專(zhuān)利名稱(chēng)：節(jié)能抓斗式挖泥船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疏浚工程中的機(jī)械設(shè)備，尤其是一種節(jié)能抓斗式挖泥船。
背景技術(shù)：
抓斗式挖泥船是利用旋轉(zhuǎn)式挖泥機(jī)的吊臂及鋼索來(lái)懸掛抓斗，在抓斗本身重量的作用下，放入海底抓取泥土，然后將抓斗關(guān)閉，升起，再轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定點(diǎn)將泥卸掉。抓斗在起升的過(guò)程中需消耗能量，而在下降過(guò)程中，釋放能量。在抓斗下降過(guò)程中，為控制抓斗的下降速度，一般采用系統(tǒng)剎車(chē)的方法，這一方面導(dǎo)致能量浪費(fèi)，另一方面也加大抓斗式挖泥船的使用成本，如制動(dòng)片的損耗快。為了回收抓斗下降中釋放的能量，也有采用發(fā)電機(jī)的能源回饋系統(tǒng)，但能源回饋系統(tǒng)成本高，能源回收效率低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要針對(duì)上述的問(wèn)題，提供一種節(jié)能抓斗式挖泥船。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種節(jié)能抓斗式挖泥船，位于節(jié)能抓斗式挖泥船的起重吊臂一側(cè)的抓斗與第一鋼絲繩相連，所述第一鋼絲繩經(jīng)吊臂滑輪繞接在起升卷筒上，所述起升卷筒由驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述起升卷筒上還連接第二鋼絲繩，所述第二鋼絲繩的出繩方向與第一鋼絲繩的出繩方向相反，且第二鋼絲繩的另一端與配重裝置直接或間接相連；所述配重裝置包括用于盛裝配重液體的容器，所述容器設(shè)有進(jìn)液口，位于容器下部的泄液口 ；所述進(jìn)液口通過(guò)管道與進(jìn)液閥相連，所述泄液口通過(guò)管道與泄液閥相連。抓斗向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，起升卷筒釋放第一鋼絲繩的同時(shí)，回收第二鋼絲繩，令抓斗減少的重力勢(shì)能至少部分轉(zhuǎn)化為配重裝置增加的重力勢(shì)能；而抓斗向上提升的過(guò)程中，配重裝置減少的重力勢(shì)能至少部分轉(zhuǎn)化為抓斗與泥土增加的重力勢(shì)能，從而提高抓斗下降過(guò)程釋放的能量的使用效率。打開(kāi)所述補(bǔ)液閥，可向容器內(nèi)增加液體，從而增加配重裝置的重量；打開(kāi)所述排液閥，可將容器內(nèi)液體出，從而減少配重裝置的重量。配重裝置的重量的大小根據(jù)疏浚工況、抓斗參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)，其中疏浚工況指現(xiàn)階段疏浚深度、疏浚泥質(zhì)等，抓斗參數(shù)指抓斗質(zhì)量、容積等。本發(fā)明通過(guò)對(duì)配重裝置的重量進(jìn)行調(diào)整，可保證在有效的疏浚工況下，降低起升卷筒的驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)際功率，從而可選擇額定功率較低的驅(qū)動(dòng)裝置，降低所述節(jié)能抓斗式挖泥船的制造成本。作為優(yōu)選，所述配重裝置還包括固定在容器底部的基準(zhǔn)配重塊，所述基準(zhǔn)配重塊的密度大于配重液體的密度，可降低配重液體的使用量，同時(shí)也可以減少容器的體積。作為優(yōu)選，所述節(jié)能抓斗式挖泥船還包括定滑輪、動(dòng)滑輪，所述配重裝置與動(dòng)滑輪相連，所述第二鋼絲繩部分穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間。作為優(yōu)選，基準(zhǔn)配重塊與容器的重量值之和等于抓斗與體積為抓斗容積一半的水的質(zhì)量值之和與O. 8 1. 2倍穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)之積。
作為優(yōu)選，所述穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)為15 20。作為優(yōu)選，所述容器內(nèi)配重液的質(zhì)量為O 40%基準(zhǔn)配重塊的質(zhì)量。作為優(yōu)選，在抓斗下降過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗重量值與穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)之積大；抓斗提升過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗重量值與抓斗中泥土重量值之和與穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)之積小。那么，抓斗下降的過(guò)程中，抓斗減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成配重系統(tǒng)增加的重力勢(shì)能，而且驅(qū)動(dòng)裝置的部分能耗也轉(zhuǎn)換成配重系統(tǒng)的重力勢(shì)能；抓斗提升過(guò)程中，配重系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成抓斗與泥土增加的重力勢(shì)能，從而使驅(qū)動(dòng)裝置在抓斗工作過(guò)程中，耗能大大降低減少。