详情

原文传递疏浚抓斗的优化仿真研究

论文题名：	疏浚抓斗的优化仿真研究
关键词：	MATLAB;挖泥船;疏浚抓斗;优化仿真
摘要：	我国江河湖库众多，软海岸线长，水资源南多北少，水土流失严重，航运历来是交通运输的重要方式。然而由于我国的疏浚治理手段落后，规模小，特别是以前水利清淤疏浚欠债较多，致使河道和入海口淤塞严重，水患频繁，航道和港深标准偏低，水库面积和库容萎缩普遍。严重的危害了我国航运贸易的发展，同时因为江河湖泊的淤积，雨量大的季节洪峰来临无法很好的泄洪，对人民的生命财产造成了威胁，也严重影响了国民经济的发展。因此，江河湖泊及港口的疏浚工作是大有裨益、需大力加快发展的。作为挖泥船的重要组成部分之一疏浚抓斗的挖掘效率的提高，将从源头上影响挖掘的效率，提高挖泥船的工作能力和效率，这对于疏浚有着现实的意义。而实际上，目前我国的疏浚抓斗甚至是整个抓斗行业，挖掘效率都不高，散货抓斗的抓取比最大的也就是1.5～1.6，国外的可以达到2.0左右；国内疏浚抓斗的抓取比更低，在0.5左右。可见，我国的疏浚抓斗的工作性能研究还有待进一步的加强。本文的主要内容是对疏浚抓斗的优化仿真研究。参照已有的疏浚抓斗理论，通过深入的分析研究，得出疏浚抓斗的更为详细的工况，结合土力学知识建立疏浚物料性质的模型，从而得到疏浚抓斗的各组在性质和数量上都不同于陆上散货抓斗的挖掘力和挖掘阻力，进而建立疏浚抓斗挖掘过程的力学模型；通过严密的分析和数学推理，建立疏浚抓斗的优化和仿真数学模型，然后利用MATLAB编写仿真程序完成挖掘仿真和抓斗优化。挖掘仿真和抓斗优化是以36t疏浚抓斗的常规经验设计为基础进行的，基本思路是“仿真-优化-再仿真”。挖掘仿真输出抓斗的抓取量、抓取体积、挖掘深度、开闭绳闭合力、抓取力矩和阻力矩、刃口上抓取力及抓取阻力等性能参数，并绘出挖掘曲线、开闭绳闭合力曲线、抓取力矩和阻力矩曲线，以及刃口上抓取力及抓取阻力曲线；仿真过程中，还对粘聚力和斗齿的影响进行了仿真探讨。抓斗仿真选择十个对抓斗抓取性能有很大影响的变量进行优化，以抓取比为目标函数；并将最终的优化变量的结果回调到仿真程序中进行仿真，对比仿真前后抓斗抓取性能的变化。本文的程序编程写用的是MATLAB语言。MATLAB是一种面向对象、操作界面十分友善的计算工具语言，可以应用在数学研究、控制领域、电学领域、机构运动领域等众多领域，能够实现数值计算(包括解方程组、积分、微分、拟合、Fourier等多种科学计算)、符号计算、数据和函数的可视化、优化计算和仿真等多项功能，它是一个融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准软件。
作者：	郭广松
专业：	机械电子
导师：	周银龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海海事大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文