки на единицу объема вынутого грунтового материала. Обычные ограничения включают динамические ограничения, такие как ограничения мощности и нагрузки.
Далее будут описаны алгоритмы, загружаемые в компьютерное средство. Так как понтон является по существу устойчивым в своем начальном положении, выполняется модель осуществления дноуглубительных работ, загруженная в компьютерное средство. Модель осуществления дноуглубительных работ включает алгоритм контурного управления геометрической траекторией, известный как таковой. Подобный алгоритм основан на траекториях, которые предложены лучшими руководствами по практическому обучению и/или проектировочными таблицами мощностей для заданной компоновки экскаватора (т.е. комбинации стрелы/рукояти/ковша). Входные данные для алгоритма предоставляют из результатов обследования дна и первого наилучшего выбора траектории для экскаватора, включая глубину и зону досягаемости ковша. При этом зона досягаемости означает расстояние от центра вращения экскаватора до положения, где ковш соприкасается с грунтом. Выходные данные алгоритма обеспечивают кинематику экскаватора, которая предоставляет необходимые углы стыковки стрелы/рукояти/ковша на каждой стадии экскавации.
Второй алгоритм использует теорию резания грунта для расчета нагрузок, испытываемых составными элементами экскаватора, в результате взаимодействия между ковшом и грунтом (когда ковш фактически движется сквозь грунт), и теорию движения донных наносов для расчета нагрузок, прикладываемых потоками воды на погруженные части экскаватора. Результатом данной модели являются общие ожидаемые нагрузки, с которыми сталкивается экскаватор в процессе произведения дноуглубительных работ. Выходные данные обеспечивают целостную модель стартовой точки, от которой продолжается работа.
Стартовую точку предпочтительно выбирают на основании наиболее подходящей комбинации глубины резания, скорости резания и зоны досягаемости или длины срезки. Как правило, длину срезки выбирают на уровне приблизительно 65% от максимальной зоны досягаемости на конкретной глубине, причем приемлемый в целом минимум составляет 6 м.
Когда описанные выше два алгоритма загружают в компьютерное средство и начинают экскавацию, измерения нагрузок и кинематических параметров обеспечивают возможность повторного расчета рабочих параметров, предпочтительно глубины экскавации, скорости экскавации и зоны досягаемости ковша. Зная выходные данные описанных выше двух моделей, а также номинальные нагрузочные способности отдельных гидравлических составных элементов экскаватора, оператор экскаватора может оптимизировать работу по выемке грунта посредством ограничения нагрузок в экскаваторе на каждой стадии за счет возврата к установкам исполнительного механизма для того, чтобы не превышать максимально допустимые номинальные нагрузочные способности. Максимально допустимые номинальные нагрузочные способности гидравлических составных элементов, таких как гидравлические цилиндры, предоставляются производителем данных составных элементов, и, например, для гидравлического цилиндра заданы в показателях создания максимального давления p и расхода Q. Заданная скорость, при которой изменяются нагрузки в гидравлической системе, являющейся довольно статической системой (управляемой оператором), будет всегда пытаться оказывать воздействие слишком поздно. Кроме того, следствием сочетания исполнительных механизмов, гидравлической системы и экскаваторной системы/взаимодействия реального окружения будет в значительной степени нелинейная система.
В связи с этим, перед работами предпочтительно проводят ряд экспериментов без обратной связи, которые устанавливают соотношение параметров исполнительных механизмов с характеристиками гидравлической системы (измерения давления p и нормы расхода Q) и считываний измерительных приборов геометрических величин (т.е. измерительных устройств стандартных углов, которые измеряют углы стыковки стрелы/рукояти/ковша). Они будут служить в качестве входных данных для уточненной изменяющейся идентификации инструментов, следствием чего будет пропорционально-интегральный и управляющий алгоритм для каждого стыка в экскаваторной системе. После того, как стали известны параметры, нелинейный алгоритм управления (т.е. пропорционально-интегральный и управляющий алгоритм) может регулировать стыковочные углы с использованием обратной связи от устройств измерения углов на стыке без необходимости в дополнительных датчиках давления или подачи, оставаясь в то же время максимально близко к допустимым гидравлическим установкам для каждого составного элемента системы.
Изобретение не ограничено каким-либо алгоритмом оптимизации, которых может быть использовано множество. Подобные алгоритмы, в целом, известны квалифицированным специалистам и в большинстве случаев минимизируют некоторую функцию f(x) при соблюдении такого условия, как h(x)≥0. В настоящем варианте осуществления функция f(x) может, например, представлять собой среднюю мощность экскаватора, использованную на единицу объема вынутого грунтового материала. Условие h(x)≥0 может, например, представлять собой условие, что глубина h(x) ковша 14 должна быть больше, чем определенная глубина h1. Затем условие становится h1-h(x)≥0 (когда глубины задают отрицательными числами). Схему оптимизации запускают, выбирая начальные значения для х, и рассчитывают направления поиска ∆х, используя численные алгоритмы, такие как хорошо известный метод Ньютона. Затем, делают шаг к новой точке и вычисления повторяют до тех пор, пока не будет найден минимум. В контексте настоящего изобретения результатом выходного значения схемы оптимизации является следующее движение ковша 14 экскаватора 10, включающее в себя горизонтальное и вертикальное движение, углы наклона, определяющие углы атаки и скорость движения. Таким образом, становится возможно сделать максимальной производительность и получить более равномерное качество. Дополнительное преимущество состоит в том, что в процессе проведения дноуглубительных работ, получая данные нагрузки, также получают данные о свойствах грунта. Вследствие этого, способ и устройство согласно изобретению также предоставляют возможность непрерывно обновлять свойства грунта, полученные ранее посредством батиметрических данных.
Компьютерное средство 33 по существу управляет движением экскаватора 10 и, в частности, его ковша 14, а также движением понтона 6 за счет генерирования управляющих сигналов (42, 43) для экскаватора 10 и понтона 6, соответственно. В частности, после размещения понтона 6 производят выемку грунта в области в пределах зоны досягаемости экскаваторных стрел (11, 12) за счет автоматического опускания ковша 14 до расчетной глубины, за счет расположения ковша 14 и соскабливания грунтового материала 20, чтобы поместить ковш 14 на необходимый уровень, а затем поднятия ковша 14 и поворачивания его, чтобы опорожнить его содержимое в баржу 21. Во время паузы рассчитывают новое положение с помощью способа оптимизации и ковш 14 поворачивают в данное оптимальное следующее положение. После выемки грунта в зоне в пределах досягаемости экскаватора 10 понтон 6 перемещают «пошаговым образом» в следующее положение, которое также рассчитывают с помощью алгоритма оптимизации, и цикл повторяют.
Вышеописанное раскрытие было изложено исключительно для пояснения изобретения и не предназначено для его ограничения. Поскольку у квалифицированных специалистов в данной области могут возникнуть модификации раскрытых вариантов осуществления, охватывающие сущность и предмет изобретения, изобретение должно истолковываться с включением всего в пределах объема правовых притязаний приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов.

