基于摆动动力的环保型疏浚工作船的制作方法

本发明涉及疏浚工作船技术领域，具体领域为一种基于摆动动力的环保型疏浚工作船。

背景技术：

近年来，我国经济快速发展带来了水利、港口航道工程的建设高潮。为了满足航线通航、港口的新建、扩建等需求，也为了维持内陆河道正常的泄洪及通航能力，充分利用自然水深。但因为水体的沉积作用，携带的泥沙及有机物入水后形成异重流，导致河床淤积严重，自然水深常常不满足要求需要拓浚。由此引发了诸多一系列技术问题，如沉积物性状不一，对水下疏浚机具也提出了更高的要求。

据不完全统计，仅1998～2005年环保疏浚的湖泊就达40个，涉及城市20多个，疏浚出湖体的底泥约3758.3万m³。底泥以有机质为主体，含有病原菌、病毒、寄生虫卵等大量有害物质，如果不能得到有效处置，难免造成二次污染，这使得底泥处置及资源化成为必然；同时，该类底泥中富含氮、磷等有机元素，也存在一定含量的金属元素，这为底泥的资源化创造了客观条件。作为环保疏浚的核心内容之一，疏浚污染底泥无害化、资源化，已成为环境综合治理工作中的新难点、新挑战。城市景观水体疏浚底泥含水量高达95％以上，采用机械快速脱水处理后的淤泥显著减容，体积可以压缩至原有的1/4～1/5，且性能稳定、无臭、无病原生物，大大减轻了对环境的二次污染。与污水污泥、工业废渣等城市固废相比，景观水体疏浚底泥的污染物成分简单，含量低，理化性质与土壤接近，其中有机质、氮、磷等营养物质丰富，可以增加土地肥力、改良土壤耕作性能、节约大量处置费用。因此农田投放是一种符合可持续发展原则的资源回收利用途径。在淤泥脱水方面，日本研制出移动式连续脱水船，将淤泥脱水装置安放在船上，使设备具有移动性，能够将集中倾倒在水中的淤泥连续收集到凝集沉淀槽，加入无害凝集剂，经过真空脱水达到要求。

目前已有的疏浚装置来看，按其工作原理，主要分为水力式和机械式两大类。水力式挖泥船分为耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船、吸扬式挖泥船和射流泵挖泥船等，机械式挖泥船分为抓斗式挖泥船、铲斗式挖泥船和链斗式挖泥船等。

上述疏浚设备需根据岩土的可挖性、现场的自然及环境条件进行选择，即有机质淤泥类、粘性土类、砂土类、碎石土类等土质类别所涉及的疏挖装置不尽相同，而实际工程中时常遇到局部区域土质特性突变或沉积有各类大型垃圾、两岸护砌形式改变、河流形态发生较大变化等情况导致原有疏浚机具无法适用，给施工带来极大的不便。

现有技术中在有限空间内，尤其码头作业的情况下，在远离码头一侧的沙滩或其他工况环境通用的疏浚工作船均能够实现，但在实际工作中，远离码头一侧挖取污泥，而码头附近由于污泥并未挖取，容易产生剪切力，对码头以及其他工况环境产生剪切，造成码头坍塌或其他损害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于摆动动力的环保型疏浚工作船，以解决疏浚工作船在狭小空间内不能作业的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案,一种基于摆动动力的环保型疏浚工作船，包括：

船体、设置在所述船体上的动力系统、操作系统，

以及设置在所述船体的一端并能够绕船体相对转动的桥架，在所述桥架的自由端设置有搅头以及驱动搅头摆动的驱动油缸，还包括设置在所述船体上的卷扬，卷扬通过绕设在其上的钢丝绳驱动搅头动作；

所述船体的一端设置支板，支板下侧面设置空心的吊轴架，其上设置一水平贯穿的旋转轴，在旋转轴上设置一可旋转套筒，套筒与旋转轴可相对旋转，在套筒上固定有所述桥架，桥架在套筒的作用下，能够相对旋转轴旋转；

