CN100363561C - 海床土体探、监测探杆贯入机具 - Google Patents

Abstract

一种海床土体探、监测探杆贯入机具，压贯机构承台固定在贯入机具底座上；固定在承台上面的油缸杆，连接压贯机构承台下面的探杆间歇锁具；探杆间歇锁具和承台有通过探杆的通孔；探杆间歇锁具的夹头可以夹持在探杆接头处的凹槽内；水下液压动力供应机构的油路连接控制油缸和油压马达，其电路和海床土体探、监测探杆贯入机具外的控制台连接。该机具能在海底自身发挥压贯力，将探杆分段缓匀速压贯入海床；不用人员下水操作固定和放收探杆；锚杆周边土层破坏小；抵御海洋水流侧向力的能力和抗拔能力强；在探杆贯入海床土体过程中，既减少了对土体的干扰，又避免了细长形探杆的弯曲和损坏。

Description

海床土体探、监测探杆贯入机具

技术领域

本发明属于海洋探测技术领域，涉及一种能将海床土体多功能探、监测探杆，压贯入海床土层中的装置，具体的说是一种适用于浅水砂质海域，特别是硬砂底海域的海床土体探、监测探杆贯入机具。

背景技术

海底土体物理、化学和力学参数的原位测试，及地层孔隙水压力等参数的长期监测等探测为海洋工程选址、设计和施工提供必要的参数指标。但是将海底探测或监测系统的探杆，按照预定要求插入一定深度的海床土体，并且尽可能的减少对土体的干扰，这是实施现场观测的先决条件。而在海洋实测中，往往要求探杆具有相当的长度，有的长径比L/D近乎100，长度达6米的细长形探杆，特别是在我国大陆架浅水砂质海域，尤其是俗称“铁板砂”的硬砂底海域，探杆在贯入海床土体的过程中极易弯曲，甚至损坏。现有技术中，用自由落体方式，凭借自身重力将探杆贯达海床土层内仅适应于陆坡或半深海软质海床，而振动打入方式对探测用传感器的影响是难以克服的，并且这两种贯入方式都存在着插入深度无法控制和对土体扰动大等问题。在海水下操作，采用陆地或矿井使用的静力触探机不能达到海底作业的技术要求：例如1998年9月23日公告的97206813.9号中国专利“静力触探机”，是陆用设备，如在海洋里工作，电机和动力传输部分裸露，防腐防锈的问题解决不了，由人工更换压、拔头来实现探杆的压下和拔起，不适宜海下作业，而且探杆长度受机架和丝杠高度的限制，不适宜细长形探杆的贯入。1994年9月7日公告的93226701.7号中国专利“深层静力触探机”，其采用单向卡块夹持探杆的方式，在探杆回收时，需要人工将卡块调换位置，对于水下作业是极为不便的，由于没有克服探头下压产生土体反力的装置，因此不适应有海洋水流和浮力的水下作业。而2005年3月16日公开的200310105528.7号中国专利“一种螺旋水下定位装置”，传动轴主要是通过长键对螺旋锚体来传递扭矩，由螺旋导向套内壁的内螺纹与螺旋锚体上部外螺纹配合旋转而压入螺旋锚体的同时，螺旋锚体下部螺旋叶片也旋转，因而螺旋叶片旋转空间的土层被绞松，这就使螺旋锚体旋入土层后抵御侧向力的能力和抗拔能力大为减弱，所以正如该专利说明书所述，这种螺旋水下定位装置只适用于水下作业的体积小、质量较轻的潜器定位。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述技术中的缺陷，提供一种适用于我国硬砂底海域，可以搬移使用，固定定位和放收探杆的海床土体探、监测探杆贯入机具。该机具不需要人员下水固定定位、放收探杆操作，克服探头下压产生的土体反力强，固定定位后抵御海洋水流侧向力的能力和抗拔能力强，在海底自身发挥压贯力，使细长形探杆贯入海床土体过程中，实现分段缓匀速压贯入海床，避免探杆弯曲和损坏。