Claims (15)

1. Плавэкскаватор с обратной лопатой для выемки грунтового материала под водой, содержащий:
- понтон, оснащенный экскаватором, выполненным с возможностью копания грунта под водой;
- исполнительные средства, выполненные с возможностью управления перемещением понтона и/или экскаватора;
- первое контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживания положения экскаватора;
при этом плавэкскаватор с обратной лопатой также содержит:
- второе контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживания нагрузки, испытываемой экскаватором; и
- третье контролирующее средство, выполненное с возможностью отслеживания положения понтона;
- компьютерное средство, выполненное с возможностью рассчитывания на основании данных, полученных от первого, второго и третьего контролирующих средств, управляющие сигналы для исполнительных средств.
2. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, в котором компьютерное средство выполнено с возможностью рассчитывания управляющих сигналов для исполнительных средств таким образом, чтобы минимизировать критерий оптимальности.
3. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 2, в котором критерий оптимальности включает среднюю мощность экскаватора, используемую на единицу объема вынутого грунтового материала.
4. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 2, в котором критерий оптимальности включает максимальное, вероятно, ожидаемое время осуществления выемки на единицу объема вынутого грунтового материала.
5. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, в котором экскаватор содержит подъемные стрелы, приводимые в движение гидравлическими цилиндрами, частью гидравлической схемы, а второе контролирующее средство содержит датчики гидравлического давления, выполненные с возможностью измерения давления в гидравлической схеме и/или цилиндрах.
6. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, в котором экскаватор содержит подъемные стрелы, приводимые в движение гидравлическими цилиндрами, которые являются частью гидравлической схемы, а первое контролирующее средство содержит датчики перемещения, выполненные с возможностью измерения относительного перемещения подъемных стрел.
7. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, в котором третье контролирующее средство содержит глобальную систему позиционирования.
8. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, содержащее входное/выходное устройство, выполненное с возможностью передачи сигналов от первого контролирующего средства в компьютерное средство.
9. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, содержащее входное/выходное устройство, выполненное с возможностью передачи сигналов от второго и/или третьего контролирующих средств в компьютерное средство.
10. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, содержащее устройство отображения, выполненное с возможностью отображения положения экскаватора и/или понтона, а также нагрузки, испытываемой экскаватором.
11. Плавэкскаватор с обратной лопатой по п. 1, содержащее устройство отображения, выполненное с возможностью отображения глубины грунта под водой.
12. Способ выемки грунтового материала под водой, включающий стадии, на которых осуществляют:
- обеспечение плавэкскаватора с обратной лопатой в соответствии с п. 1;
- размещение понтона в воде;
- управление перемещением экскаватора посредством исполнительных средств таким образом, чтобы происходила выемка грунта под водой;
- отслеживание положения экскаватора и нагрузок, испытываемых экскаватором, в процессе его перемещения;
- вычисление на основании данных, полученных от первого, второго и третьего контролирующих средств, управляющих сигналов для исполнительных средств;
при этом экскаватор перемещается согласно данным управляющим сигналам.
13. Способ по п. 12, в котором управляющие сигналы для исполнительных средств рассчитывают таким образом, чтобы минимизировать критерий оптимальности.
14. Способ по п. 13, в котором критерий оптимальности включает среднюю мощность экскаватора, используемую на единицу объема вынутого грунтового материала.
15. Способ по п. 13, в котором критерий оптимальности включает максимальное, вероятно, ожидаемое время осуществления выемки на единицу объема вынутого грунтового материала.
RU2010146162/03A 2009-11-13 2010-11-12 Устройство для выемки грунтового материала под водой RU2553814C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2003800A NL2003800C2 (en) 2009-11-13 2009-11-13 Device for dredging soil material under water.
NLNL2003800 2009-11-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010146162A RU2010146162A (ru) 2012-05-20
RU2553814C2 true RU2553814C2 (ru) 2015-06-20

