CN102758428B - 一种具有底部出料装置的振冲设备及用于水下振冲的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有底部出料装置的振冲设备，其中的下料管为一长度可调节的伸缩式导管，其包括内套管和外套管，所述内套管和外套管，内套管在上或外套管在上的上下设置，相邻端的一段内套管和外套管套设在一起，在该内套管和外套管的套合处设置一液压离合装置。本发明海提供使用所述振冲设备进行水下振冲的方法，其包括将下料管抵在水底，然后在下料管中设置填充料，再振冲造孔的步骤。本振冲设备和方法可方便地解决尤其是深水中使用下料管不够长的问题，下料管抵在水底可防止填充料飘走的问题。

Description

一种具有底部出料装置的振冲设备及用于水下振冲的方法

技术领域

本发明涉及一种振冲设备，尤指一种具有底部出料装置的振冲设备。本发明还提供一种使用该振冲设备进行水下振冲的方法。

背景技术

现有技术中的用于地基加固或水下深层加密的具有底部出料装置的振冲设备，其包括一下料管，在下料管的下端固设振冲器，在所述下料管的上端设置集料斗，该集料斗上连接起吊滑轮，该起吊滑轮通过钢丝绳与设置在桩杆或桅杆上端滑轮组连接并连接卷扬机，使得所述下料管升降。现有技术中的下料管均为固定长度，这样的下料管存在如下不足：当桩杆或桅杆高度有限制，使该限制下料管的高度小于振冲用下料管的长度时，就给振冲作业带来困难。现在较多海底深层加密作业，作业深度可达30-40米，而桩杆桅杆设置在作业船上，桅杆的高度是有限度的，不能过高。因此，现有的振冲设备使用不便。再有，现有振冲作业的方法是先将下料管和振冲器下降到振冲作业面，启动振冲器造孔，然后，通过下料管将碎石等填充料送到所造孔中再进行振冲加密作业。水下作业，尤其是海中的水下作业，从下料管中放下的填充物极易被水流冲散、卷走，难以填入造孔中。现有技术中有使用护套的做法，但是，在洋流的作用下，护套也常常被冲击而漂起，无法定位在造孔处。

再有，为了使得所述填充料加到集料斗中，继而通过下料管注入作业处，现有技术中在桩杆桅杆上设滑轮，集料斗上连接一料斗提升立柱，该料斗提升立柱上设有所述滑轮与桅杆上的滑轮构成下料管及集料斗的升降结构；一提升料斗上设置提梁，在该提梁上连接钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端通过桅杆上的滑轮连接副卷扬机，为了避免提升料斗在上升到集料斗的过程中与集料斗碰撞，在料斗提升立柱上设有一横梁，该横梁的长度使得所述提升料斗升降过程中与所述集料斗之间有一设定间距。在集料斗上相应处设有钩子，当提升料斗提升到集料斗处时，该设定间距保证提升料斗的边缘钩在该钩子上，继续拉动钢丝绳可以使得提升料斗翻转倾倒添加料进入集料斗。这种结构的缺点在于，由于横梁与料斗提升立柱之间为固定的结构，当提升料斗提到与集料斗相等的高度时，与集料斗之间的间距妨碍提升料斗靠到集料斗上向集料斗中倾倒填充料。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供一种下料管的长度可以调节的具有底部出料装置的振冲设备。

本发明的另一个目的在于提供一种使用具有底部出料装置的振冲设备在水下振冲作业的振冲方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种具有底部出料装置的振冲设备，其包括一下料管，在该下料管的下端固设振冲器，在所述下料管的上端设置集料斗，该集料斗上设置连接结构，用于与桩杆或桅杆连接，形成可升降的连接结构；

所述下料管为一长度可调节的伸缩式导管，其包括内套管和外套管，所述内套管和外套管，内套管在上或外套管在上的上下设置，相邻端的一段内套管和外套管套设在一起，在该内套管和外套管的套合处设置一液压离合装置，该液压离合装置包括一液压缸装置，其固定在所述外套管的管壁上设置的支架上，该液压缸装置中的动作件上连接一动楔形摩擦块，还包括一静楔形摩擦块，两个所述摩擦块相邻的两轴向侧面为形状匹配的在竖直方向上径向尺寸渐变的楔形面，该静楔形摩擦块设置在所述外套管上的所述支架上，其与所述内套管侧壁接触，或者与所述内套管侧壁离开一间距设置，该动楔形摩擦块置于与内套管侧壁接触的所述静楔形摩擦块和所述支架之间而能够轴向移动，或者，该动楔形摩擦块置于所述内套管和所述静楔形摩擦块之间而能够轴向移动； 

