[发明专利]一种耙吸式挖泥船耙头摩擦力系数分析方法

说明书

技术领域

本发明属于疏浚工程技术领域，特别涉及一种耙吸式挖泥船耙头摩擦力系数分析方法。

背景技术

耙吸式挖泥船在现代科技社会中得到广泛利用，尤其是在陆域形成及临海工业园区的建设中发挥着至关重要的作用。耙吸式挖泥船挖泥控制具备了技术含量高、机械设备繁杂、自动化要求高等特点，提高耙吸工作率成为挖泥指标的一个重要参数。一方面，由于耙吸式挖泥船耙头在水下施工，工作人员很难判断耙头实际工作状态，从而难以提高耙吸作业的工作率；另一方面，在耙吸过程中，如果耙头与海床之间的摩擦力过大，对耙头的使用寿命以及船舶能耗带来影响。

目前，我国对耙吸式挖泥船耙头问题的分析，尤其是海床对耙头摩擦力分析一直处于二维空间分析阶段，这不利于准确把握耙头的动态过程，造成理论分析结果与实际情况的偏差较大。随着科技的发展，耙吸挖泥船疏浚作业过程中使用液压控制系统和传感器等技术，使对耙头所受到海床摩擦力问题的研究变得相对容易，计算耙头受海床的摩擦系数分析也带来了方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是耙吸式挖泥船在疏浚作业过程中，耙头受到的海床摩擦力系数估算以及对该系数进行数据处理方法。

一种耙吸式挖泥船耙头摩擦力系数分析方法，其特征在于包含以下步骤：

a)通过基于OPC信息采集与处理软件获得数据，并实时传送到上位机系统中；

b)建立耙吸管系统力学模型，并推导出关于摩擦力系数的计算方法；

c)通过聚类算法对计算出来的摩擦力系数进行数据处理；

d)经过聚类分析后的数据集合即为耙头受海床摩擦力影响的各种状态。

所述步骤a)中，获取的数据包括：耙头的重力、海水的浮力、耙吸过程中海床对耙头的反作用力、海床对耙头摩擦力、海水水流阻力、相邻耙管对耙头的作用力、耙管重力(包括在挖泥过程中整段耙管内的泥浆的重力)、耙管受到海水的浮力、缆绳的拉力、临近耙管之间的作用力、海水水流阻力、波浪补偿器缆绳张力、耙管之间作用力、挖泥船航行速度等。

所述步骤b)中，通过三维状态空间建立耙吸式挖泥船耙吸管系统力学模型。

所述步骤c)中，采用ISODATA聚类分析算法对计算出摩擦力系数进行数据处理与分析。

本发明的有益效果是：

本发明利用ISODATA算法所具有的自我调节与自适应强的特点，对摩擦力系数进行识别处理，很好的预测了耙吸挖泥船在挖泥作业过程中海床地表特征对耙头的影响，对延长耙头使用时间、提高挖泥船疏浚效率以及降低挖泥船能量消耗方面具有一定参考价值。

附图说明

图1是耙头耙管受力分析图

图2是耙吸管系统三维坐标图

图3是耙头耙管投影比值关系图

图4是ISODATA算法控制流程图

图5是耙头所受摩擦力系数分析图

具体实施方式

1)耙头、耙管的受力数学模型分析

建立耙头、耙管力学方程之前，首先对耙吸管进行状态空间体系的建立，该体系采用右旋坐标系，X轴方向为沿挖泥船长轴方向并且指向船舶的艏向，Y轴方向为沿挖泥船短轴方向并且指向船舶的右舷，坐标原点选取以耙头相接的耙管为起点，Z轴方向为吸泥口所在横截面上的垂直方向。耙吸管系统三维坐标模型如图1所示。

为研究耙吸式挖泥船在挖泥作业过程中的耙头、耙管的受力状态，对于耙头和耙管进行受力分析。耙头主要受力包括：耙头的重力、海水的浮力、耙吸过程中海床对耙头的反作用力、海床对耙头摩擦力、海水水流阻力、相邻耙管对耙头的作用力等；耙管主要受力包括：耙管重力(包括在挖泥过程中整段耙管内的泥浆的重力)、耙管受到海水的浮力、缆绳的拉力、临近耙管之间的作用力、海水水流阻力、波浪补偿器缆绳张力、耙管之间作用力等，在挖泥过程中对于耙头和耙管进行受力分析，如图2所示。

为获得耙管施工过程中三维工作姿态，在耙管上安装了角度传感器，检测信号包括：上耙管垂直角度、下耙管垂直角度、上耙管水平角度、下耙管水平角度。图2中x1为垂直角度、x2为水平角度。