[发明专利]一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统

说明书

一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统，其特征在于，耙臂上安装加速度陀螺仪和超声波传感器，耙臂设备包括上耙管、下耙管、升降上耙管和下耙管的耙中绞车和耙头绞车，使用传感器采集的数据以及数学计算公式，计算机计算并且显示上耙管以及下耙管各自的水平角度和垂直角度、上耙管以及下耙管的夹角，距离船体的距离、耙头深度，耙臂相对于船体的位置和姿态；计算机按实际情况提供上耙管、下耙管、万向节距离船体过近或者过远、上耙管以及下耙管夹角正向或者反向过大的报警并由反馈控制PLC控制耙中、耙头绞车控制上下耙管采取处理动作以解除警告。

技术领域

本发明属于疏浚工程测量与控制设备，尤其是耙吸挖泥船在施工状态下耙管姿态测量、角度与位置计算与显示、报警以及姿态控制的系统。

背景技术

耙吸挖泥船是一种疏浚工程船舶，它能够挖掘场地处挖掘泥沙、挖掘过程中泵送并装载泥沙以及卸泥场地处卸载泥沙。耙臂包括耙头绞车、耙中绞车、上耙管、下耙管以及万向节。在耙吸挖泥船挖泥过程中，耙臂容易受到自身大幅度转向或者波浪的影响，导致上、下耙管以及万向节过于接近船体与船体撞击，或者远离船体牵引耙中绞车以及耙头绞车，造成上、下耙管以及船体的损伤等状况，也容易导致控制上耙管与下耙管的夹角超过工程限制，造成上下耙管之间的万向节损坏等状况。因而，浚工员需要通过控制绞车来控制耙臂在水中的施工状态，保持与船体一定距离以免与船体发生碰撞造成船舶损伤，同时保持耙臂上耙管与下耙管一定夹角以免上下耙管之间的万向节损坏。在传统挖泥船疏浚工作过程中，传统的挖泥船耙管上没有直接测量的传感器以及报警系统进行提醒接近、过远以及角度过小报警，也没有自动控制的耙中绞车以及耙头绞车进行实时调整上耙管、下耙管以及万向节与船体的距离以及上、下耙管的夹角。此外，耙臂姿态的精准测量不仅与耙臂与船体之间的安全距离以及上耙管与下耙管的夹角相关，而且与疏浚产量相关。因此需要一套测量、显示、报警以及控制耙吸挖泥船耙臂姿态的系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够帮助操作人员精确掌握耙臂在水下施工状态时的姿态，同时能够提供测量并报警上耙管、下耙管以及万向节与船体距离、上耙管与下耙管的夹角，提供耙中绞车、耙头绞车进行上耙管、下耙管以及万向节与船体距离自动控制以及上耙管与下耙管的夹角自动控制的系统。

本发明的技术方案是：

一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统，其特征在于，包括耙吸挖泥船耙管姿态测量显示报警子系统和耙臂姿态控制子系统，共两个子系统；

耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统由一套耙臂设备、各类传感器、可编程控制器与计算机组成；耙臂设备包括耙臂和控制耙臂动作的执行机构，耙臂包括上耙管、万向节、下耙管，执行机构包括耙中、耙头绞车；耙臂上安装有检测耙臂角度变化的上耙管加速度陀螺仪和下耙管加速度陀螺仪，以及安装有检测上耙管、万向节、下耙管与船体的距离的上耙管超声波传感器、万向节超声波传感器以及下耙管超声波传感器；

上述各个传感器的安装位置是：

上耙管加速度陀螺仪安装于上耙管水平面处，用来测量上耙管绕X轴的角速度Δα₁(t₁)和绕Z轴的角速度Δβ₁(t₁)；

下耙管加速度陀螺仪安装于下耙管水平面处，用来测量下耙管绕X轴的角速度Δα₂(t₁)和绕Z轴的角速度Δβ₂(t₁)；

上耙管超声波传感器安装于上耙管侧边垂直处，用来测量上耙管与船体的距离D_UP；

万向节超声波传感器安装在下耙管靠近万向节处，用来测量万向节与船体的距离D_UF；

下耙管超声波传感器安装于下耙管侧边垂直处，用来测量下耙管与船体的距离D_LO。