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绞吸式挖泥船疏浚作业过程的建模与仿真

张翔  
【摘要】: 本文介绍了绞吸式挖泥船疏浚作业过程的建模与仿真的研究工作,它是中国第一台1750m~3/h绞吸式挖泥船(简称“1750挖泥船”)疏浚作业训练仿真器(简称“1750疏浚仿真器”)研制技术中的重要组成部分。该项目是中国国家“九五”重点科技攻关项目“1750m~3/h绞吸式挖泥船新技术装备实验研究及应用”的一个重要子课题,由长江航道局和武汉理工大学共同承担。它主要用于培训疏浚专业的学生和挖泥船的船员掌握先进的疏浚作业方法,以达到高效疏浚的目的。 本文首先分析了当前仿真技术的发展动态,介绍了国外典型的疏浚仿真器产品,阐述了当前仿真器的软、硬件开发技术,在此基础上介绍了1750疏浚仿真器的设计方案。随后论述了疏浚仿真器的核心技术——仿真模型。其内容包括:1、泥管吸口处泥浆的形成过程。该模型研究了在不同的疏浚环境和作业方式下吸口处泥浆的形成过程和计算泥浆比重的仿真模型,随后结合实际工程数据给出了仿真实例,最后阐述了该模型对优化疏浚作业方法的指导意义:2、泥泵与管路系统。该模型根据水力疏浚原理和1750挖泥船的技术数据,设计了泥泵和管路的清水特性曲线与泥浆特性曲线,在此基础上给出了泥泵工作点的计算方法。最后给出了计算泥泵工况的模型和仿真实例;3、绞刀电动机拖动系统。在设计绞刀和直流电动机的仿真模型的基础上,提出了绞刀与直流电动机特性的匹配方法,然后分析了调速系统、可控硅整流系统和继电器控制系统的工作原理,设计了简化的仿真模型,最后提供了仿真程序的实例;4、液压系统。首先介绍了1750挖泥船上的大型电控液压系统的组成原理。其中液压系统的控制系统包括PLC控制系统和继电器控制系统,在PLC控制系统中分析了梯形图源程序。同时在分析液压系统工作原理的基础上,设计了液压系统的仿真模型,最后提供了仿真程序实例。接着本文介绍了1750疏浚仿真器的研制工作,它包括系统的整体设计方案和各子系统的实现技术。其中硬件系统包括仿真计算机、计算机网络、I/O接口系统和控制盘台等,软件系统包括实时仿真支撑平台、仿真系统、监控系统和视景系统等。在分析1750挖泥船系统功能的基础上,编写了1750疏浚仿真器的操作规范。最后对全文进行了总结,并指出了今后研究工作的方向。


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