本發(fā)明涉及絞刀挖泥裝置，具體地指一種自適應雙絞刀挖泥裝置。

背景技術：

絞吸式挖泥船是一種裝備了絞刀頭切削裝置的挖泥船，可以用來挖掘幾乎所有類型的土壤，工作時能一次性連續(xù)完成挖泥、運泥、卸泥等工作過程，是一種效率高、機動性強、成本較低的挖泥船，也是目前應用最廣泛的一種挖泥船舶。除了和普通船舶一樣，由鋼結構船體和匹配的動力設備構成之外，根據(jù)絞吸式挖泥船的工作實際需求，它還配有其它疏浚設備，主要包括定位、挖泥、排泥和輔助裝置四部分。疏浚設備是絞吸式挖泥船的核心，而絞刀機構是挖泥船最主要的工作機構，它由絞刀以及連接固定絞刀的絞刀橋架、耳軸等構成。

然而，絞刀作為絞吸式挖泥產的核心疏浚設備，在特殊工況的使用過程中往往存在如下問題：在復雜的水域環(huán)境，尤其是水底地形變化較大、疏浚作業(yè)面高低不平時，很難做到一遍完整清淤，絞刀往往需要往復清掃多次，增加了能耗且容易產生漏挖現(xiàn)象；在挖掘過程中，由于絞刀過流能力的限制，絞刀攪動的淤泥可能未被完全吸入而四處飛濺，導致殘留層的產生，疏浚物中氣體逸散造成二次污染。因此，迫切需要研發(fā)一種適用于特殊工況的環(huán)保疏浚挖泥裝置，解決目前疏浚行業(yè)所遇到的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種自適應雙絞刀挖泥裝置，該裝置通過橫移機構和變幅機構來調整兩個絞刀之間的距離和角度，以提高絞吸式挖泥船在切削工作中的靈活性，針對復雜的地勢環(huán)境該結構可以提高絞刀對土層的適應性，減少漏挖和二次污染，提高挖掘效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的自適應雙絞刀挖泥裝置，包括兩個平行布置的絞刀機構、兩個與絞刀機構垂直布置的橫移機構、以及變幅機構；

兩個所述絞刀機構均包括絞刀、套筒、穿設在套筒內的絞刀軸、以及用于驅動絞刀旋轉的第一電機，所述絞刀軸的一端貫穿通過套筒與絞刀的中心孔固定連接，所述絞刀軸的另一端與第一電機的輸出軸傳動連接；

兩個所述橫移機構均包括與絞刀機構垂直布置的滑軌底座、架設在滑軌底座上的雙向絲桿、套設在雙向絲桿上可作相向或者背向運動的第一滑塊和第二滑塊、設置在滑軌底座上用于供第一滑塊和第二滑塊滑動的導向滑軌、以及用于驅動雙向絲桿旋轉的第二電機；其中一個絞刀機構安裝在兩個橫移機構同側的第一滑塊上，另一個絞刀機構安裝在兩個橫移機構同側的第二滑塊上；兩個所述橫移機構的滑軌底座與設置在其底部的工作平臺固定連接；這樣，第二電機帶動雙向絲桿旋轉可使兩個滑塊做背向運動或相向運動，從而實現(xiàn)兩個絞刀機構中心距離的改變。

所述變幅機構包括設置在工作平臺底部與其固定連接的旋轉平臺、水平貫穿旋轉平臺中部且與其固定連接的旋轉軸、設置在旋轉軸的一端用于安裝旋轉軸的第一支撐座、設置在旋轉軸的另一端用于驅動其旋轉的蝸輪傳動機構，所述旋轉軸的布置方向與絞刀機構的布置方向相同。

