南水北调工程中段用大跨度开沟机设计

根据南水北调工程中段工程需要而设计的大跨度开沟机,适合一般混填土的开沟施工。本文通过对其执行机构、桁架机构的设计进行分析,得出结论:其适用最大跨度为23m,最大坡度为1:3,开沟最大深度600mm,开沟速度100~300m/h。该设备生产周期短、投资小、效率高。     

东深供水工程输水建筑物模板体系的选择与应用

东深供水改造工程获得众多的奖项，特别是清水混凝土的质量，创造了国内一流水平，其模板体系是保证工程质量最直接的手段，而具有代表性的是u形薄壁渡槽和圆涵的大型模板体系。     

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。     

LC-2型全自动监控式拉槽机及拉槽法建造地下连续薄砼防渗墙技术

针对长江中下游大堤地质条件 ,自行研制了LC - 2型全自动监控式拉槽机。阐述了其基本性能、成槽机理、适用范围、主要技术参数、主要机械结构、反循环排渣系统、电脑监控技术等 ,并结合工程实例介绍拉槽法建造地下连续薄砼防渗墙施工技术。     

新型喷冲式挖沟机总体设计与结构安全性评估

为解决传统挖沟机设计存在的尺寸过大、难于整体运输、必须拆卸分段运输和重量过大、操作过程中出现意外、易对管道造成伤害两大问题,提出了一种新型挖沟机的总体设计方案。由于没有专门的挖沟机结构设计规范,本文基于CCS潜水器规范和有限元技术,对该挖沟机的结构安全性进行了评估,并提出了结构设计加强方案。该新型挖沟机在渤海湾锦州251工程完成了海试,并于垦利海上石油管道挖沟工程完成了30 km的管道铺设。实践证明,提出的新型海底喷冲式挖沟机总体设计是成功的,对此类挖沟机的广泛应用和发展具有重要工程意义。     

开沟铺管机行走与开沟系统设计和功率匹配研究

该文通过计算和分析开沟铺管机行走系统,推导出液压行走系统扭矩-速度-液压系统效率曲线图和关键点。依照开沟铺管机的作业工况,设计了液压行走系统电控方案。探讨发动机与液压行走系统的功率匹配方案。根据开沟系统功率计算公式,分析影响开沟功率的因素。结合液压驱动和开沟系统与发动机功率和扭矩的曲线图,在进一步探讨驱动和开沟系统的功率分配原则的基础上,得出功率分配方案框图,为链式开沟铺管机的设计使用和动力系统匹配提供一定的参考和借鉴。     

Lateral Dynamic Analysis and Motion Control of a Jet Trencher in Ocean Currents

论文标题：射流式挖沟机在海流环境中的横向动力学分析和运动控制

作者：李翔,王涛,赵敏,葛彤（上海交通大学）

创新点说明：

1 建立了水下挖沟机在海流条件下的横向偏移振动的动力学模型,以往研究关注点主要在于水下系统的垂向振动;

2 对建立的动力学模型进行简化,并采用解析方法得到其近似解析解。

目的：

在海流环境中,由于水面母船和脐带缆传递的外部激励影响,水下挖沟机会发生垂向振荡和横向偏移,其运动特性十分复杂。横向偏移运动对海底管线埋设作业影响巨大,挖沟机偏移预定管线路径,很有可能穿过或压到管线,对管线造成切割等损伤破坏。为了控制水下挖沟机在管线上方的悬停和定位,需要研究水下挖沟机在海流等外部激励作用下的横向偏移运动特性,进而对水下挖沟机的横向偏移进行控制,实现对海底管线的对中悬停和定位,保持作业点位置的稳定,使其不偏离海底管线路经中心线。

方法：

1 对建立的水下挖沟机在海流条件下的横向偏移振动的动力学模型进行简化,并采用解析方法——平均法,得到其近似解析解;

2 采用双回路控制器对水下挖沟机进行横向振动控制,实现对海底管线的对中定位。

结果：

1 采用解析方法得到水下挖沟机在海流条件下的横向偏移振动的近似解析解,在分析不同物理参数（不同吊缆长度、不同海流速度）对挖沟机悬吊系统横向振动的影响后,发现近似解析解与数值结果吻合较好。但解析法得到的振动幅值比数值方法略大,用解析法和数值法得到的横向位移之间的最大差值小于0.5m,所以用解析解去估计挖沟机的在海流中的振动是保守和安全的。

