SINS/DVL组合导航在海底挖沟机施工中的应用探索

针对难以精确监测海底挖沟机工作状态的问题,依据捷联惯性导航系统SINS(Strapdown inertial navigation system)以及DVL(Doppler log)水下组合导航技术的原理,建立组合导航模型以及误差模型,根据施工特点设置挖沟施工作业路线,依照挖沟机实际作业状态设置运动参数,并进行仿真实验,验证SINS/DVL技术在海底挖沟机管道铺设作业中的监测能力.结果表明,在铺设海底管道时,SINS/DVL组合导航系统可以实时获取海底挖沟机的工作数据,测量高精度的经纬位置、速度、姿态数据:经、纬度误差控制在±0.02°范围内;速度误差在-0.05~0.10 m/s范围内;俯仰角误差为±0.20°,横滚角误差为±0.20°,航向角误差为±1.00°.

一种具有双重功能的海底挖沟机

水下管道维修前，需要对海床进行基础开挖使管道裸露出来，并在维修点周围形成一定范围的工作面，因此须要使用水下管道维修基础开挖的专用设备——海底挖沟机。在新管线敷设过程中，也需要先对海底实施挖掘开沟，然后进行管道埋设。介绍了一种海底挖沟机，特别是关于一种既能进行海底管道维修基础开挖，又能进行海底管道开沟埋设的具有双重功能的海底挖沟机。

喷射式海底挖沟机的参数优化和数值模拟研究

针对喷射式海底挖沟机效率低的问题,建立了适用于浅海区域喷射式海底挖沟机的物理模型,基于喷射式海底挖沟机特性方程,使用Fluent数值模拟软件对模型进行了数值模拟。分析了喷嘴收缩角度、排泥管扩散角度、挖沟机运行深度及射流入口速度等因素对喷射式海底挖沟机效率的影响,明确了这些因素与挖沟机运行参数(吸泥速度、负压)之间的关系。研究结果表明:喷射式海底挖沟机最大运行效率时的喷嘴收缩角度为45°,排泥管扩散角度是7°;喷射式海底挖沟机最大安全运行深度为100 m且此工况下的最小入口射流速度为8 m/s。

海底挖沟机吊放控制系统设计

文章设计了一套基于西门子S7-1500可编程逻辑控制器的海底挖沟机吊放控制系统,控制系统采用PROFINET总线通信协议。基于控制系统的硬件设计、软件设计和画面设计,最后进行试验验证。设备运行测试证明了该控制系统的可靠性。

海底犁式挖沟机犁体建模及土壤裂解研究

海底犁式挖沟机犁体工作面的结构直接影响挖掘效率及牵引力大小,对犁体工作面进行数学建模分析及挖掘机理研究具有重要的理论指导和工程实践价值。利用空间平面及水平直元线法建立犁体主切削面和翻抛曲面方程,根据翻抛土壤能量最小方向得到土迹线方程,基于犁体工作面土壤运动机理建立土壤裂解和翻抛的动力学方程,据此确定了牵引力的理论计算方法。数值仿真计算表明,翻抛曲面曲率影响土壤翻抛的法向力及切向力,牵引速度的变化对土壤翻抛的切向力影响较大;影响主切削面受力的主要因素包括土壤粘聚力和内摩擦角,且随着粘聚力与内摩擦角增加,后者对主切削面受力影响较大。海底犁式挖沟机试验样机的陆地试验结果与理论计算结果基本吻合,例如当沟深为0.8 m时,实测牵引力与理论值的相对误差为3%,试验结果验证了所建立的犁体牵引力的理论计算方法的可行性。该研究可以有效预测海底犁式挖沟机工程样机的牵引力,进而为工程样机的设计及海试等提供理论和技术参考。

海底犁式挖沟机抱管组件研究

海底犁式挖沟机是一种用于海底管道开沟铺设的专用水下作业设备,抱管组件是其中一个关键部件.它由提升机械手和导向装置组成,其主要功能是抓取和提升管道,并在犁铲挖沟时抱住管道,为挖沟机沿管线前进提供导向作用.对抱管组件进行了详细的结构设计,并对关键部件进行了力学分析和校核计算,验证了结构设计的合理性;然后对主要运动部件进行了动态仿真分析,证明抱管组件在开合过程中冲击较小;最后进行了犁式挖沟机试验样机的陆上试验,当牵引力为330 000N,挖沟速度为0.06m/s时,前后辊子的受力在理论值范围内.试验验证了犁式挖沟机抱管组件理论设计分析的正确性,为进一步工程优化设计提供了依据.

海底犁式挖沟机陆地试验方法研究

通过分析国内外海底犁式挖沟机实验研究方法及有关试验规范,按设计的试验样机性能指标要求,编制了应用于指导陆地挖沟作业的试验大纲。按照技术可靠和经济实用原则,试验大纲划分为试验准备、室内空载试验、室内负载试验和挖沟作业试验四个阶段,提出了每个阶段试验试验程序及目标要求。分析了样机试验中的一些异常反应情况,给出相应对策,归纳出样机主要故障模式。已经进行的阶段试验结果表明样机试验大纲是合理的,试验计划安排是有效的,可以为相关水下作业机械陆地样机试验提供参考。

海管挖沟机的工艺设计及配管设计

本文介绍了海管挖沟机的工艺设计和配管设计。工艺设计和配管设计是海管挖沟机设计的主要内容,其设计质量直接决定着海管挖沟机的性能。

复杂地貌下海底犁式挖沟机动力学仿真分析

为分析水下复杂地貌下海底犁式挖沟机动力性能,采用光滑粒子流体动力学法(SPH)和欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)建立犁体、海底土壤及流场三者的相互作用仿真模型.通过实验数据及经验公式验证了仿真模型求解的可靠性,并仿真分析了复杂海底地貌及海底冲击载荷对犁体牵引力的影响.仿真结果表明:在余弦波地貌上坡运行的牵引力迅速增加,达到预定沟深时斜坡地貌的牵引力比水平海底的牵引力增加近71.4%,冲击载荷30kN与冲击载荷10kN相比,牵引力增加平均值为24.76%.在不同流速方向及水深的流场情况下分析了挖沟机运行对流场应力的影响.随着挖沟机的运行,在挖沟机前端会产生局部流场应力集中.随着流场深度的增加,牵引力会随之增加.