所述桥架包括设置在两侧的支撑杆、设置在中间的中空输泥管，以及连接在支撑杆与输泥管之间的桁架，其中，所述输泥管的一端开口与抽泥泵连接，另一端开口与所述搅头连接，在搅头将淤泥挖去后，通过抽泥泵将淤泥导入输泥管，并经过输泥管导出；

在所述船体上还设置有一举升油缸，举升油缸的活塞杆端与桥架连接，并驱动桥架摆动，所述操作系统包括一控制单元，在桥架的尾端设置一角度传感器，其实时检测桥架相对于水平面的角度a，并传输至控制单元中，其中，所述控制单元按照下式确定某一时刻举升油缸的伸长速度的实时值：

上式中，f(a,r)表示桥架角度与淤泥排量的二维矩阵，在时间单元t内满足f(a,r)≥f0的角度传感器采样点数目为n，满足f(a,r)＜f0的角度传感器采样点数目为m，f0表示标准校准参考值，v0表示举升油缸预设转速，a表示实时检测桥架相对于水平面的角度，d表示桥架的整体长度，r表示实时测定淤泥排量。

进一步地,所述控制单元建立桥架角度与淤泥排量的二维矩阵f(a,r)，二维矩阵f(a,r)输出校准参考值：

其中，d为桥架的整体长度，a为实时检测桥架相对于水平面的角度，r为实时测定淤泥排量。

进一步地,标准校准参考值f0在确定时，所述卷扬在拉力达到最大时，并且，所述桥架为单节时的长度d0，测定此时的淤泥排量q0。

进一步地,所述桥架之间通过连接器连接，桥架在连接端设置一中间通孔的连接法兰，中间通孔为输泥管通过提供空间，所述连接法兰的外侧面的中间设置一连接柱，外侧面的周边设置一圈连接凸起。

进一步地,所述连接器为一中间贯通的圆柱体，其中间为通孔，用以与所述连接柱连接，在中间通孔的边缘处设置与所述连接凸起对应的连接凹口。

进一步地,在所述输泥管的末端设置第一排量传感器，在所述输泥管的上端设置第二排量传感器，在所述抽泥泵的入口设置第三排量传感器，分别实时检测相应位置处的排量，并传输至所述处理单元，所述处理单元按照下述均值运算公式判定第一排量传感器、第二排量传感器的第一比较值p21：

式中，p21表示第一排量传感器、第二排量传感器的风速值的第一比较值，r1表示第一排量传感器的实时采样值，r2表示第二排量传感器的实时采样值；r3表示第三排量传感器的实时采样值；t表示均方差运算，i表示积分运算。

进一步地,所述的处理单元按照下述公式判定第一排量传感器、第三排量传感器的第二比较值p31：

式中，p31表示第一排量传感器、第二排量传感器的风速值的第二比较值，r1表示第一排量传感器的实时采样值，r2表示第二排量传感器的实时采样值；r3表示第三排量传感器的实时采样值；t表示均方差运算，i表示积分运算。

进一步地,所述卷扬与一设置在所述船体上的卷扬电机连接，卷扬电机与设置在卷扬内的马达连接。

进一步地,所述连接凸起与凹口的形状可以为圆形、椭圆形或半圆形。

进一步地,在所述船体的动力系统中还设置有水泵，其对搅头进行清洗，以及设置在所述体上对搅头提供动力的液压泵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种基于摆动动力的环保型疏浚工作船，通过采用卷扬作为动力传输，采用举升油缸对桥架的摆动进行调节，通过桥架的摆动，使得船体在位于相对狭小的，诸如码头位置的作业，在单个位置即可进行大范围的淤泥挖取，避免船体来回移动。

进一步地，本发明实施例采用卷扬拉动搅头动作，一方面由于卷扬相较于油缸具有更大的动力，另一方面，由于在码头附近作业，活动空间有限，只能够在狭小的空间内，减少船体移动的次数，因此，采用卷扬能够最大程度的驱使搅头动作。

