基于试验的耙吸挖泥船耙头耙臂阻力算法.pdf

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1、2014．3科技论坛基于试验的耙吸挖泥船耙头耙臂阻力算法王健，朱炳麒(河海大学机电工程学院，江苏常州，213022)摘要：耙吸挖泥船疏浚施工时耙头耙臂受多种阻力影响，其成因、表现结果各有不同，耙头挖掘过程中水流、砂床、泥浆等因素共同作用，很难通过理论方法对耙头耙臂阻力进行定量计算。本文基于试验的方法，通过大量试验数据确定阻力算法中某些参数，并将实船测试数据用来校验算法的合理性和准确性，结果表明，经过修正的计算值与实测值吻合良好。关键词：耙吸挖泥船；挖泥阻力；试验AlgorithmofTSHD’Sdredgingforcebased

2、onexperimentWangJian，ZhuBingqi(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，HohaiUniversity，Changzhou，Jiangsu，213022，China)Abstract：DuringtheprocedureofaTrailingSuctionHopperDredger(TSHD)’Sdredging，therearemanykindsofdredgingforceonthedragheadanditspipeline．Thesekindso

3、fforcehavedifferentcausesoffactors，suchaswaterflow，sandbed，mixtureflowandSOon．ItiSdifficulttocalculatequantitativelythewholedredgingforcebytheoreticalmethod．ThiSarticlehascarriedOnplentyofexperimentsondredgingmodelSandcuttingteethinordertodeterminesomeparametersinthea

4、lgorithmofdredgingforce，andthenusetheprototypedatatotestandverifythiSalgorithm．Accordingtotheresult，therevisedcalculatingdatafittheprototypedatawel1．Keywords：TSHD；dredgingforce；experiment1研究对象及其配套装置组成，在疏浚施工时耙头通过自重将耙齿压入沙床，利用挖泥船的推进力拖拽耙齿挖掘沙床，在耙头内腔形成高耙吸挖泥船(图1)是一种大型的疏浚工程船舶

5、，由于其具备浓度泥浆，安装于船舱内大型泥泵通过耙管吸入这些泥浆，并输自航能力，挖深较大，抗风浪能力强、自备泥舱等特点，是大型沿送至储泥系统。整个挖掘过程中，耙头耙臂受力会大幅增加，且由海港口建设、围海造地、入海航道开挖及维护等工程的主要施工于影响因素较多，可能会出现闷耙、跳耙、卡耙等不利情况，影响装备。耙吸挖泥船最早出现于19世纪，但直到20世纪6O年代耙吸挖泥船施工效率，更极端情况下还会发生脱耙，危害施工安末，才出现世界上第一艘过万方舱容的耙吸挖泥船。进入90年代全，导致生产事故。因此，耙头耙臂系统一直是国内外对耙吸挖泥后，舱容

6、17000方的PearRiver号的横空出世掀起了耙吸挖泥船研究的重要部分，本文将通过试验与理论结合的方法对耙头耙船大型化的浪潮，截止2010年，舱容超过17000方的耙吸挖泥船臂进行力学分析，探索估算耙头耙臂挖泥阻力的方法。共建造了17艘，其中最大舱容46000方(CristobalColon／LeivEriksson)，最大挖深155m。2因素分析耙头在挖掘过程中，受力情况复杂多变，多种因素相互影响制约，虽然目前还没有较为成熟的准确的计算方法，但是取得了一些理论上的共识。本文采用单因素法，对作用在耙头耙臂上的力进行分析，如图2

7、所示。影响耙头耙臂挖泥阻力的主要因素有砂床、水流和泥浆，图中所示，切削阻力Fc、摩擦阻力Ff以及壅图1．现代大型耙吸挖泥船土阻力Fs主要与砂有关，取决于颗粒粒径、沙床密实度；水流阻耙吸挖泥船主要由挖掘系统、储泥系统、输送系统、动力系力FW与水流有关，取决于海水密度、挖泥航速；吸附阻力Fp主统、电控系统等几大部分组成，其中挖掘系统主要由耙头和耙臂119I口％向科技论坛20I4．要与泥浆有关，取决于耙管中的泥浆浓度。3．2耙齿试验原型耙齿试验按照耙齿个数和拖曳速度进行分组试验，主要测试其在拖曳过程中的切削阻力、切削深度、齿槽断面形状等

8、参数，分析研究各因素之间的相互关系。sEcf帆E-E图2．耙头耙臂的受力示意图除此之外，疏浚过程中风浪、海流也会通过船体对耙头耙管的阻力造成影响，带有高压冲水辅助挖泥系统的耙头挖掘过程将更加复杂，因此，本文暂且不考虑这些因素对阻力的影响。图4．原型