一种绞吸挖泥船的自主移锚装置及移锚方法与流程

本发明涉及一种绞吸挖泥船的自主移锚装置及移锚方法，属于疏浚工程绞吸挖泥船的施工技术领域。

背景技术：

疏浚为港口新建、航道维护、岛礁扩建、围海造地以及水环境整治提供了重要的解决方案。绞吸挖泥船是疏浚施工的主要船型之一，由于其效率较高、独立性好、可挖掘土质较硬等特点，在疏浚工程中得以广泛应用。绞吸挖泥船的主要施工方法是，绞刀切削水下土壤、泥泵抽吸破碎的岩土物料与水的混合物并通过管道输送至抛投区域。

为了获得连续的挖掘产量，绞刀需在床面不断横移，一般通过绕船尾的定位桩或定位缆绳旋转运动实现。横移的动力来源于钢锚，在船舶挖掘沟槽外左右两侧土壤中各插入一个钢锚，绞吸挖泥船上有两个横移绞车通过钢缆分别与两侧钢锚相连，一侧绞车收缆、另一侧绞车放缆即可控制船体旋转，从而带动绞刀横移。绞刀在土壤中移动的阻力通过钢缆传递至钢锚，由钢缆的啮土力进行平衡，同时也会在横移绞车上消耗功率。当一个弧面的土壤被挖掘完后，船体会带动绞刀前移进行新的弧面土壤的挖掘，这会导致船体相对钢锚的位置以及钢缆的角度发生变化，当钢缆角度过小时，土壤阻力在钢缆上形成的拉力就会变得非常大，这会导致绞车功率超限、钢缆拉断或钢锚从土中拉出而无法正常施工。此时就需要移动钢锚至合适位置以保证合适的钢缆角度以实现正常施工，该工序被称为移锚。

绞吸挖泥船利用自身机构即可实现移锚。目前一般采用的方式是，船体横移至某一侧，通过船舶上的移锚杆和移锚绞车配合工作实现该侧钢锚的移动。然而，采用该方式移锚时，需利用船体上的支点移动钢锚位置，故船体不可移动，同事需将绞刀抵住土壤，利用横移绞车拖曳实现钢锚啮土，故绞刀亦无法旋转挖掘，这就意味着移锚时没有施工产量。因操作人员的熟练程度和土质、浪涌等条件的不同，该过程耗时从十几分钟至几十分钟不等，而在此时间段内，船舶上的柴油机等大型动力设备并不停止，这将会消耗大量无用功。因此，移锚工序对绞吸挖泥船的施工效率影响极大。

技术实现要素：

针对现有移锚方式占用正常施工时间、降低施工效率等问题，本发明提出一种绞吸挖泥船的自主移锚装置及移锚方法，无需借助绞吸挖泥船主体部分，可与绞吸挖泥船施工同时进行，从而可增加有效施工时间占比，提高施工效率。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种绞吸挖泥船的自主移锚装置，包括水上移动平台、起放锚操作机构和通讯控制机构，其中，所述水上移动平台包括浮体、推进装置和储能设备，所述起放锚操作机构包括锚缆搜索器、锚缆夹持器和起放锚机，所述通讯控制机构包括通讯单元、定位单元、规划单元和控制单元，所述浮体通过缆绳和挂钩与绞吸挖泥船的船体相连，所述推进装置安装在浮体的四侧，所述储能设备、所述起放锚操作机构和通讯控制机构均固定安装在浮体上，所述储能设备分别为推进装置、起放锚操作机构和通讯控制机构提供能源动力，且所述储能设备通过连接接头与绞吸挖泥船的船体相连进行充电，所述控制单元分别与推进装置、储能设备和起放锚操作机构控制连接，所述通讯单元通过gps与绞吸挖泥船驾驶室通讯连接，所述通讯单元通过线缆分别与控制单元、定位单元和规划单元通讯连接。

优选地，所述锚缆搜索器和起放锚机安装于浮体上，用于根据浮标搜索到与浮标相连的锚缆，并将锚缆的空间位置信息反馈给控制单元，所述控制单元控制锚缆夹持器夹持锚缆；所述锚缆夹持器与浮体之间通过机械臂相连，且锚缆夹持器与起放锚机通过钢缆相连。

优选地，所述锚缆夹持器包括横移缆夹持器和起锚缆夹持器，分别用于夹持连接钢锚的起锚钢缆和横移钢缆。

一种绞吸挖泥船的自主移锚方法，采用权利要求1-3所述的绞吸挖泥船的自主移锚装置实现自主移锚，具体步骤如下：

步骤1：绞吸挖泥船向自主移锚装置的通讯单元发出移锚信息，所述移锚信息包括钢锚的目标位置、挖泥船横移方向和移锚指令；

步骤2：所述自主移锚装置的通讯单元接受到移锚信息后，根据挖泥船横移方向判断钢锚移动的先后顺序，若挖泥船左移，则向规划单元发出移动右锚信号，否则向规划单元发出移动左锚信号；

