疏浚抓斗平挖作业的实现与仿真研究

摘要

世界疏浚事业的不断兴旺发展，带动着疏浚设备的更新升级。抓斗挖泥船作为一种通用的疏浚设备也正朝着大型化、智能化、低能耗化的方向发展，以适应疏浚工程的大型化和规模化。能实现平挖作业的抓斗挖泥船可大幅降低疏浚平整作业的工程成本，但该平挖控制技术我国基本从国外引进。为突破抓斗挖泥船实现平挖作业的技术指标，打破国外同类相关产品的技术封锁，实现同类产品的国产化，我国应加大对相关疏浚技术的研发投入。因此，对疏浚抓斗的平挖作业进行研究具有重要的意义。
　　本文以斗容为3.5m3的长撑杆双颚板四绳疏浚抓斗为研究对象，分析出控制疏浚抓斗实现平挖作业的支持绳和闭合绳之间的位移补偿量和相互运动关系，期望达到设计要求为±50mm的平挖作业精度水平，超越现有国外抓斗挖泥船±100mm的平挖作业精度水平。本文主要做了以下研究：
　　（1）结合疏浚抓斗的工作原理和结构尺寸图，建立其运动学方程，用Matlab软件编写程序并推导出疏浚抓斗的挖掘曲线。
　　（2）以疏浚抓斗的闭合绳运动（速度时间表达式、位移时间表达式）作为初始条件，结合疏浚抓斗的挖掘曲线研究出支持绳的位移时间表达式、速度时间表达式。
　　（3）在Solidworks软件中建立疏浚抓斗的模型，并导入ADAMS软件中，建立上、下承梁的滑轮组和钢丝绳卷绕系统，对疏浚抓斗在水下挖掘过程中进行力学分析，并考虑水流和浮力对疏浚抓斗的影响，仿真疏浚抓斗的平挖作业。
　　（4）将仿真所得平挖挖掘曲线结果与设计要求的±50mm“平挖精度”相对比，发现误差过大，对位移的补偿量做进一步修正，得到二次补偿的钢丝绳位移量，以及支持绳和闭合绳的位移时间和速度时间表达式。
　　（5）再次进行平挖作业仿真并分析结果，得到了符合设计精度要求的平挖挖掘曲线，以及疏浚抓斗在正面迎水工作下的摆动曲线和钢丝绳的受力曲线。
　　通过以上研究，验证了上述研究疏浚抓斗实现平挖工况方法的可行性，并为研究该平挖技术提供了一定的理论依据和参考方法。

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目录

第1章 绪 论

1.1课题研究目的和意义

1.2与课题有关的国内外研究动态

1.3课题主要研究内容

第2章 疏浚抓斗及挖泥作业的介绍

2.1疏浚抓斗的介绍

2.2疏浚抓斗的工作原理

2.3疏浚抓斗的运动学

2.4抓斗疏浚作业的驱动装置

2.5抓斗疏浚作业工况

2.6本章小结

第3章 疏浚抓斗平挖作业的实现

3.1 Matlab软件介绍

3.2疏浚抓斗挖掘曲线

3.3疏浚抓斗闭合绳的运动学分析

3.4疏浚抓斗支持绳的运动学分析

3.5本章小结

第4章 疏浚抓斗平挖作业的仿真分析

4.1 Solidworks软件介绍

4.2疏浚抓斗建模

4.3 ADAMS软件介绍

4.4疏浚抓斗模型导入ADAMS软件

4.5仿真计算及结果后处理分析

4.6钢丝绳二次补偿修正及仿真分析

4.7本章小结

第5章 总结与展望

5.1研究总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文与参加的科研项目