Family

ID=42072812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010146162/03A RU2553814C2 (ru) 2009-11-13 2010-11-12 Устройство для выемки грунтового материала под водой

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2322728B1 (ru)
BE (1) BE1020103A3 (ru)
DK (1) DK2322728T3 (ru)
NL (1) NL2003800C2 (ru)
RU (1) RU2553814C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793515C1 (ru) * 2022-06-06 2023-04-04 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Способ выполнения дноуглубительных работ

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013104278B4 (de) * 2013-04-26 2018-05-09 BITEK Bergungsdienst GmbH Schwimmfähige Arbeitsplattform mit einem Hubsystem und Verfahren zum Verrichten von Arbeiten unter Wasser
CN103352485B (zh) * 2013-06-26 2017-02-01 合肥汇众知识产权管理有限公司 一种挖泥船行走控制机构及其控制方法
CN103452161B (zh) * 2013-08-20 2016-02-03 中交广州航道局有限公司 一种耙吸挖泥船精挖控制方法
NL2012302C2 (en) * 2014-02-21 2015-08-25 Ihc Holland Ie Bv Bottom leveller system.
CN104975627B (zh) * 2014-04-03 2018-02-16 中交烟台环保疏浚有限公司 抓斗船的挖泥工艺
JP6429489B2 (ja) * 2014-05-12 2018-11-28 東洋建設株式会社 浚渫作業システム及び浚渫作業方法
CN104499522B (zh) * 2014-12-27 2016-07-06 贵州师范大学 小型河道淤泥清理机
CN104912144A (zh) * 2015-06-19 2015-09-16 宁波海辰液压有限公司 多功能挖泥船
CN105064443B (zh) * 2015-07-13 2017-10-27 南通港闸船舶制造有限公司 工作性能好的自航钢耙抓斗挖泥船液压系统
CN105507355B (zh) * 2016-01-08 2017-10-20 浙江水利水电学院 一种自航耙吸式挖泥船
CN106592672B (zh) * 2016-11-01 2019-12-06 浙江双林环境股份有限公司 一种高湖湿地山塘水库的水体清理装置及其处理方法
CN106480920A (zh) * 2016-11-09 2017-03-08 上海宏辉港务工程有限公司 一种桥式自动侧挖式抓斗挖泥船
CN109339137A (zh) * 2018-09-27 2019-02-15 四川达虹宇建筑工程有限公司 一种水利施工装置
CN109881730A (zh) * 2019-02-27 2019-06-14 上海海事大学 一种挖吸式多功能清淤机械设备
CN111021454A (zh) * 2019-12-26 2020-04-17 山东良耘生态科技有限公司 一种渤海水域港口淤泥清理装置
CN111321771B (zh) * 2020-02-26 2022-05-20 广东华茂水电生态集团有限公司 一种黑臭河涌治理设备及方法
CN112127407A (zh) * 2020-09-10 2020-12-25 中国水产科学研究院东海水产研究所 一种大型围栏养殖设施的清淤机
WO2022086512A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-28 Cashman Dredging And Marine Contracting, Co., Llc Lidar loading system
CN112486021B (zh) * 2020-12-07 2021-10-08 燕山大学 一种针对非对称伺服液压位置跟踪系统的低复杂控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4212121A (en) * 1978-07-31 1980-07-15 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Method and apparatus for dredging having bow-stern movement of the suction means
JPH0215659U (ru) * 1988-07-11 1990-01-31
US20070255494A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-01 Caterpillar Inc. Boom-mounted machine locating system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2511148A1 (fr) * 1981-08-05 1983-02-11 Mannesmann Ag Procede pour mesurer les quantites chargees ou bien le rendement d'excavateurs hydrauliques ou d'engins analogues
JPS6483107A (en) * 1987-09-25 1989-03-28 Koden Electronics Co Ltd Method and apparatus for measuring excavating amount of soil
JPH01314915A (ja) * 1988-06-15 1989-12-20 Kokudo Sogo Kensetsu Kk 船台位置決め方法
JP2916957B2 (ja) * 1991-05-28 1999-07-05 株式会社小松製作所 掘削作業機の自動制御方法
ES2161794T3 (es) * 1995-04-03 2001-12-16 Ascorel Controle Et Regulation Procedimiento de pesaje y vehiculo elevador para la puesta en practica del procedimiento.
US6076030A (en) * 1998-10-14 2000-06-13 Carnegie Mellon University Learning system and method for optimizing control of autonomous earthmoving machinery
JP3907858B2 (ja) * 1999-01-19 2007-04-18 株式会社小島組 油圧ショベルの作業量表示装置
US6518519B1 (en) * 2000-08-30 2003-02-11 Caterpillar Inc Method and apparatus for determining a weight of a payload
AU2002324960A1 (en) * 2001-09-11 2003-03-24 Rocksaw Technology, Inc. Apparatus and methods for trenching
CA2462821A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-10 Kenneth L. Martin System for tracking and monitoring vessels
JP2004169393A (ja) * 2002-11-20 2004-06-17 Koden Electronics Co Ltd 浚渫開始箇所の位置決め方法
US6836982B1 (en) * 2003-08-14 2005-01-04 Caterpillar Inc Tactile feedback system for a remotely controlled work machine
US7631445B2 (en) * 2006-07-14 2009-12-15 Raymond E. Bergeron Underwater dredging system
NZ555187A (en) * 2007-05-15 2010-01-29 Actronic Ltd Weight estimation for excavator payloads