進一步地，所述蝸輪傳動機構包括與旋轉平臺側壁固定連接的蝸輪、設置在蝸輪下方與其嚙合的蝸桿、用于驅動螺桿旋轉的第三電機、以及用于安裝旋轉軸的第二支撐座；所述第三電機的輸出軸通過換向器與蝸桿傳動連接；所述旋轉軸的一端通過軸承安裝在第一支撐座上，所述旋轉軸的另一端穿過蝸輪的中心孔且向外延伸通過軸承安裝在第二支撐座上。這樣，第三電機轉動時，通過換向器帶動蝸輪、蝸桿旋轉，蝸輪通過旋轉軸與旋轉平臺相連構成一個整體，通過蝸輪、蝸桿帶動工作平臺的旋轉，實現(xiàn)在指定時刻絞刀的變向旋轉，從而調整絞刀之間的角度。

進一步地，所述蝸輪傳動機構還包括用于安裝第三電機的電機底座、用于安裝蝸桿的螺桿底座、以及用于安裝換向器的換向器底座。這樣，保證了電機的輸出軸、換向器、蝸桿三者的中心線都處于同一水平高度，避免了因中心高度不同導致傳動不穩(wěn)定的現(xiàn)象，使整套裝置工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音較小，能夠高效穩(wěn)定的工作。

進一步地，所述絞刀呈皇冠狀，其刀臂包角為30～45°，絞刀直徑為80～100mm，內孔為10～20mm。這樣設計的絞刀的挖泥效率高，而且兩個絞刀之間的精準配合施工也可有效減少絞刀空轉時間，提高施工效率。

進一步地，所述套筒上設置有用于吸入淤泥的吸口。這樣，可以增大泥沙吸入濃度，減少泥沙擴散，預防二次污染。

進一步地，所述絞刀軸通過若干個滾動軸承安裝在套筒內，保證絞刀軸的同心度，提高了工作的穩(wěn)定性。

進一步地，所述雙向絲桿上設置有第一螺紋段和第二螺紋段，所述第一螺紋段的螺紋方向和第二螺紋段的螺紋方向相反，所述第一滑塊與第一螺紋段之間通過螺紋連接，所述第二滑塊與第二螺紋段之間通過螺紋連接。這樣保證了運動的同時性，避免了因電機之間的差異而導致兩個滑塊移動距離的不同步，同時也可減少電機的數(shù)量。

進一步地，所述第一滑塊和第二滑塊上均設置有用于安裝絞刀機構的安裝座。

進一步地，它還包括自適應控制系統(tǒng)，所述自適應控制系統(tǒng)包括用于監(jiān)測第一電機電流的電流感應器、plc控制器、第一電機驅動器、第二電機驅動器、第三電機驅動器；

所述電流感應器的數(shù)據(jù)輸出端與plc控制器的數(shù)據(jù)輸入端連接，所述plc控制器的第一控制信號輸出端與第一電機驅動器的控制信號輸入端連接，所述第一電機驅動器的驅動信號輸出端與第一電機的驅動信號輸入端連接；

所述plc控制器的第二控制信號輸出端與第二電機驅動器的控制信號輸入端連接，所述第二電機驅動器的驅動信號輸出端與第二電機的驅動信號輸入端連接；

所述plc控制器的第三控制信號輸出端與第三電機驅動器的控制信號輸入端連接，所述第三電機驅動器的驅動信號輸出端與第三電機的驅動信號輸入端連接。

進一步地，所述第一電機和第三電機均為直流減速電機，所述第二電機為步進電機。這樣，步進電機在提供更大扭矩的同時，保證在移動過程中兩軸之間絕對平行，軸間不會發(fā)生相對偏移，從而避免了因兩軸之間不平行而引起的徑向圓跳動。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

其一，本發(fā)明通過橫移機構和變幅機構來調整兩個絞刀之間的距離和角度，以提高絞吸式挖泥船在切削工作中的靈活性，針對復雜的地勢環(huán)境該結構可以提高絞刀對土層的適應性，減少漏挖，避免擴散造成二次污染，提高挖掘效率。