2 对于振幅微弱情形,双回路控制器具有和单回路控制器相似的控制效果。但是振荡剧烈、振动频率较高情形,双回路控制器的调整时间更短、振动幅值控制的更小和控制力更平滑。综上,双回路PID控制器对于在海流条件下的挖沟机的横向振动运动具有良好的控制效果。

结论：

1 建立的水下挖沟机在海流条件下的横向偏移振动的动力学模型具有非线性特性,为了在实际工程中进行快速求解和应用,可以采用简化非线性绝对值项的方法,求得模型的近似解析解。

2 在研究不同物理参数对挖沟机悬吊系统横向振动的影响,和分析不同类型阻尼振动的特征后,得到采用平均法求得的近似解析解与数值结果吻合较好,对海流环境中水下挖沟机的横向振动模拟的是适用的。

3 双回路PID控制器对于水下挖沟机的横向振动运动具有良好的控制效果,可以对类似水下作业悬吊系统的控制方法提供参考和借鉴。

关键词：水下挖沟机,动力学模型,解析解,双回路控制,海流

     

非接触式挖沟机在海管后挖沟中的应用

海底管线是海上油气田的生命线,一旦发生事故,不仅会污染海洋环境,而且会造成重大经济损失。挖沟掩埋作为一种经济且高效的海管保护措施,受到工程各方青睐。文中以实际工程为例,介绍非接触式挖沟机结构及工作原理,重点阐述了非接触式挖沟机在海管后挖沟中的应用。     

Traction Potential Analysis of Self-Propelled Seafloor Trencher Based on Mechanical Measurements in Bentonite Soil

基于膨润土力学测试的海底自行式开沟机牵引性能分析

王 猛¹,王旭阳^1*,孙元宏²,谷志珉²

(1.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240;

2.国家海洋局北海海洋技术保障中心,青岛 266061,山东）

创新点说明：

（1）通过对沉积物变形特征的分析,结合履土作用剪切实验数据,总结出一种新的海底沉积物剪切经验模型“饱和软塑土剪切模型”（saturated soft-plastic soil shear stress-displacement model, SSP model）;

（2）基于“饱和软塑土剪切模型”（SSP模型）,结合自行式开沟机作业过程中受力情况,利用有效拖曳力推导履带切向牵引力计算公式,最终建立海底履带有效拖曳性能计算模型。

目的：

结合海底开沟埋缆工程需求,开展深海自行式履带开沟机的实验室预研工作,通过模型实验及理论分析,解决海底沉积物稀软表层履带开沟机的承载驱动计算与预测问题。

方法:

（1）研究过程所用方法——文献调研、实验分析、理论推导、模型验证实验;

（2）主要设备——带板综合测试台（UEST05）,六分力（力/力矩）传感器（SI-475-20）,数据采集模块（NET F/T 9105）,履带测试带板,履带开沟机缩尺模型（SMT-T 01-05）,拖曳力测试台架（UEDT05）

结果:

（1）海底沉积物剪切应力-剪切位移关系模型对于自行式履带开沟机牵引性能分析及预测非常重要,目前剪切模型大多针对陆用设备所提,不适用高含水量、流塑态的海底沉积物;通过对海底沉积物剪切变形及实验的综合分析,总结出适用于沉积物的饱和软塑土剪切模型;

（2）通过对典型工况海底履带开沟机的受力分析,结合饱和软塑土剪切模型,建立基于SSP模型的履带有效拖曳性能分析模型和求解方法。

结论:

（1）带板剪切实验结果显示,陆用剪切模型对于黏性软塑沉积物有一定的局限性,“饱和软塑土剪切模型”（SSP model）能较好地描述带板在沉积物中的力学响应;

（2）拖曳模型实验结果表明,海底沉积物中基于SSP经验模型建立的履带有效拖曳性能分析模型合理有效,这也从牵引性能角度证明“饱和软塑土剪切模型”（SSP model）对于海底沉积物可行有效。

关键词：

剪切应力-剪切位移模型;饱和软塑土剪切模型;牵引性能;拖曳力;自行式海底开沟机

     

南水北调工程中线链式开沟机工作装置设计

本文介绍了因南水北调中段工程需要而设计的链式开沟机工作装置,对其工作装置的设计理论及具体设计进行具体说明,并列举了其工作参数。该工作装置与现有混凝土衬砌机的桁架、行走装置和驱动结合使用,结构简单、生产周期短、投资小、生产效率高。