本發(fā)明屬于工程船舶自動化控制，尤其涉及一種基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法。

背景技術：

1、絞泥船即絞吸式挖泥船，是一種特殊類型的水上工程設備，是利用轉(zhuǎn)動著的絞刀絞松河底或海底的土壤，與水泥混合成泥漿，經(jīng)過吸泥管吸入泵體并經(jīng)過排泥管送至排泥區(qū)，主要用于清理、挖掘、運輸和吸取水底的泥沙、砂石、碎石、泥漿和其他底泥沉積物。而雙臺車絞吸式挖泥船是采用左、右兩根定位鋼樁和兩個行走臺車，兩個行走臺車位于船舶中軸線兩側(cè)，兩根定位鋼樁分別安裝在對應得行走臺車上，通過左、右定位鋼樁交替下放，兩個行走臺車步進推動船體邁步移動。

2、絞泥船在工作時首先需要向船體兩側(cè)分別拋設定位錨，通過牽引定位錨上的線纜使得鉸刀左右擺動進行挖泥作業(yè)，定位錨同時保證船體的相對穩(wěn)定。絞泥船在工作區(qū)域內(nèi)行進一段位置后，需要將左、右兩側(cè)定位錨向前進行拋錨，以保證船體持續(xù)穩(wěn)定前進。左、右兩個定位錨依次向前拋錨、落錨得過程稱為倒錨。

3、然而傳統(tǒng)單臺車絞泥船在作業(yè)過程中，特別是在橋架接近作業(yè)區(qū)域的邊界線進行倒錨操作時，由于倒錨過程中需要調(diào)整錨鏈的張力以改變船舶的位置或姿態(tài)，這一操作往往伴隨著復雜的力學變化，容易導致船舶的航行中心(發(fā)生不可預測的偏移。這種偏移不僅可能影響到絞泥船的精確作業(yè)能力，使得挖泥深度、寬度或位置難以精確控制，還可能危及船舶自身的安全，特別是在狹窄水域或靠近重要結(jié)構物作業(yè)時。偏移可能使絞泥船與這些障礙物發(fā)生碰撞，造成設備損壞、作業(yè)中斷甚至環(huán)境污染等嚴重后果。

4、并且現(xiàn)有技術中普遍采用人工操控進行倒錨作業(yè)，導致倒錨流程高度依賴于操作人員的經(jīng)驗估算來把握倒錨的最佳時機。然而，這種傳統(tǒng)方式不可避免地引入了人為因素導致的誤差，每位操作人員的判斷標準不一，缺乏統(tǒng)一、標準化的操作流程與規(guī)范，從而影響了作業(yè)的精確性與效率，同時也增加了操作過程中的不確定性和潛在風險。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，能夠有效減少因倒錨等操作引起的航行中心偏移，提高作業(yè)效率和安全性。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，包括以下步驟：

3、s1、初始狀態(tài)下，獲取船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)，計算錨點初始位置坐標，設定的控制目標參數(shù)；

4、s2、左、右定位樁交替下放，臺車步進推動船體邁步移動，橋架絞刀深入工作區(qū)域開始挖掘工作；

5、s3、在挖掘過程中實時檢測絞刀是否到達左側(cè)定位邊線，且判斷是否滿足倒錨條件，若否，則絞刀繼續(xù)保持挖掘深度挖掘；若是，絞刀停止工作并將橋架下放至底部點地作為支撐，將左側(cè)定位錨向前拋錨并固定；

6、s4、左側(cè)定位邊線倒錨結(jié)束后船體直接擺動到右側(cè)定位邊線；

7、s5、船體擺動至右側(cè)定位邊線，將右側(cè)定位錨向前拋錨并固定，完成一次倒錨作業(yè)；

8、s6、更新錨點位置坐標，重復步驟s3～s6。

9、進一步的，所述步驟s1中所述計算錨點初始位置坐標具體為：以船舶初始位置地理坐標為原點建立坐標系，錨點初始位置坐標為(x0,y0)，x0＝cosαl+dx，y0＝sinαl+dy。