步骤3：所述自主移锚装置的定位单元从通讯单元获取钢锚的目标位置，所述规划单元根据浮体当前位置和钢锚当前位置规划移动策略，控制单元控制储能设备与船体的连接接头断开，并控制推进装置推动浮体运动至需移动钢锚处；

步骤4：所述控制单元控制锚缆搜索器搜索需移动钢锚处的起锚钢缆和横移钢缆，并控制起锚缆夹持器夹紧该起锚钢缆，控制横移缆夹持器夹紧该横移钢缆，然后控制起放锚机收缆，将钢锚提至水面，同时控制推进装置向横移钢缆提供反向推力，以确保横移钢缆收紧状态下浮体位置稳定；

步骤5：所述规划单元根据钢锚的目标位置与当前位置制定移锚策略，计算出该过程中推进装置的移动推进参数和反作用力参数，依据移锚策略，控制单元控制推进装置推动浮体运动至目标位置；

步骤6：所述控制单元控制起放锚机放缆，同时控制推进装置提供反作用力，保持横移钢缆收紧状态下浮体位置稳定，当起锚钢缆松弛时钢锚着床，此时逐渐停止推进装置的反向推进，由横移钢缆的拉力拉动钢锚的锚尾，促使钢锚啮土；

步骤7：脱开横移缆夹持器和起锚缆夹持器，由通讯单元向绞吸挖泥船驾驶台发出一侧钢锚就位信号，同时定位单元储存钢锚的当前位置；

步骤8：待绞吸挖泥船改变横移方向后，向通讯单元发出另一侧钢锚移动信号，重复步骤3-7，对另一侧钢锚进行移锚操作。

步骤9：待两侧钢锚均移动结束后，规划单元规划返回策略，控制单元依据该策略控制推进装置返回绞吸挖泥船船舷，与船体的连接接头连接，对储能设备充电。

有益效果：本发明提供一种绞吸挖泥船的自主移锚装置及移锚方法，具有如下优点：1）可以改变现有绞吸挖泥船移锚时需停止施工的现状，从而增加有效施工时间，提高施工效率；2）所有工序基本由自主移锚装置独立完成，提高了移锚的自动化程度，降低了驾驶员的施工难度；3）将驾驶员从琐碎而无关紧要的操作中解放出来，重点关注横移、步进、桥架升降等与施工产量密切相关的操作，从而改善作业效果，提高生产效率。

附图说明

图1现有移锚方法；

图2为本发明的移锚方法；

图3为本发明的装置组成；

图4本发明的自主移锚流程；

图5配套钢锚组成。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

下面结合附图对本发明的技术方案做了进一步的详细说明：

如图3所示，一种绞吸挖泥船的自主移锚装置，包括水上移动平台、起放锚操作机构和通讯控制机构，其中，所述水上移动平台包括浮体、推进装置和储能设备，所述起放锚操作机构包括锚缆搜索器、锚缆夹持器和起放锚机，所述通讯控制机构包括通讯单元、定位单元、规划单元和控制单元，所述浮体通过缆绳和挂钩与绞吸挖泥船的船体相连，所述推进装置安装在浮体的四侧，所述储能设备、所述起放锚操作机构和通讯控制机构均固定安装在浮体上，所述储能设备分别为推进装置、起放锚操作机构和通讯控制机构提供能源动力，且所述储能设备通过连接接头与绞吸挖泥船的船体相连进行充电，所述控制单元分别与推进装置、储能设备和起放锚操作机构控制连接，所述通讯单元通过gps与绞吸挖泥船驾驶室通讯连接，所述通讯单元通过线缆分别与控制单元、定位单元和规划单元连接。

优选地，所述锚缆搜索器和起放锚机安装于浮体上，用于根据浮标（此处，为了方便寻找锚缆而在水上设定的一个标识，配备的锚缆上均配备一个浮标）搜索到与浮标相连的锚缆，并将锚缆的空间位置信息反馈给控制单元，所述控制单元控制锚缆夹持器夹持锚缆；所述锚缆夹持器与浮体之间通过机械臂相连，且锚缆夹持器与起放锚机通过钢缆相连。

优选地，所述锚缆夹持器包括横移缆夹持器和起锚缆夹持器，分别用于夹持连接钢锚的起锚钢缆和横移钢缆。

一种绞吸挖泥船的自主移锚方法，采用权利要求1-3所述的绞吸挖泥船的自主移锚装置实现自主移锚，如图4-5所示，具体步骤如下：

步骤1：绞吸挖泥船向自主移锚装置的通讯单元发出移锚信息，所述移锚信息包括钢锚的目标位置、挖泥船横移方向和移锚指令；

步骤2：所述自主移锚装置的通讯单元接受到移锚信息后，根据挖泥船横移方向判断钢锚移动的先后顺序，若挖泥船左移，则向规划单元发出移动右锚信号，否则向规划单元发出移动左锚信号；

步骤3：所述自主移锚装置的定位单元从通讯单元获取钢锚的目标位置，所述规划单元根据浮体当前位置和钢锚当前位置规划移动策略，控制单元控制储能设备与船体的连接接头断开，并控制推进装置推动浮体运动至需移动钢锚处；