本发明目的是按以下技术方案实现的：一种海床土体探、监测探杆贯入机具，包括固定在贯入机具底座1上的地锚装置5，探杆压贯油缸3，其特征在于密封的水下液压动力供应机构6、压贯机构承台2固定在贯入机具底座1上；探杆压贯油缸3固定在承台2上面，探杆压贯油缸3的缸杆31连接探杆间歇锁具4，探杆间歇锁具4在压贯机构承台2的下面；探杆间歇锁具4和承台2有通过探杆的通孔；探杆间歇锁具4的夹头41可以夹持在探杆接头处的凹槽内；水下液压动力供应机构6的油路连接控制油缸和油压马达，其电路和海床土体探、监测探杆贯入机具外的控制台连接。

探杆间歇锁具4的底盘43上固定着油缸42，油缸42的缸杆活动连接两组连杆，两组连杆分别活动连接相对的夹头41，夹头41与底盘43的导轨滑动配合。

探杆间歇锁具4或者是底盘43上固定着相对的两个油缸42，油缸42的缸杆分别连接夹头41；夹头41与底盘43的导轨滑动配合。

油缸42的缸杆伸缩时，带动夹头41夹紧和松开探杆接头处的凹槽。夹头41夹持探杆可靠牢固，避免了贯入探杆时，探杆滑移而擦伤。

夹头41有圆弧夹口，且与探杆接头处的凹槽配合。夹头41的圆弧夹口使夹头41对探杆接头处的凹槽配合更好。

开始工作时，油缸42驱动探杆间歇锁具4，使探杆两侧的夹头41对正探杆接头处的凹槽夹紧。启动探杆压贯油缸3，探杆间歇锁具4夹持的探杆便向下缓匀速运动，当探杆压贯油缸3的缸杆31满程伸出时，探杆第一个贯土进程完成，油缸42使探杆间歇锁具4松开探杆，令探杆压贯油缸3回程后，可以开始探杆第二个贯土进程。如此重复，使探杆贯达预定的土层。探杆被分段缓匀速压贯入海床，避免探杆弯曲和损坏。

通过操控第一油压马达57正向启动，使锚杆51下端的锚片钻动，探杆贯入机具的重力克服了土层对锚片的反作用力和海床土体探、监测探杆贯入机具的浮力，锚杆51被旋到预定的位置；反向启动第一油压马达57，可以提升锚片。

地锚装置5的螺旋地锚导杆52固定在底座1上，地锚装置5的第一油压马达57的输出轴连接螺旋地锚锚杆51的上端，地锚锚杆51的下端装有穿过底座1的螺旋地锚锚片；第一油压马达57固定在下法兰56上，下法兰56和导杆52滑动配合。地锚装置5使探杆贯入机具的固定定位更可靠。

导杆52上端固定连接上连板11，下端固定连接下连板53，下连板53固定在底座1上；第二油压马达55固定连接在下连板53上，可以驱动锚杆夹具54夹紧锚杆51。

第一油压马达57采用防水油压马达，在第一油压马达57的曲轴和轴端盖的前端之间有“O”形密封圈。

地锚装置5成等边三角形固定在贯入机具底座1上；各个地锚装置5的地锚上连板11通过连接杆固定连接，成为一体。

通过操控第一油压马达57正向启动，使锚杆51下端的锚片转动，海床土体探、监测探杆贯入机具的重力克服了土层对锚片的反作用力和海床土体探、监测探杆贯入机具的浮力。第一油压马达57、下法兰56、锚杆51为一体，随着锚片的深入，在导杆52导向下一起下降，降到预定的位置后，停止第一油压马达57转动，启动固定在底座1上的锚杆夹紧第二油压马达55，使锚杆夹具54夹紧锚杆51，锚杆51牢固的与底座1连为一体，海床土体探、监测探杆贯入机具稳固的被定位在预定的位置。反向启动第二油压马达55，使锚杆夹具54松开锚杆51，第一油压马达57反向转动，锚片被提升，可以起锚。