其二，本發(fā)明通過變幅機構可以調整兩絞刀之間的角度，通過橫移機構可以調整兩絞刀之間的距離，通過兩絞刀之間的精準配合施工可有效減少常規(guī)絞吸式挖泥船在特殊底下發(fā)生的漏挖和超挖現(xiàn)象。

其三，本發(fā)明的自適應控制系統(tǒng)，智能匹配兩側絞刀的最佳轉速，自動調整絞刀下放角度、距離和轉速，實現(xiàn)兩個絞刀之間的精準配合施工，遇到復雜地勢環(huán)境時，自適應控制系統(tǒng)通過對絞刀電機載荷電流的分析，調整橫移機構和變幅機構的位置關系改變兩絞刀之間的間距和角度，以提高絞刀在不同水域環(huán)境的適應能力。

其四，本發(fā)明的套筒上設計了吸口，減少了絞刀切削掀動的泥沙擴散過于劇烈，提高現(xiàn)有疏浚挖泥效率，增加了吸入濃度，減少了擴散率，防止了二次污染現(xiàn)象的發(fā)生。

附圖說明

圖1為一種自適應雙絞刀挖泥裝置的結構示意圖；

圖2為圖1另一個角度的結構示意圖；

圖3為圖1中蝸輪傳動機構的放大結構示意圖；

圖4為圖1中橫移機構的放大結構示意圖；

圖5為圖1所示自適應雙絞刀挖泥裝置的自適應控制系統(tǒng)示意圖；

圖6為圖1所示自適應雙絞刀挖泥裝置的自適應控制流程示意圖；

圖中，絞刀機構1、絞刀1.1、套筒1.2、絞刀軸1.3、第一電機1.4、橫移機構2、滑軌底座2.1、雙向絲桿2.2、第一螺紋段2.21、第二螺紋段2.22、第一滑塊2.3、第二滑塊2.4、導向滑軌2.5、第二電機2.6、變幅機構3、旋轉平臺3.1、旋轉軸3.2、第一支撐座3.3、蝸輪傳動機構3.4、蝸輪3.41、蝸桿3.42、第三電機3.43、第二支撐座3.44、換向器3.45、電機底座3.46、螺桿底座3.47、換向器底座3.48、工作平臺4、電流感應器5、plc控制器6、第一電機驅動器7、第二電機驅動器8、第三電機驅動器9。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述：

圖中所示的一種自適應雙絞刀挖泥裝置，包括兩個平行布置的絞刀機構1、兩個與絞刀機構1垂直布置的橫移機構2、以及變幅機構3；兩個絞刀機構1均包括絞刀1.1、套筒1.2、穿設在套筒1.2內的絞刀軸1.3、以及用于驅動絞刀1.1旋轉的第一電機1.4，套筒1.2上設置有用于吸入淤泥的吸口1.5。絞刀1.1呈皇冠狀，其刀臂包角為30～45°，絞刀直徑為80～100mm，內孔為10～20mm。絞刀軸1.3的一端貫穿通過套筒1.2與絞刀1.1的中心孔固定連接，絞刀軸1.3的另一端與第一電機1.4的輸出軸傳動連接；絞刀軸1.3通過若干個滾動軸承安裝在套筒1.2內。