在所述内套管和外套管之间还设有防脱限位卡固结构。

液压离合装置的一个具体的方案是：所述外套管设置在下方，在该外套管的上端设置所述支架，在该支架上设置所述液压缸装置，其中的缸体和活塞，其一固定在所述支架上为静止件，另一为运动件，运动件上固设所述动楔形摩擦块，在该支架上设置所述静楔形摩擦块，与所述内套管的管壁相邻，其可在下料管径向移动地固定在所述支架上。

使用时，启动液压缸，运动件带动动楔形摩擦块，在上下其中一个方向上运动，可以使得静楔形摩擦块压紧在内套管外壁上，关闭液压缸，内套管和外套管即固定在一起。当要调节下料管的长度时，启动液压缸，运动件带动动楔形摩擦块沿相反方向运动，就使得静摩擦块与内套管之间的压力减小，内套管和外套管之间可以相对移动，从而改变下料管的长度。

液压离合装置的另一个具体方案是：所述外套管设置在下方，在所述外套管外壁上固设一底座法兰，该底座法兰上的一周或在其一周中有若干段的内侧竖直壁面为圆锥面构成所述静楔形摩擦块；在对应所述底座法兰所在处，所述外套管上开设穿孔，露出内部的内套管，在该底座法兰上设置所述液压缸装置，其中的缸体和活塞，其一固定在所述底座法兰上为静止件，另一为运动件，该运动件上固设所述动楔形摩擦块，该动楔形摩擦块位于露出的所述内套管管壁和所述静楔形摩擦块之间。

使用时，启动液压缸，运动件带动动楔形摩擦块，在上下其中一个方向上运动，插设在内套管壁和静楔形摩擦块之间减小的间隙中，动楔形摩擦块发生材料弹性变形，从而与内套管外壁压紧。反方向运行液压缸，即可使得动楔形摩擦块与内套管外壁分开。

上述方案中的液压缸装置可以是普通柱状液压缸装置，在外套管的圆周上设置2-4个。而一种更好的方案是，所述液压缸装置中具有一环形截面的腔室，其中的活塞亦为与所述腔室匹配的环形截面的柱体，在油缸或活塞中的运动件上固设所述动楔形摩擦块与设置在所述外套管上的所述静楔形摩擦块对应。

所述内套管和外套管之间的防脱限位卡固结构可以是，在内套管相应处的外壁上设置一凸缘卡环，在外套管相应处的管内壁上固设一限位环，该限位环的内径大于所述内套管的外径，小于凸缘卡环的环内径。

为了使得提升料斗能够通过上牵引钢丝绳的带动下能够在集料斗的边缘上顺利自动地翻转倾倒填充料，本发明对于现有振冲设备中的上料装置进行改进，其方案可以是：所述集料斗上连接的所述升降连接结构为固定在集料斗上的料斗提升立柱，其上设有滑轮用于与桅杆上的相应的滑轮装置连接，固定在所述集料斗上置于集料斗上方的所述料斗提升立柱上铰接一悬臂横梁，在所述料斗提升立柱上位于悬臂横梁下方相对于悬臂横梁横向设置的对应位置上设置一挡板，所述悬臂横梁支撑在所述挡板上，在该悬臂横梁的外端设置一滑轮。

为了能够使用本振冲设备能够更好地在水下实施振冲，可采取如下方法：

一种具有底部出料装置的振冲设备在水下实施振冲作业的方法，包括如下步骤：

步骤1：将下端固设振冲器的一下料管下放到水中，使得下料管的下端抵在水下的底面上且无法再往下移动；

步骤2：向所述下料管中投放填充料，在下料管中形成一个填充料柱；

步骤3：启动振冲器，振冲器开始造孔，同时不断下放下料管，使得下料管随孔深的增加而下降，在水下面造孔达到设定深度；

步骤4：向上提升下料管和振冲器设定距离，同时振冲器继续运转，且不断向下料管中添加填充料，当该设定距离的孔中填充料振冲密实后再向上提升下料管和振冲器一段设定距离，逐段提出，不断循环，直至整个孔中填料密实。