10、進一步的，所述步驟s3中所述倒錨條件包括：拋錨桿所在安裝柱回轉(zhuǎn)角度到達預定角度和/或所述橫移絞車的橫移拉力到達設定下限安全閾值。

11、進一步的，所述橫移拉力滿足下述關系式：絞刀繞樁的旋轉(zhuǎn)半徑為rc，rc為左定位樁與右定位樁的中心位置到絞刀中心點的距離，收緊纜繩與船長方向夾角為β,得到絞刀橫擺的線速度vc與橫移絞車收纜速度vs的關系式：

12、

13、土體對絞刀的切向阻力fc，該力對應的力臂rc，左舷絞車鋼纜上的力fl對應的力臂rl，右舷絞車鋼纜上的力fr對應的力臂rr，船體所受水的阻力w對應的力臂rw，收緊纜繩與船長方向夾角β,根據(jù)受力及力臂情況列出力矩平衡式：

14、fr?rr?sinβ＝fcrc+fl?rl+wrw

15、挖掘過程中，左右絞車纜繩同時受力，一個方向提供船體轉(zhuǎn)力，另一邊繃緊力可忽略不計，水體阻力忽略不計。

16、進一步的，所述步驟s6中更新錨點位置坐標具體為，通過北斗衛(wèi)星定位監(jiān)測計算一次倒錨作業(yè)后船體移動距離δy，更新錨點位置坐標為(xt,yt)，其中，xt＝x0，yt＝y(tǒng)0+δy。

17、進一步的，所述步驟s1中所述船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)包括船型參數(shù)、船舶初始位置地理坐標、航向和航線，其中，船舶初始位置坐標為：初始時刻t0根據(jù)北斗衛(wèi)星定位監(jiān)測所得。

18、其中，l為拋錨桿長度，α為拋錨桿與x軸夾角，dx為拋錨桿所在安裝柱距離x軸距離，dy為拋錨桿所在安裝柱距離y軸距離。

19、進一步的，所述步驟s1中所述控制目標參數(shù)包括起錨高度、落錨深度、拋錨桿回轉(zhuǎn)角度、橋架起升高度、橋架下放深度和定位邊線位置，其中，起錨高度和落錨深度根據(jù)水域地理位置進行設定。

20、進一步的，所述步驟s3中左側(cè)定位錨向前拋錨并固定具體過程為：左定位樁插入河床并以左定位樁為支撐樁，左側(cè)起錨絞車啟動帶動左側(cè)定位錨起錨；左側(cè)定位錨離開水面后左側(cè)拋錨桿轉(zhuǎn)動，將左側(cè)定位錨向前拋錨；左側(cè)起錨絞車按照設定落錨深度釋放線纜進行放錨，左側(cè)定位錨落入河床后橫移絞車工作使左側(cè)定位錨插入泥土內(nèi)固定。

21、進一步的，所述步驟s5中右側(cè)定位錨向前拋錨并固定具體過程為：右定位樁插入河床并以右定位樁為支撐樁，右側(cè)起錨絞車啟動帶動右側(cè)定位錨起錨；右側(cè)定位錨離開水面后右側(cè)拋錨桿轉(zhuǎn)動，將右側(cè)定位錨向前拋錨；右側(cè)起錨絞車按照設定落錨深度釋放線纜進行放錨，右側(cè)定位錨落入河床后橫移絞車工作使右側(cè)定位錨插入泥土內(nèi)固定。

22、本發(fā)明具有的優(yōu)點和技術效果：由于采用上述技術方案，基于雙臺車的換樁過程配合倒錨，保證倒錨過程的可靠性，通過更加精確和穩(wěn)定的船舶操作，有效減少因倒錨等操作引起的航行中心偏移，提高作業(yè)效率和安全性。并且能夠?qū)崿F(xiàn)倒錨的自動控制，提高倒錨作業(yè)的精確性，保證倒錨操作的標準化和規(guī)范化。