水下液压动力供应机构6内的器件都装在潜水密封罐中，由罐内引出罐外的输油管经过罐体壁处由液压密封接头密封，连接第一油压马达57、第二油压马达55、探杆压贯油缸3和油缸42；由密封接头将潜水密封罐中的电线引出罐外。

底座1成六边形，地锚装置5位于相间的三个角，水下液压动力供应机构6位于另一个角，其余两个角放置配重铁12。探杆贯入机具自身重量均衡，稳定。配重加大了探杆贯入机抵御土体反力的能力，并有更好的稳定性。

本发明的优点是：利用液压马达直接带动锚杆的锚片旋入土层，旋入力量大，锚杆周边土层破坏小；探杆贯入机具抵御海洋水流侧向力的能力和抗拔能力强；不用人员下水固定定位、放收探杆操作；能在海底自身发挥压贯力，将探杆分段缓匀速压贯入海床；在探杆贯入海床土体过程中，既减少了对土体的干扰，又避免了细长形探杆的弯曲和损坏。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是探杆间歇锁具的一种实施例；

具体实施方式

贯入机具的底座1上固定有成等边三角形排列的三个地锚装置5，水下液压动力供应机构6，压贯机构的承台2。承台2位于底座1中部。两个探杆压贯油缸3固定在承台2两边。探杆压贯油缸3的缸杆31固定连接探杆间歇锁具4的底盘43，底盘43和承台2中心有探杆通孔，通过探杆的孔和两个探杆压贯油缸3的缸杆31在一条直线上，探杆间歇锁具4的油缸42固定在底盘43上，油缸42的缸杆活动连接两个连杆44，连杆44与连杆45活动连接，两个连杆45分别活动连接探杆通孔两侧的两个夹头41，夹头41与底盘43的导轨配合，夹头41有圆弧夹口，两个夹头41的圆弧夹口可以夹持在探杆接头处的凹槽内。地锚装置5的地锚下连板53固定在底座1上，螺旋地锚锚杆51的下端装有螺旋地锚锚片，穿过下连板53和底座1，其上端用轴节连接第一油压马达57的输出轴，第一油压马达57位于马达上法兰58和马达下法兰56之间，固定在下法兰56上。两侧的螺旋地锚导杆52与下法兰56的滑套滑动配合，其上端固定在地锚上连板11上，下端固定在下连扳53上，第二油压马达55固定连接在下连板53上，可以驱动锚杆夹具54夹紧锚杆51，水下液压动力供应机构6的A、B油路连接第二油压马达55的A、B油路口。三个地锚装置5的上连板11通过连接杆固定连接，成为一体。第一油压马达57是防水油压马达，在曲轴和轴端盖的前端之间有“O”形密封圈。第二油压马达55采用DM160型油压马达。探杆压贯油缸3和第一油压马达57的油路连接水下液压动力供应机构6，受其驱动和控制，水下液压动力供应机构6的电路和海床土体探、监测探杆贯入机具外的控制台连接。水下液压动力供应机构6内的器件都装在潜水密封罐中，由罐内引出罐外的输油管经过罐体壁处由液压密封接头密封，由密封接头将潜水密封罐中的电线引出罐外。底座1成六边形，地锚装置5位于相间的三个角，水下液压动力供应机构6位于另一个角，其余两个角放置配重。

探杆间歇锁具4也可以是底盘43上固定着相对的两个油缸42，油缸42的缸杆分别连接夹头41，夹头41与底盘43的导轨滑动配合，工作时，两个油缸42同时驱动，使探杆两侧的夹头41的夹口对正探杆接头处的凹槽夹紧。探杆间歇锁具4还可以是另外的结构形式，这些都在本发明的保护范围内。

通过操控第一油压马达57正向启动，使锚杆51下端的锚片转动，海床土体探、监测探杆贯入机具的重力克服了土层对锚片的反作用力和海床土体探、监测探杆贯入机具的浮力。第一油压马达57、下法兰56、锚杆51为一体，随着锚片的深入，在导杆52导向下一起下降，降到预定的位置后，停止第一油压马达57转动，启动固定在底座1上的锚杆夹紧第二油压马达55，使锚杆夹具54夹紧锚杆51，锚杆51牢固的与底座1连为一体，海床土体探、监测探杆贯入机具稳固的被定位在预定的位置。反向启动第二油压马达55，使锚杆夹具54松开锚杆51，第一油压马达57反向转动，锚片被提升，可以起锚。