步骤4：所述控制单元控制锚缆搜索器搜索需移动钢锚处的起锚钢缆和横移钢缆，并控制起锚缆夹持器夹紧该起锚钢缆，控制横移缆夹持器夹紧该横移钢缆，然后控制起放锚机收缆，将钢锚提至水面，同时控制推进装置向横移钢缆提供反向推力，以确保横移钢缆收紧状态下浮体位置稳定；

步骤5：所述规划单元根据钢锚的目标位置与当前位置制定移锚策略，计算出该过程中推进装置的移动推进参数和反作用力参数，依据移锚策略，控制单元控制推进装置推动浮体运动至目标位置；

步骤6：所述控制单元控制起放锚机放缆，同时控制推进装置提供反作用力，保持横移钢缆收紧状态下浮体位置稳定，当起锚钢缆松弛时钢锚着床，此时逐渐停止推进装置的反向推进，由横移钢缆的拉力拉动钢锚的锚尾，促使钢锚啮土；

步骤7：脱开横移缆夹持器和起锚缆夹持器，由通讯单元向绞吸挖泥船驾驶台发出一侧钢锚就位信号，同时定位单元储存钢锚的当前位置；

步骤8：待绞吸挖泥船改变横移方向后，向通讯单元发出另一侧钢锚移动信号，重复步骤3-7，对另一侧钢锚进行移锚操作。

步骤9：待两侧钢锚均移动结束后，规划单元规划返回策略，控制单元依据该策略控制推进装置返回绞吸挖泥船船舷，与船体的连接接头连接，对储能设备充电。本发明中，推进装置是固定于浮体四侧的，移锚时浮体与钢锚会出现连接关系（锚缆夹持器通过钢缆与起放锚机相连，起放锚机安装于浮体上，当锚缆夹持器夹紧与钢锚相连的锚缆时，浮体与钢锚即出现了连接关系），而钢锚还与船体上的横移钢缆相连，所以通过浮体提供一个反作用可以提供一个反作用力，让其自动放缆。

如图1所示为现有移锚方法，具体步骤如下：左抛锚杆提锚→船体固定左锚移动→放左锚、收左横移缆啮土→船体右扫、前往右锚→右抛锚杆提锚→船体固定右锚移动→放右锚、收右横移缆啮土→船体前伸→船体左扫开始施工。

如图2所示为本发明的移锚方法，具体步骤如下：移锚装置前往浮标→移锚装置携左锚移动（左锚移动中船体向右施工）→抛锚→移锚装置前往另一浮标，且船体前伸→移锚装置携右横移锚移动（右锚移动中船体向左施工）→右锚横移完成→移锚装置返回充电。

根据图1和图2的上述步骤描述，与现有移锚方式相比具有如下优点：1）本发明可以改变现有绞吸挖泥船移锚时需停止施工的现状，从而增加有效施工时间，提高施工效率；2）本发明的有工序基本由自主移锚装置独立完成，提高了移锚的自动化程度，降低了驾驶员的施工难度；3）本发明将驾驶员从琐碎而无关紧要的操作中解放出来，重点关注横移、步进、桥架升降等与施工产量密切相关的操作，从而改善作业效果，提高生产效率。

本发明中，推进装置与储能设备均安装在浮体上，实际上浮体是支撑整个移锚装置并保持漂浮于水面的结构，浮体在停靠绞吸挖泥船船舷时与船体通过缆绳、挂钩等相连；推进装置安装于浮体的四侧，可实现浮体的前进、后退、左右移动以及转向；储能设备固定于浮体上方，为推进装置、起放锚操作机构、通讯控制机构提供能源动力，停靠时，储能设备与船体上的连接接头相连进行充电。

本发明中，锚缆搜索器安装于浮体上，用于根据浮标搜索到与浮标相连的锚缆，并将锚缆的空间位置信息反馈给控制单元指挥锚缆夹持器夹持该锚缆；锚缆夹持器与浮体之间由机械臂相连，同时锚缆夹持器与起放锚机通过钢缆相连，当控制单元向锚缆夹持器发出夹持信号时，机械臂会带动锚缆夹持器去夹住锚缆，夹紧后机械臂即与锚缆夹持器脱开，起放锚机就可以通过钢缆对水下的锚缆实现收起和放下的操作。

本发明中，控制单元能够控制推进装置的运动、控制储能设备与船体连接接头的通断以及控制起放锚操作机构的各种动作。同时控制单元由规划单元直接获得规划的路径、各推进器动力配备、夹持器的运动方式等信息，且所以控制单元与规划单元直接连接，不需要通过通讯单元连接；通讯单元与驾驶室通过gps通讯，与控制单元、定位单元和规划单元集成在一起，安装与浮体上，通过线缆通讯即可，属于常规技术手段，本领域技术人员可根据实际需求实现功能；定位单元安装在浮体上，只要一个即可，钢锚抛投时与浮体的位置重合，只需把该位置存储下来即可获得钢锚位置了，下次要移锚时，只需根据该位置信息推进到钢锚相连的浮标附近，在根据浮标进行精确搜索即可。绞吸挖泥船本身就有gps定位装置的，也无需另外再加。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。