进一步地，本发明疏浚疏浚工作船在空间相对狭小的环境中工作，因此，通过调整桥架的位置以及角度，能够最大程度的提升挖泥效率。同时，本实施例的桥架为可延伸式的结构，由于在单一位置点挖泥工作，在逐渐挖泥过程中，可以通过增加桥架的长度，增加挖泥区域。

进一步地，本发明的桥架之间通过连接器连接，桥架在连接端设置一中间通孔的连接法兰，中间通孔为输泥管通过提供空间，使得桥架具有更长的长度。

本发明引入标准校准参考值作为确定举升油缸提升速度的因素，其中，标准参考值结合桥架的角度以及淤泥的排量两个参量，在实际疏浚工作船工作时，桥架的角度决定了淤泥挖取的深度，淤泥的排量决定了单次搅头9的挖取淤泥量，也即，通过淤泥排量的参量能够确定搅头工作角度情况，不同的工作角度决定了挖取淤泥单次的排量。因此，通过引入两个参量，能够结合具体的施工环境以及施工进度对举升油缸提升速度进行调节，使得举升油缸提升速度能够与淤泥挖取的深度以及搅头的实际工况条件结合，使得挖取淤泥在最恰当的排量。

同时，在对举升油缸提升速度进行确定过程中，通过精准的计算，标准校准参考值作为计算的参考值，通过对两个区间内的参考值分别进行汇总，结合单位时间t内的采样点对每个采样点处的值进行均值处理，举升油缸提升速度的确定更加精准。

附图说明

图1为本发明实施例基于摆动动力的环保型疏浚工作船的整体结构示意图；

图2为本发明实施例基于摆动动力的环保型疏浚工作船的动力部分的结构示意图；

图3为本发明实施例桥架连接的结构示意图；

图4为本发明实施例桥架连接器的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术患者员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术患者员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅1所示，其为本发明实施例基于摆动动力的环保型疏浚工作船的整体结构示意图，本实施例的疏浚工作船包括船体1、设置在船体1上的动力系统4、操作系统3，以及设置在船体1的一端并能够绕船体相对转动的桥架6，在桥架6的自由端设置有搅头9以及驱动搅头9摆动的驱动油缸8，还包括设置在船体1上的卷扬5，卷扬5通过绕设在其上的钢丝绳驱动搅头9动作，完成挖泥作业。疏浚工作船还包括设置在船尾的定位桩系统，主要用于作业时船舶的定位和移位。具体而言，在工作过程中，船体1行驶至靠近码头一侧位置时，开始作业，通过操作系统3控制动力系统动作4动作，桥架6向下摆动，卷扬5通过转动拉动搅头9挖取淤泥，并通过管路以及泵输送至淤泥箱内，完成淤泥疏浚。

参阅图2所示，其为本发明实施例基于摆动动力的环保型疏浚工作船的动力部分的结构示意图，本实施例的卷扬5与一设置在船体1上的卷扬电机51连接，卷扬电机51与设置在卷扬51内的马达连接，带动马达动作，马达与液压泵及管路连接，带动卷扬5上的卷筒旋转，卷筒上的钢丝绳相应拉伸。本发明实施例采用卷扬拉动搅头动作，一方面由于卷扬相较于油缸具有更大的动力，另一方面，由于在码头附近作业，活动空间有限，只能够在狭小的空间内，减少船体移动的次数，因此，采用卷扬能够最大程度的驱使搅头9动作。

继续参阅图2所示，本实施例的船体1的一端设置支板52，支板52下侧面设置空心的吊轴架53，其上设置一水平贯穿的旋转轴64，在旋转轴64上设置一可旋转套筒63，套筒63与旋转轴64可相对旋转。在套筒63上固定有桥架6，桥架6在套筒的作用下，能够相对旋转轴旋转。可以理解的是，在旋转轴64的两端与吊轴架连接处设置端盖，用以限制旋转轴的水平移动。当然，套筒也可以采用轴承替换，只需能够与旋转轴产生一相对旋转运动，并且，能够保持足够的强度即可。本实施例中，吊轴架为一空心的框架结构，其空心空间能够使得与桥架6相对旋转时，不产生干涉。