技術特征：

1.一種基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，所述步驟s1中所述計算錨點初始位置坐標具體為：以船舶初始位置地理坐標為原點建立坐標系，錨點初始位置坐標為(x0,y0)，x0＝cosαl+dx，y0＝sinαl+dy。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，所述步驟s3中所述倒錨條件包括：拋錨桿所在安裝柱回轉(zhuǎn)角度到達預定角度和/或所述橫移絞車的橫移拉力到達設定下限安全閾值。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，橫移拉力滿足下述關系式：絞刀繞樁的旋轉(zhuǎn)半徑為rc，rc為左定位樁與右定位樁的中心位置到絞刀中心點的距離，收緊纜繩與船長方向夾角為β,得到絞刀橫擺的線速度vc與橫移絞車收纜速度vs的關系式：

5.根據(jù)權利要求1所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，所述步驟s6中更新錨點位置坐標具體為，通過北斗衛(wèi)星定位監(jiān)測計算一次倒錨作業(yè)后船體移動距離δy，更新錨點位置坐標為(xt,yt)，其中，xt＝x0，yt＝y(tǒng)0+δy。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，所述步驟s1中所述船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)包括船型參數(shù)、船舶初始位置地理坐標、航向和航線，其中，船舶初始位置坐標為：初始時刻t0根據(jù)北斗衛(wèi)星定位監(jiān)測所得。

7.根據(jù)權利要求1所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，所述步驟s1中所述控制目標參數(shù)包括起錨高度、落錨深度、拋錨桿回轉(zhuǎn)角度、橋架起升高度、橋架下放深度和定位邊線位置，其中，起錨高度和落錨深度根據(jù)水域地理位置進行設定。

8.根據(jù)權利要求1所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，所述步驟s3中左側(cè)定位錨向前拋錨并固定具體過程為：左定位樁插入河床并以左定位樁為支撐樁，左側(cè)起錨絞車啟動帶動左側(cè)定位錨起錨；左側(cè)定位錨離開水面后左側(cè)拋錨桿轉(zhuǎn)動，將左側(cè)定位錨向前拋錨；左側(cè)起錨絞車按照設定落錨深度釋放線纜進行放錨，左側(cè)定位錨落入河床后橫移絞車工作使左側(cè)定位錨插入泥土內(nèi)固定。

9.根據(jù)權利要求1所述的基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，其特征在于，所述步驟s5中右側(cè)定位錨向前拋錨并固定具體過程為：右定位樁插入河床并以右定位樁為支撐樁，右側(cè)起錨絞車啟動帶動右側(cè)定位錨起錨；右側(cè)定位錨離開水面后右側(cè)拋錨桿轉(zhuǎn)動，將右側(cè)定位錨向前拋錨；右側(cè)起錨絞車按照設定落錨深度釋放線纜進行放錨，右側(cè)定位錨落入河床后橫移絞車工作使右側(cè)定位錨插入泥土內(nèi)固定。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于雙臺車絞泥船自動倒錨方法，包括以下步驟：初始狀態(tài)下，獲取船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)，計算錨點初始位置坐標，設定的控制目標參數(shù)；左、右定位樁交替下放，臺車步進推動船體邁步移動，橋架絞刀深入工作區(qū)域開始挖掘工作；在挖掘過程中實時檢測絞刀是否到達左側(cè)定位邊線，且判斷是否滿足倒錨條件，若否，則絞刀繼續(xù)保持挖掘深度挖掘；若是，絞刀停止工作并將橋架下放至底部點地作為支撐，將左側(cè)定位錨向前拋錨并固定；左側(cè)定位邊線倒錨結(jié)束后船體直接擺動到右側(cè)定位邊線；船體擺動至右側(cè)定位邊線，將右側(cè)定位錨向前拋錨并固定，完成一次倒錨作業(yè)；更新錨點位置坐標。本發(fā)明有效減少因倒錨等操作引起的航行中心偏移，提高倒錨精確性。

技術研發(fā)人員：楊松,王野,董道武,郭志勇,張有鎖,李大偉,張磊,趙麗娜,舒暢,鄔少華,袁宇,辛永濤
受保護的技術使用者：中交天航（無錫）水利工程有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/12