所述的设定距离小于造孔的设定深度。

当需要使用具有伸缩功能的下料管作业时，可以是这样的：在上述步骤3至步骤4中，当造孔到一定深度，造孔未达到设定深度前，现有料管长度不能满足施工要求，下料管不够长了，这时打开液压离合装置的控制装置即可称为松开伸缩抱管器，同时向上提升下料管，这时，内套管和外套管相对移动，使得下料管伸长出设定长度，然后关闭液压离合装置，即可称为锁死抱管器；再重新开始步骤2和步骤3；在造孔到深度要求后，开始加密过程即进行步骤4；加密到下料管伸长的设定长度后，收回下料管伸长的长度，即松开伸缩抱管器，放下下料管，这时，内套管和外套管相对移动，下料管缩短到起始长度，再锁死伸缩抱管器，之后，继续进行加密即步骤4。

通过上述方法，可以很好地解决在水下，尤其在海底振冲作业遇到水流冲散填充料的问题。

而每次伸缩下料管，都是一次松开和锁死操作。

在振冲过程中，提升或放下下料管，是通过设置在桩杆或桅杆上的主卷扬机牵动集料斗上设置连接结构实现的。

本发明提供的振冲设备，其中的可调伸缩的下料管，使得振冲设备能够适用于各种场合，尤其适合于在海上加密海底基础的工作船上桅杆高度不能太高的工作环境。本发明对于振冲设备上料装置的改进，使得上料更加方便，效率更高。本发明提供的使用本振冲设备在水下加密振冲操作方法，确保振冲的效果，很好地解决了填充料漂散的问题。

下面通过附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明提供的具有底部出料装置的振冲设备的结构示意图。

图2为本发明提供的振冲设备中下料管伸缩液压离合装置的一种结构的结构示意图。

图3为图2的俯视结构示意图。

图4为本发明提供的振冲设备中下料管伸缩液压离合装置的另一种结构的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种具有底部出料装置的振冲设备，包括一机架，该机架包括一竖直设置于例如船舶上的桩架桅杆1，在该桩架桅杆1的顶部设有一桅杆头11，在该桅杆头上设有一滑轮111，其上的钢丝绳112向下连接下面竖直设置的一提升立柱2上端的滑轮21，滑轮111和滑轮21及其上的钢丝绳112构成了提升滑轮立柱2的提升机构，钢丝绳连接主卷扬机，可以使得提升滑轮立柱2上下移动。在提升滑轮立柱的下端固联本振冲设备中的集料斗3，在集料斗3的下面连接下料管4，在下料管4的下端并排捆绑固定振冲器5。振冲器5中的电机密封在振冲器壳体中，电机上连接的电缆等管线从固定在下料管侧壁上的管束管道的下部密封地伸进，从管道的上部伸出。在本实施例中，设置管束的管道中间有一转折，而下料管则为竖直管，中间不设任何转折，为了便于填充料的下排。在桅杆头11上还设置一滑轮113和滑轮114，其间设置提升钢丝绳115，该提升钢丝绳115向下悬挂一提升料斗6的提梁61，该滑轮113、滑轮114和提升钢丝绳115组成一个提升料斗6的提升机构，钢丝绳115连接一副卷扬机（图中未示出），使得提升料斗6在装满填充料之后提升到与集料斗相当的高度向集料斗中倾倒的作业。

固定集料斗3的提升立柱2上铰接一悬臂横梁7，其置于集料斗3上方，在该悬臂横梁7的外端设置一滑轮71。在提升立柱2上位于悬臂横梁7横向设置的对应位置上设置一挡板72，所述悬臂横梁7支撑在所述挡板72上，使得悬臂横梁7可以向上转动，但向下的转动方向被挡板卡住。前述提升料斗6上连接的钢丝绳通过该悬臂横梁7上外端设置的滑轮71。在使用中，提升料斗6上的提升钢丝绳115通过该悬臂横梁7上的所述滑轮71连接桅杆上的滑轮113和滑轮114连接卷扬机（图中未示出）。当提升料斗6上升到集料斗3的上边缘的钩子上时，继续拉动提升钢丝绳115，所述悬臂横梁7就可以绕铰接轴向上转动，其上的滑轮71即靠向桅杆1，在该作用力的作用下，就可以使得提升料斗6能够顺利地在集料斗3的上边缘的钩子上翻转倾倒填充料了。这里，提升料斗6上的提梁的固定位置应该在该提升料斗的重心的上方，其提梁的长度应满足翻转过程中不会受到提升料斗的阻挡。