兩個橫移機構2均包括與絞刀機構1垂直布置的滑軌底座2.1、架設在滑軌底座2.1上的雙向絲桿2.2、套設在雙向絲桿2.2上可作相向或者背向運動的第一滑塊2.3和第二滑塊2.4、設置在滑軌底座2.1上用于供第一滑塊2.3和第二滑塊2.4滑動的導向滑軌2.5、以及用于驅動雙向絲桿2.2旋轉的第二電機2.6；第一滑塊2.3和第二滑塊2.4上均設置有用于安裝絞刀機構1的安裝座2.7。雙向絲桿2.2上設置有第一螺紋段2.21和第二螺紋段2.22，第一螺紋段2.21的螺紋方向和第二螺紋段2.22的螺紋方向相反，第一滑塊2.3與第一螺紋段2.21之間通過螺紋連接，第二滑塊2.4與第二螺紋段2.22之間通過螺紋連接。其中一個絞刀機構1安裝在兩個橫移機構2同側的第一滑塊2.3上，另一個絞刀機構1安裝在兩個橫移機構2同側的第二滑塊2.4上；兩個橫移機構2的滑軌底座2.1與設置在其底部的工作平臺4固定連接。第二電機2.6帶動雙向絲桿2.2旋轉可使兩個滑塊做背向運動或相向運動，從而實現(xiàn)兩個絞刀機構1中心距離的改變。橫移機構2不僅能解決換刀的問題，還在實際疏浚過程中發(fā)揮著重要作用，例如當絞刀被擱置于河床無法深入清淤時，可通過橫移機構2改變兩絞刀之間的中心距和角度，使雙絞刀裝置能夠繼續(xù)清淤，從而大大提高了雙絞刀對水底環(huán)境的適應能力。

變幅機構3包括設置在工作平臺4底部與其固定連接的旋轉平臺3.1、水平貫穿旋轉平臺3.1中部且與其固定連接的旋轉軸3.2、設置在旋轉軸3.2的一端用于安裝旋轉軸3.2的第一支撐座3.3、設置在旋轉軸3.2的另一端用于驅動其旋轉的蝸輪傳動機構3.4，旋轉軸3.2的布置方向與絞刀機構1的布置方向相同。蝸輪傳動機構3.4包括與旋轉平臺3.1側壁固定連接的蝸輪3.41、設置在蝸輪3.41下方與其嚙合的蝸桿3.42、用于驅動螺桿3.42旋轉的第三電機3.43、以及用于安裝旋轉軸3.2的第二支撐座3.44；第三電機3.43的輸出軸通過換向器3.45與蝸桿3.42傳動連接，其中換向器3.45選用90°換向器。旋轉軸3.2的一端通過軸承安裝在第一支撐座3.3上，旋轉軸3.2的另一端穿過蝸輪3.41的中心孔且向外延伸通過軸承安裝在第二支撐座3.44上。蝸輪傳動機構3.4還包括用于安裝第三電機3.43的電機底座3.46、用于安裝蝸桿3.42的螺桿底座3.47、以及用于安裝換向器3.45的換向器底座3.48。第三電機3.43轉動時，通過90°換向器帶動蝸輪3.41、蝸桿3.42旋轉，蝸輪3.41通過旋轉軸3.2與旋轉平臺3.1相連構成一個整體，通過蝸輪3.41、蝸桿3.42帶動工作平臺4的旋轉，實現(xiàn)在指定時刻絞刀的變向旋轉，從而調整絞刀之間的角度。

上述技術方案中，它還包括自適應控制系統(tǒng)，自適應控制系統(tǒng)包括用于監(jiān)測第一電機1.4電流的電流感應器5、plc控制器6、第一電機驅動器7、第二電機驅動器8、第三電機驅動器9；電流感應器5的數(shù)據(jù)輸出端與plc控制器6的數(shù)據(jù)輸入端連接，plc控制器6的第一控制信號輸出端與第一電機驅動器7的控制信號輸入端連接，第一電機驅動器7的驅動信號輸出端與第一電機1.4的驅動信號輸入端連接；plc控制器6的第二控制信號輸出端與第二電機驅動器8的控制信號輸入端連接，第二電機驅動器8的驅動信號輸出端與第二電機2.6的驅動信號輸入端連接；plc控制器6的第三控制信號輸出端與第三電機驅動器9的控制信號輸入端連接，第三電機驅動器9的驅動信號輸出端與第三電機3.43的驅動信號輸入端連接。第一電機1.4和第三電機3.43均為直流減速電機，第二電機2.6為步進電機。該控制系統(tǒng)的功能要求如下：(1)通過產量、土質參數(shù)計算出雙絞刀的工作參數(shù)，即雙絞刀轉速，挖深，橫移速度，雙絞刀間距，旋轉平臺旋轉角度；(2)使雙絞刀以設定的轉速運行；(3)使旋轉平臺以設定角度旋轉；(4)使雙絞刀間距以設定的距離移動；(5)可視化。自適應控制系統(tǒng)能夠根據(jù)已知的土質參數(shù)和給定的產量，通過程序計算出兩個絞刀各自工作時的最佳參數(shù)，即絞刀轉速、挖深以及兩絞刀間的距離和角度。通過自適應系統(tǒng)可靈活地改變兩絞刀間的角度和距離，使絞吸式挖泥船對復雜環(huán)境的適應能力得到了提高，避免常規(guī)單絞刀挖泥船在特殊地形的漏挖和超挖。