继续参阅图2所示，本实施例的桥架6包括设置在两侧的支撑杆62、设置在中间的中空输泥管61，以及连接在支撑杆62与输泥管61之间的桁架621。其中，输泥管61的一端开口与抽泥泵68连接，另一端开口与搅头9连接，在搅头将淤泥挖去后，通过抽泥泵68将淤泥导入输泥管，并经过输泥管导出。在船体1的动力系统中还设置有水泵81，其对搅头进行不断清洗；以及设置在船体1上对搅头9提供动力的液压泵82。

继续参阅图1所示，在船体1上还设置有一举升油缸60，举升油缸60的活塞杆端与桥架6连接，并驱动桥架6摆动，在适当的位置停止。由于本实施例疏浚工作船在空间相对狭小的环境中工作，因此，在单一位置进行充分挖取淤泥能够大大提升工作效率，因此，通过调整桥架6的位置以及角度，能够最大程度的提升挖泥效率。同时，本实施例的桥架6为可延伸式的结构，由于在单一位置点挖泥工作，在逐渐挖泥过程中，可以通过增加桥架6的长度，增加挖泥区域。

请参阅图3，其为本发明实施例桥架连接的结构示意图；图4为本发明实施例桥架连接器的侧视结构示意图。在本实施例中，桥架之间通过连接器7连接，桥架在连接端设置一中间通孔的连接法兰65，中间通孔为输泥管61通过提供空间；连接法兰、的外侧面的中间设置一连接柱652，外侧面的周边设置一圈连接凸起651。连接器7为一中间贯通的圆柱体，其中间为通孔71，用以与连接柱652连接；在中间孔的边缘处设置与连接凸起651对应的连接凹口73，在本实施例中，通过将连接柱与通孔71对接，连接凸起651与连接凹口73对接，将连接器与桥架6在一端连接；相应的，连接器另一端与另一桥架连接，则桥架通过该种方式能够延伸。本领域技术人员可以理解的是，凸起与凹口的形状可以为圆形、椭圆形或半圆形。凸起与凹口的数量至少为三个，以满足连接强度。同时，在桥架与连接器对接后，在连接处设置一端盖或挡圈77，用以固定。由于桥架的直径小于连接器的直径，在两者连接处形成一轴肩，可对端盖或挡圈进行定位。当然，连接器与桥架之间可以采用焊接的方式连接，其拆卸具有一定难度，但连接强度较高。

具体而言，本实施例的定位桩系统主包括：定位钢桩、倒桩架、倒桩油缸、升降油缸、钢丝绳、驱动系统、钢桩支架，定位钢桩采用可拆式钢桩——钢桩分为若干个既独立又统一的部分，每一部分的尺度和重量均控制在便于运输的范围内，既方便运输和拆装，又可以在不同的最大挖深需求进行有机组合。升降油缸安装于倒桩架上，与倒桩架既可独立又可形成一体，通过钢丝绳拉动进行升降桩作业。倒桩架以可拆卸的方式安装在尾边浮箱尾端，可通过倒桩油缸将定位桩倒下平方到布置于浮箱上的钢桩支架上，便于船舶航行及拖航。定位桩系统在船舶作业时操作如下：下左桩入泥定位，通过横移绞车带动船舶绕桩转动进行扇形挖掘作业，完成一次扇形挖掘作业后，下右桩入泥定位、升左桩出泥，进行下一次扇形挖掘作业，依此往复。

本发明实施例为了实现对单个位置处的淤泥船的精准控制，减少船体在码头或其他狭小空间处的来回移动。在桥架的尾端设置一角度传感器99，其实时检测桥架相对于水平面的角度a，并传输至操作系统3中。在本实施例中，操作系统包括一控制单元，控制单元获取角度a，并进行存储及处理，桥架的整体长度为d，实时测定淤泥排量为r。控制单元建立桥架角度与淤泥排量的二维矩阵f(a,r)，二维矩阵f(a,r)输出校准参考值：

