2005年2月中国港湾建设第1期总第134期ChinaHarbourEngineering耙吸挖泥船疏浚仿真初探倪福生,林吉良(河海大学常州校区疏浚教育与研究中心,江苏常州213022)摘要:建立了耙头在垂直方向上运动的数学模型,采用面向对象的VisualC++和Delphi语言,开发了耙吸挖泥船疏浚仿嫒砑?给出了耙吸挖泥船泥泵启动、泥沙输送及装舱等过程的仿真示例。关键词:耙吸挖泥船;仿真;软件耙吸挖泥船属于大型疏浚设备,一般在河口、港湾等宽阔的区域作业,受到风、浪、流等因素的综合作用,作业环境恶劣。为确保施工安全,提高操控人员技术水平,增加疏浚效益,国外一些大的疏浚公司不惜投入巨资研制耙吸挖器,特别是耙吸挖泥船疏浚仿真器的研制,资金和人力投入Delphi语言,开发耙吸挖泥船仿真软件,并给出某耙吸挖泥收稿日期:2004209209作者简介:倪福生(1961-),男,博士,教授,从事疏浚设备与技术研究。泥船疏浚仿真培训系统[122]。与国外相比,国内对疏浚仿真船启动、装舱和卸泥等一个周期的仿真示例。1仿真的主要物理量很少。作为初步尝试,本文采用面向对象的VisualC++和作用在船舶上的力分为三类,即主动力、环境干扰力和流体作用力[3]。主动力又称操纵力,主要有螺旋桨推力,用于船舶推进;环境干扰力包括风力、浪力及不均匀流产生的流力;流体作用力是水体对船舶的反作用力,主要有流体惯性力和流体粘性阻力。船舶在这些力的作用下,除了沿一定方向航行外,还会作复杂的振荡和摇动,即3个自由度的平纵摇、首摇。移运动:纵荡、横荡、垂荡,3个自由度的旋转运动:横摇、耙吸挖泥船是一种工程船舶,在施工作业时,除了上述Abstract:Amathematicalmodeloftheverticalmovementofdragheadisproposed1Thesoftwarefordredgingprocessesofslurrypumpstart2up,sandtransportandhopperloadingispresented1Keywords:trailingsuctionhopperdredger(TSHD);siulation;softwarem2耙头垂直运动中图分类号:U616;U615135文献标识码:A文章编号:100323688(2005)0120021203PreliinaryStudyofDredgingSiulationofmmTrailingSuctionHopperDredgersNIFu2sheng,LIJi2liangN(DredgingEducation&ResearchCenter,HohaiUniversity,Changzhou213022,China)siulationoftrailingsuctionhopperdredgersiswritteninVisualC++andDelphi1Ademotosiulatethemm诸力以外,耙管及耙头还受到土壤切削阻力、土壤支持力、耙管水下重力、水流阻力等力的作用。在施工过程中这些力也是随时变化的。对耙吸挖泥船的受力、运动及疏浚工况进行数学建模和仿真模拟是一项极其复杂繁重的工作。作为初步探索,本文主要考虑沿航行方向的纵向运动以及船舶和耙头的上下升降运动。各力的计算模型参见文献[324]。泥砂输送系统的数学模型参见文献[527]。仿真的主要物理量与计算流程如图1所示。件,它的功能是利用耙头本体的重力,依靠液压蓄能器(缓冲器),及时收进或放出吊耙的钢缆,使耙头在船体上下振荡或海底面起伏不平的情况下与海床面接触,并保持一定的对地压力,进而获得较佳的泥浆浓度。波浪补偿器可简化为气液弹簧。设由于风浪作用,耙吸挖泥船偏离其稳态位置如下二阶微分方程决定:耙头垂直位置的确定对于耙吸船产量仿真有重要影响。耙头在垂直方向的运动主要受到波浪力、耙头水下重力、缆绳张力和土壤支持力的共同作用。图2所示为确定耙头任一瞬时所在位置的示意图。其中波浪补偿器是关键部距离为zs(t),海床相对于其参考零点的起伏为ze(t),耙头相对于其稳态位置的偏移为zd(t),耙头稳态位置与河床参考零点位置之差为h。假定垂直向上为正方向,则耙头位置由Total134,No11Feb1,2005中国港湾建设2005年第1期?22?性计算出所需参数或变量的值。为了监控和调整疏浚作业过程各状态参数,系统还选用了罗盘、压力表、产量记录仪、各种起停开关和调节旋钮等ActiveX控件。仿真系统的操作步骤列于表1。表1仿真操作示例仿真时间(min)0001020410仿真操作开始模拟,以150rmin低转速启动泥泵,