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4212121A (en) * 1978-07-31 1980-07-15 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Method and apparatus for dredging having bow-stern movement of the suction means
JPH0215659U (ru) * 1988-07-11 1990-01-31
US20070255494A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-01 Caterpillar Inc. Boom-mounted machine locating system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793515C1 (ru) * 2022-06-06 2023-04-04 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Способ выполнения дноуглубительных работ

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010146162A (ru) 2012-05-20
DK2322728T3 (da) 2013-11-18
BE1020103A3 (nl) 2013-05-07
EP2322728A3 (en) 2011-06-01
EP2322728A2 (en) 2011-05-18
EP2322728B1 (en) 2013-08-21
NL2003800C2 (en) 2011-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2553814C2 (ru) Устройство для выемки грунтового материала под водой
KR101862735B1 (ko) 작업 기계의 제어 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법
JP6314105B2 (ja) 軌道生成装置および作業機械
JP2793360B2 (ja) 自動掘削制御装置及び方法
CN111902585A (zh) 挖土机
CN112424430B (zh) 控制装置、装载机械及控制方法
JPH11247230A (ja) 土工作業を計画するための方法と装置
JP2011252338A (ja) 建設機械
JP2002515559A (ja) フロントエンドローダ向けの掘削戦略を決定する方法と装置
US20070044980A1 (en) System for controlling an earthworking implement
US10358796B2 (en) Operator assist features for excavating machines based on perception system feedback
JP2011043002A (ja) 掘削支援装置
WO2019012701A1 (ja) 作業機械および作業機械の制御方法
JP2021085179A (ja) 計測装置、操作支援システム、及び建設機械
JP7112871B2 (ja) 浚渫装置
EP3108069B1 (en) Bottom leveller system during dredging
JP4261610B1 (ja) 浚渫船、及び浚渫工法
WO2021241258A1 (ja) 掘削計画作成装置、作業機械および掘削計画作成方法
JP2001323517A (ja) 掘削機械のバケット内に取り込まれた材料の容積を推測するためのシステムならびに方法
WO2020045017A1 (ja) 作業機械のブレード制御装置
JP2020056250A (ja) 浚渫施工管理システム及び浚渫施工管理方法
KR101755383B1 (ko) 수중 고르기 장비의 버킷을 이용한 지형 인식 장치 및 방법
RU2237134C1 (ru) Универсальная машина гидромеханизации
WO2023276421A1 (ja) 建設機械
JP7180026B1 (ja) 土山評価システム及びプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191113