其中，d为桥架的整体长度，a为实时检测桥架相对于水平面的角度，r为实时测定淤泥排量。

按照下式确定某一时刻举升油缸的伸长速度的实时值：

上式中，f(a,r)表示桥架角度与淤泥排量的二维矩阵，在时间单元t内满足f(a,r)≥f0的角度传感器采样点数目为n，满足f(a,r)＜f0的角度传感器采样点数目为m，f0表示标准校准参考值，v0表示举升油缸预设转速。由于在采样过程中，传感器按照预设的时间间隔进行采样，能够统计各个离散的采样点处的流量以及角度值。

标准校准参考值f0在确定时，卷扬在拉力达到最大时，也即桥架最小角度a0时，并且，桥架6为单节时的长度d0，测定此时的淤泥排量q0。

本发明引入标准校准参考值作为确定举升油缸提升速度的因素，其中，标准参考值结合桥架的角度以及淤泥的排量两个参量，在实际疏浚工作船工作时，桥架的角度决定了淤泥挖取的深度，淤泥的排量决定了单次搅头9的挖取淤泥量，也即，通过淤泥排量的参量能够确定搅头工作角度情况，不同的工作角度决定了挖取淤泥单次的排量。因此，通过引入两个参量，能够结合具体的施工环境以及施工进度对举升油缸提升速度进行调节，使得举升油缸提升速度能够与淤泥挖取的深度以及搅头的实际工况条件结合，使得挖取淤泥在最恰当的排量。

同时，在对举升油缸提升速度进行确定过程中，通过精准的计算，标准校准参考值作为计算的参考值，通过对两个区间内的参考值分别进行汇总，结合单位时间t内的采样点对每个采样点处的值进行均值处理，举升油缸提升速度的确定更加精准。

在本实施例中，由于输泥管长度较长，在测定淤泥排量时，设置三个排量检测传感器，其中，在输泥管的末端设置第一排量传感器96，在输泥管的上端设置第二排量传感器95，在抽泥泵68的入口设置第三排量传感器97，分别实时检测相应位置处的排量，并传输至处理单元，由于本实施例设置三个排量传感器，所述处理单元按照下述均值运算公式判定第一排量传感器、第二排量传感器的第一比较值p21：

式中，p21表示第一排量传感器、第二排量传感器的风速值的第一比较值，r1表示第一排量传感器的实时采样值，r2表示第二排量传感器的实时采样值；r3表示第三排量传感器的实时采样值；t表示均方差运算，i表示积分运算。

其中i表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax²，在x取值为(a,b)内，a<b为任意数值。

上述均值运算的基本算法为：通过获取在某个时间段内的所有采样点的风速值值，对某个时间段内的各个取值进行积分运算和均方差运算，然后取比值，得出相比较的平均值。

所述的处理单元按照下述公式判定第一排量传感器、第三排量传感器的第二比较值p31：

式中，p31表示第一排量传感器、第二排量传感器的风速值的第二比较值，r1表示第一排量传感器的实时采样值，r2表示第二排量传感器的实时采样值；r3表示第三排量传感器的实时

采样值；t表示均方差运算，i表示积分运算。

所述的处理单元按照下述公式判定第二排量传感器、第三排量传感器的第三比较值p23：

式中，p23表示第二排量传感器、第二排量传感器的第三比较值，r1表示第一排量传感器的实时采样值，r2表示第二排量传感器的实时采样值；r3表示第三排量传感器的实时采样值；t表示均方差运算，i表示积分运算。

经过上述方式获取的p21、p31、p23，获取三个比较值的差值比较，判定是否超过存储在处理单元的阈值p，若有一个差值超过阈值p，则淤泥排量值有较大偏差，需要重新测定，直到每一个差值超过阈值p。若每一个差值超过阈值p，则取此单位时间内的排量的算术平均值为最终确定的排量值r。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。