另一方面，由于驅(qū)動(dòng)裝置在抓斗提升以及抓斗下降的過(guò)程，均負(fù)荷工作，那么在此過(guò)程中，可以大大減少制動(dòng)片的損耗。作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)配重塊的制作材料為鐵。作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)配重塊的制作材料為鉛。所述節(jié)能抓斗式挖泥船還包括控制容器內(nèi)液體量的自動(dòng)控制裝置，所述自動(dòng)控制裝置包括參數(shù)輸入裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、接收參數(shù)輸入裝置與數(shù)據(jù)采集裝置信息的控制單元；所述參數(shù)輸入裝置、數(shù)據(jù)采集裝置均與控制單元電性連接；所述參數(shù)輸入裝置用于接收用戶輸入的抓斗參數(shù)、設(shè)定疏浚深度；所述數(shù)據(jù)采集裝置用于采集所述挖泥船的施工狀態(tài)信息；所述控制單元通過(guò)控制補(bǔ)水閥與進(jìn)水閥來(lái)調(diào)節(jié)容器內(nèi)配重液體的量。所述數(shù)據(jù)采集裝置包括測(cè)量現(xiàn)階段疏浚深度的壓力式傳感器，測(cè)量起升卷筒轉(zhuǎn)速的編碼器，測(cè)量驅(qū)動(dòng)裝置工作電流的電流測(cè)量裝置；所述疏浚泥質(zhì)由控制單元根據(jù)起升卷筒轉(zhuǎn)速與電機(jī)工作電流以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來(lái)，所述施工狀態(tài)信息指現(xiàn)階段疏浚深度、起升卷筒轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)裝置工作電流等。作為優(yōu)選，所述自動(dòng)控制裝置還包括液位檢測(cè)裝置，用于將容器內(nèi)的液位信息反饋至控制單元。作為優(yōu)選，所述控制單元采用PID控制算法，通過(guò)設(shè)定合適的PID參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)控制單元對(duì)容器內(nèi)液體量的準(zhǔn)確控制，使節(jié)能抓斗式挖泥船確保正常工作的情況下，能耗最低。作為優(yōu)選，所述控制單元為可編程控制器(PLC)。作為優(yōu)選，所述自動(dòng)控制裝置還包括與補(bǔ)水閥另一端通過(guò)管道相連的泵，所述控制單元與泵相連，并控制泵的工作。作為優(yōu)選，所述配重液體為水。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下
1、抓斗下降過(guò)程釋放的能量的使用效率高，可降低制動(dòng)片損耗，
2、降低驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)際功率，可選擇額定功率較低的驅(qū)動(dòng)裝置，從而降低抓斗式挖泥船的制造成本以及使用成本；
3、配重裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低；
4、配重裝置增設(shè)參數(shù)輸入裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、控制單元后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)容器內(nèi)液體量的動(dòng)態(tài)控制，使節(jié)能抓斗式挖泥船確保正常工作的情況下，能耗低。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中自動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 一船體,2 —起重吊臂，3 —抓斗，4 一起升卷筒，5 —第一鋼絲繩,6 —驅(qū)動(dòng)電機(jī)，7 —支撐架，8 —配重裝置，9 一定滑輪，10 —吊臂滑輪，11 一動(dòng)滑輪，12 —容器，13 —基準(zhǔn)配重塊，14 一進(jìn)液閥，15 一第二鋼絲繩，16 一泄液閥，17 -自動(dòng)控制裝置，18 一參數(shù)輸入裝置，19 一數(shù)據(jù)采集裝置，21 —壓力式傳感器，22 —編碼器，23 —電流測(cè)量裝置，24 —液位檢測(cè)裝置，25 —可編程控制器，26 —泵。