开始工作时，油缸42驱动探杆间歇锁具4，使探杆两侧的夹头41的圆弧夹口对正探杆接头处的凹槽夹紧。启动探杆压贯油缸3，探杆间歇锁具4夹持的探杆便向下缓匀速运动，当探杆压贯油缸3的缸杆31满程伸出时，探杆第一个贯土进程完成，油缸42使探杆间歇锁具4松开探杆，令探杆压贯油缸3回程后，可以开始探杆第二个贯土进程。如此重复，使探杆贯达预定的土层。

夹头41的圆弧夹口夹紧探杆接头处的凹槽，避免了因土层阻力过大使探杆与夹头滑动擦伤的现象。探杆分段缓匀速压贯入海床土体，避免了探杆弯曲和损坏。

Claims (10)

1.一种海床土体探、监测探杆贯入机具，包括固定在贯入机具底座(1)上的地锚装置(5)，探杆压贯油缸(3)，其特征在于密封的水下液压动力供应机构(6)、压贯机构承台(2)固定在贯入机具底座(1)上；探杆压贯油缸(3)固定在承台(2)上面，探杆压贯油缸(3)的缸杆(31)连接探杆间歇锁具(4)，探杆间歇锁具(4)在压贯机构承台(2)的下面；探杆间歇锁具(4)和承台(2)有通过探杆的通孔；探杆间歇锁具(4)的夹头(41)可以夹持在探杆接头处的凹槽内；水下液压动力供应机构(6)的油路连接控制油缸和油压马达，其电路和海床土体探、监测探杆贯入机具外的控制台连接。

2.根据权利要求1所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于探杆间歇锁具(4)的底盘(43)上固定着油缸(42)，油缸(42)的缸杆活动连接两组连杆，两组连杆分别活动连接相对的夹头(41)，夹头(41)与底盘(43)的导轨滑动配合。

3.根据权利要求1所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于探杆间歇锁具(4)或者是底盘(43)上固定着相对的两个油缸(42)，油缸(42)的缸杆分别连接夹头(41)；夹头(41)与底盘(43)的导轨滑动配合。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于夹头(41)有圆弧夹口，且与探杆接头处的凹槽配合。

5.根据权利要求1所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于地锚装置(5)的螺旋地锚导杆(52)固定在底座(1)上，地锚装置(5)的第一油压马达(57)的输出轴连接螺旋地锚锚杆(51)的上端，地锚锚杆(51)的下端装有穿过底座(1)的螺旋地锚锚片；第一油压马达(57)固定在下法兰(56)上，下法兰(56)和导杆(52)滑动配合。

6.根据权利要求5所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于导杆(52)上端固定连接上连板(11)，下端固定连接下连板(53)，下连板(53)固定在底座(1)上；第二油压马达(55)固定连接在下连板(53)上，可以驱动锚杆夹具(54)夹紧锚杆(51)。

7.根据权利要求5所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于第一油压马达(57)采用防水油压马达，在第一油压马达(57)的曲轴和轴端盖的前端之间有“O”形密封圈。

8.根据权利要求1或5所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于地锚装置(5)成等边三角形固定在贯入机具底座(1)上；各个地锚装置(5)的地锚上连板(11)通过连接杆固定连接，成为一体。

9.根据权利要求1所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于水下液压动力供应机构(6)内的器件都装在潜水密封罐中，由罐内引出罐外的输油管经过罐体壁处由液压密封接头密封，连接油压马达和油缸；由密封接头将潜水密封罐中的电线引出罐外。

10.根据权利要求1所述的一种海床土体探、监测探杆贯入机具，其特征在于底座(1)成六边形，地锚装置(5)位于相间的三个角，水下液压动力供应机构(6)位于另一个角，其余两个角放置配重铁(12)。

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