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抓斗挖泥船潮位补偿定深精挖功能的开发与应用

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成果主要完成人

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项目概况

随着我国水工建设的高速发展,迫切需要具备自动化更完善的定深平挖抓斗挖泥船,来满足沿海港口深水航道建设与海洋工程的桩基、墩台、码头、海底隧道基础等工程需求,借以实现对基础挖掘的高精度控制,有效提高施工质量和作业效率,节约成本。

目前,国内抓斗挖泥船大都从日本等国进口,挖掘超深控制在±50cm范围,均采用手动补偿潮位的人工调节方式控制挖掘精度。因此,我国急需提高抓斗挖泥船的功能型设计、开发能力,中交一航局三公司船舶分公司立项攻关,开发具有自主知识产权控制的高精度抓斗挖泥船,以满足航道疏浚和海洋工程基础建设的需要。

挖泥船挖掘精度控制中,定深平挖工况的精度最高,日本先进的挖泥船精度控制在±50cm。通过对挖泥船综合工况及控制系统分析,我们提出精挖工况,即在平挖工况基础上,开发对海域潮位差自动补偿装置系统,实现抓斗实时恒定在设定标高进行平挖作业,不受潮位涨落影响,消除因此产生的误差,使精度控制在±20cm内,有效降低生产成本,提高施工质量。

精挖是在定深平挖功能的基础上,通过采集潮位遥报仪的潮位数值信息,自动获取潮位差数值进入挖掘机中心控制器,补偿潮位对挖掘深度的影响,实时保持作业在设定的挖掘标高,去除了人工校正补偿的作业方式,进一步提高定深平挖精度,实现精挖功能,

挖掘系统设计有平挖控制单元,平挖控制单元由工业控制计算机控制,实时获取开闭索和支持索的实际索长,将检测到的数据和抓斗动作轨迹曲线进行对比,通过中心控制模块和运算器,计算出开闭索和支持索的运行速率,并将控制信号发送给PLC控制器,由PLC的现场总线系统控制卷筒及碟刹,使抓斗运行在预定的轨迹上,在沉挖、定深挖和平挖控制基础上,实现精挖功能。

通过水、陆两种应用实测数据显示,潮位自动补偿定深精挖功能开挖平均偏差可控制在±20cm以内。通过陆上试验显示该应用受影响较小,直观反映精挖效果,精度更高,试验精度控制在±16cm。

通过对潮位自动补偿定深精挖功能的开发与应用,开创性的提高了抓斗挖泥船自动控制挖掘精度标准,填补了此类装备国内外的空白。潮位自动补偿功能减少了因人手动输入数据时间损耗和行为误差,提高施工质量显著。改造后首次应用于大连湾海底隧道项目,全部挖掘作业均一次性交验合格,解决了以往重复扫浅现象,对基槽挖掘的水平精度,可大量节约抛石成本,投产至今可节约成本1065万元,收益显著。