在挖泥過程中，兩個絞刀機構1位于上下兩個不同的平面，考慮到挖掘深度的影響，在橫向運動的方向上，位于上方的絞刀總是處于靠前的位置。通過變幅機構3可以改變絞刀之間的角度，可以使上方絞刀總是處于先切削的狀態(tài)，從而提高了工作效率。另外由于水底環(huán)境的復雜性，雙絞刀在工作過程中可能會遇到上方絞刀空轉或者兩絞刀轉速差過大的情況，此時通過變幅機構3改變兩絞刀的相對位置，使兩絞刀處于合理的工作狀態(tài)，可使雙絞刀更好地適應水底環(huán)境。

橫移機構2和變幅機構3可以根據(jù)實際的土質情況對絞刀間的角度和距離進行調整，橫移機構2和變幅機構3受到自適應控制系統(tǒng)的控制，如果上側絞刀所受載荷過大，自適應控制系統(tǒng)收到該信號后，使兩刀間距增大，同時減小旋轉平臺的傾斜角度，使上下側絞刀挖深相同，直到兩絞刀的載荷相近時，便停止調整；如果下側絞刀遇到的土質更加堅硬或上側絞刀挖深變小，此時應使兩刀間距變小，增大旋轉平臺的傾斜角度，直到兩絞刀的電流差保持在合理誤差范圍內。工作平臺4支撐著橫移機構2，同時變幅機構3通過旋轉軸帶動工作平臺4進行旋轉，整套裝置各個部件的運動都受到自適應控制系統(tǒng)的調控，以此達到對環(huán)境自適應的目的。

本發(fā)明的工作過程具體如下：在相同電壓相同轉速下，利用電流感應器記錄此時兩絞刀的電流值，系統(tǒng)通過電流值來反應絞刀載荷的大??；電流感應器記錄的電流值作為在之后水域工作中，是否遇到硬沙環(huán)境的判斷依據(jù)。當一側絞刀遇到堅硬土質后，扭矩會增大，為了保持原速，系統(tǒng)會增加該側電流。

當檢測到兩側電流值差值超過10％后，為了使兩側功率相同，要使電流低側的電流增大，電流高側的電流減小，最后達到兩側絞刀的電流值保持在誤差范圍內，此時功率值相同。

當上側絞刀電流比下側絞刀電流大時，說明上側絞刀遇到的土質更加堅硬或其挖深變大，此時控制中心收到電流信號，并將改信號傳遞給自適應控制系統(tǒng)，自適應控制系統(tǒng)接收到該信號后，使兩刀間距增大，同時減小傾斜角度，使上下側絞刀挖深相同，直到兩絞刀的電流差保持在誤差范圍內；當下側絞刀電流比上側絞刀電流大時，說明下側絞刀遇到的土質更加堅硬或上側絞刀挖深變小，此時控制系統(tǒng)調節(jié)步驟如上，此時應使兩刀間距變小，增大傾斜角度，直到兩絞刀的電流差保持在誤差范圍以內。

以上僅為本發(fā)明的具體實施方式，應當指出，任何熟悉本領域的技術人員在本發(fā)明所揭示的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。