具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。圖1至圖2所示為本發(fā)明節(jié)能抓斗式挖泥船的優(yōu)選實(shí)施例。如圖1所示，所述節(jié)能抓斗式挖泥船包括船體1、起重吊臂2、抓斗3、起升卷筒4、驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、支撐架7、配重裝置8、定滑輪9、動(dòng)滑輪11 ;所述抓斗3位于起重吊臂2 —側(cè)并與第一鋼絲繩5相連，所述第一鋼絲繩5經(jīng)起重吊臂2頂端的吊臂滑輪10繞接在起升卷筒4上；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)使起升卷筒4轉(zhuǎn)動(dòng)；所述支撐架7下端固定在船體I上，所述定滑輪9固定在支撐架7上部，所述配重裝置8與動(dòng)滑輪11固定連接；所述挖泥船還包括與起升卷筒4連接的第二鋼絲繩15，所述第二鋼絲繩15的出繩方向與第一鋼絲繩5的出繩方向相反，并且第二鋼絲繩15部分穿繞于定滑輪9與動(dòng)滑輪11之間，所述穿繞于定滑輪9與動(dòng)滑輪11之間的第二鋼絲繩15的段數(shù)為15。所述配重裝置8包括用于盛裝配重水的容器12，固定于容器12下方的基準(zhǔn)配重塊13，所述容器12上部開(kāi)設(shè)有進(jìn)液口，所述容器12下端設(shè)有泄液口，所述進(jìn)液口通過(guò)管道與進(jìn)液閥14相連，所述泄液口通過(guò)管道與泄液閥16相連。所述基準(zhǔn)配重塊13以鐵為材料制成，所述基準(zhǔn)配重塊13與容器12的重量之和等于抓斗3與體積為抓斗3容積一半的水的質(zhì)量之和的18倍。配重水充滿所述容器12后，容器12內(nèi)的配重水的質(zhì)量為基準(zhǔn)配重塊13質(zhì)量的40%。所述節(jié)能抓斗式挖泥船還包括控制容器12內(nèi)配重水量的自動(dòng)控制裝置17，如圖2所示，所述自動(dòng)控制裝置17包括參數(shù)輸入裝置18，數(shù)據(jù)采集裝置19，位于容器12內(nèi)的液位檢測(cè)裝置24，接收參數(shù)輸入裝置18、數(shù)據(jù)采集裝置19、液位檢測(cè)裝置24的信息的可編程控制器25 ;所述參數(shù)輸入裝置18、數(shù)據(jù)采集裝置19、液位檢測(cè)裝置24均與可編程控制器25電性連接。所述數(shù)據(jù)采集裝置19包括測(cè)量現(xiàn)階段疏浚深度的壓力式傳感器21，測(cè)量起升卷筒4轉(zhuǎn)速的編碼器22，測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)6工作電流的電流測(cè)量裝置23。所述可編程控制器25根據(jù)起升卷筒4轉(zhuǎn)速以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)6工作電流代入相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算疏浚泥質(zhì)。所述節(jié)能抓斗式挖泥船還包括與進(jìn)水閥通過(guò)管道相連的泵26，所述控制單元與泵26電性相連，并控制泵26的工作。所述可編程控制器25采用PID控制算法。通過(guò)設(shè)定合適的PID參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)控制單元對(duì)容器12內(nèi)液體量的準(zhǔn)確控制，使節(jié)能抓斗式挖泥船確保正常工作的情況下，能耗最低。所述自動(dòng)控制裝置17的工作流程如下 1)、工作人員將設(shè)定疏浚深度、抓斗3參數(shù)等輸進(jìn)參數(shù)輸入裝置18后，參數(shù)輸入裝置18將信息傳遞至可編程控制器25 ；
2)、可編程控制器25接收參數(shù)輸入裝置18傳遞的設(shè)定疏浚深度、抓斗3參數(shù)信息，初步設(shè)定配重裝置8的目標(biāo)重量以及容器12內(nèi)配重水的目標(biāo)液位，使配重裝置8的目標(biāo)重量滿足在抓斗3下降過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗3重量值的15倍大，在抓斗3提升過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗3重量值與體積為抓斗3容積的水的質(zhì)量值之和的15倍??；
3 )、液位檢測(cè)裝置24將液位信息反饋至可編程控制器25，可編程控制器25根據(jù)配重水的目標(biāo)液位與實(shí)際液位進(jìn)行對(duì)比，控制進(jìn)液閥14、泄液閥16以及泵26的工作，直至目標(biāo)液位與實(shí)際液位在差值在偏差的允許范圍內(nèi)；
4)、抓斗3下降，挖泥施工，數(shù)據(jù)采集裝置19采集信息，并將信息傳遞至可編程控制器
25 ；
5)、可編程控制器25接收數(shù)據(jù)采集裝置19的現(xiàn)階段疏浚深度、升卷筒轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)電機(jī)6工作電流信息后，對(duì)疏浚工況進(jìn)行分析，計(jì)算配重裝置8的目標(biāo)重量以及容器12內(nèi)配重水的目標(biāo)液位，使配重裝置8的目標(biāo)重量滿足在抓斗3下降過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗3重量值的15倍大，抓斗3提升過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗3重量值與抓斗3中泥土重量值之和的15倍?。?br> 6)、提升抓斗3，當(dāng)配重裝置8下降至最低點(diǎn)后，液位檢測(cè)裝置24將液位信息反饋至可編程控制器25，可編程控制器25根據(jù)配重水的目標(biāo)液位與實(shí)際液位進(jìn)行對(duì)比，控制進(jìn)液閥14、泄液閥16以及泵26的工作，直至目標(biāo)液位與實(shí)際液位在差值在偏差的允許范圍內(nèi)；重復(fù)步驟4)，直至壓力式傳感器21測(cè)量的現(xiàn)階段疏浚深度與設(shè)定疏浚深度相等。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能抓斗式挖泥船，位于節(jié)能抓斗式挖泥船的起重吊臂一側(cè)的抓斗與第一鋼絲繩相連，所述第一鋼絲繩經(jīng)吊臂滑輪繞接在起升卷筒上，所述起升卷筒由驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于所述起升卷筒上還連接第二鋼絲繩，所述第二鋼絲繩的出繩方向與第一鋼絲繩的出繩方向相反，且第二鋼絲繩的另一端與配重裝置直接或間接相連；所述配重裝置包括用于盛裝配重液體的容器，所述容器設(shè)有進(jìn)液口，位于容器下部的泄液口 ；所述進(jìn)液口通過(guò)管道與進(jìn)液閥相連，所述泄液口通過(guò)管道與泄液閥相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于所述配重裝置還包括固定在容器底部的基準(zhǔn)配重塊，所述基準(zhǔn)配重塊的密度大于配重液體的密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于所述節(jié)能抓斗式挖泥船還包括定滑輪、動(dòng)滑輪，所述配重裝置與動(dòng)滑輪相連，所述第二鋼絲繩部分穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于基準(zhǔn)配重塊與容器的重量值之和等于抓斗與體積為抓斗容積一半的水的質(zhì)量值之和與O. 8 1. 2倍穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)之積。
5.根據(jù)權(quán)利要求3至4任一項(xiàng)所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于所述穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)為15 20。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于所述容器內(nèi)配重液的質(zhì)量為O 40%基準(zhǔn)配重塊的質(zhì)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于在抓斗下降過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗重量值與穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)之積大；抓斗提升過(guò)程中，所述配重系統(tǒng)的重量值比抓斗重量值與抓斗中泥土重量值之和與穿繞于定滑輪與動(dòng)滑輪之間的第二鋼絲繩的段數(shù)之積小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于還包括控制容器內(nèi)液體量的自動(dòng)控制裝置，所述自動(dòng)控制裝置包括參數(shù)輸入裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、接收參數(shù)輸入裝置與數(shù)據(jù)采集裝置信息的控制單元；所述參數(shù)輸入裝置、數(shù)據(jù)采集裝置均與控制單元電性連接；所述參數(shù)輸入裝置用于接收用戶輸入的抓斗參數(shù)、設(shè)定疏浚深度；所述數(shù)據(jù)采集裝置用于采集所述挖泥船的施工狀態(tài)信息；所述控制單元通過(guò)控制補(bǔ)水閥與進(jìn)水閥來(lái)調(diào)節(jié)容器內(nèi)配重液體的量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集裝置包括測(cè)量現(xiàn)階段疏浚深度的壓力式傳感器，測(cè)量起升卷筒轉(zhuǎn)速的編碼器，測(cè)量驅(qū)動(dòng)裝置工作電流的電流測(cè)量裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的節(jié)能抓斗式挖泥船，其特征在于所述自動(dòng)控制裝置還包括液位檢測(cè)裝置，用于將容器內(nèi)的液位信息反饋至控制單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種節(jié)能抓斗式挖泥船，位于節(jié)能抓斗式挖泥船的起重吊臂一側(cè)的抓斗與第一鋼絲繩相連，所述第一鋼絲繩經(jīng)吊臂滑輪繞接在起升卷筒上，所述起升卷筒由驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述起升卷筒上還連接第二鋼絲繩，所述第二鋼絲繩的出繩方向與第一鋼絲繩的出繩方向相反，且第二鋼絲繩的另一端與配重裝置直接或間接相連；所述配重裝置包括用于盛裝配重液體的容器，所述容器設(shè)有進(jìn)液口，位于容器下部的泄液口；所述進(jìn)液口通過(guò)管道與進(jìn)液閥相連，所述泄液口通過(guò)管道與泄液閥相連。本發(fā)明可提高抓斗下降過(guò)程釋放的能量的使用效率。
文檔編號(hào)E02F3/47GK103015474SQ20121058423
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者張雷, 周曉瑩, 向功順, 饒建榮, 王東凱, 鐘仕龍 申請(qǐng)人:廣州文沖船廠有限責(zé)任公司