图1所示的具有底部出料装置的振冲设备，其中的下料管4是可调伸缩的下料管4。如图1、图2和图3所示，其包括在上的内套管41和在下的外套管42，内套管41和外套管42相邻端的一段内套管和外套管套设在一起，在该内套管41和外套管42的套合处设置一液压离合装置8，该液压离合装置8包括一液压缸装置81，其固定在所述外套管的管壁上设置的一支架82上，活塞杆铰接在支架82上，动作件油缸上连接一动楔形摩擦块83，还包括一静楔形摩擦块84，其一侧与内套管41的外壁贴合，在竖直方向上固定在所述支架82上，但能够在下料管的径向上移动，动楔形摩擦块83和静楔形摩擦块84相邻的两轴向侧面为形状匹配的在竖直方向上径向尺寸渐变的楔形面，动楔形摩擦块83的外侧面抵在支架82的外侧壁821上。

在下料管4的圆周侧壁上可以均布三个上述液压离合装置。

使用时，三个液压离合装置中的液压缸装置同时动作，使得外套管抱紧内套管或松开内套管而进行下料管长度的调节。液压缸动作，使得其上的动楔形摩擦块小端朝下地插到由静楔形摩擦块和支架侧壁之间的上大下小的间隙中，即抱紧内套管，振冲设备即可进行作业。当要调节下料管的长度是，使得液压缸反向动作，动楔形摩擦块向上移动，使得外套管与内套管之间的挤压力消除，即可调节下料管长度。

所述内套管和外套管之间的防脱限位卡固结构可以是，在内套管的下端外壁上固设一凸缘卡环411，在外套管42的上顶端所述支架的下部设置一限位环421，该限位环421的内径大于所述内套管41的外径，小于凸缘卡环411的环内径。

如图4所示，液压离合装置的另一个具体方案是：依然是外套管42设置在下方，内套管41和外套管42套合，下料管上设置的液压离合装置为：在外套管42外壁上固设一底座法兰9，该底座法兰9上的一段内侧竖直壁面为圆锥面构成所述静楔形摩擦块91；在对应所述底座法兰9所在处，所述外套管上开设穿孔422，露出内部的内套管41，在该底座法兰9上设置所述液压缸装置92，其中的缸体和活塞，其一固定在所述底座法兰91上为静止件，另一为运动件，运动件上固设所述动楔形摩擦块93，该动楔形摩擦块93位于穿孔422中露出的内套管42管壁和所述静楔形摩擦块91之间。

在内套管41的下端设置一限位凸缘411’，在外套管42的上端口上设置限位环421’。

使用时，启动液压缸，运动件带动动楔形摩擦块，在向下运动时，插设在内套管壁和静楔形摩擦块91之间减小的间隙中，动楔形摩擦块93发生材料弹性变形，从而与内套管外壁压紧成所述锁死状态。反方向运行液压缸，即可使得动楔形摩擦块与内套管外壁分开成所述松开状态。

在如图4所示的实例中，可以将围绕下料管周围的几个油缸改为一个环形液压缸装置，其中的油缸为环形柱体，腔室为环形，其中的活塞亦为与所述腔室匹配的环形截面的柱体，在油缸或活塞中的运动件上设置若干根推杆，在每根所述推杆上固设所述动楔形摩擦块与设置在所述底座法兰上的所述静楔形摩擦块对应。

为了能够使用本振冲设备能够更好地在水下实施振冲，使用上述振冲设备采取如下方法进行振冲作业：

步骤1：通过升降滑轮立柱2的提升机构的主卷扬机（图中未示出）将其下端固设振冲器的一下料管4下放到水中，使得下料管4的下端抵在水下的底面上且无法再往下移动；

步骤2：向所述下料管4中投放填充料，在下料管中形成一个填充料柱；

步骤3：启动振冲器5，振冲器开始造孔，在水下面造孔达到设定深度；

步骤4：通过提升滑轮立柱2的提升机构向上提升下料管和振冲器设定距离，该距离小于造孔的设定深度，同时振冲器继续运转，在下料管4中的填充料流出到所造的孔中，同时不断向下料管中添加填充料，当该设定距离的孔中填充料振冲密实后再向上提升下料管和振冲器一段设定距离，逐段提出，不断循环，直至整个孔中填料密实。

所述的设定距离小于造孔的设定深度。

当需要使用具有伸缩功能的下料管作业时，可以是这样的：在上述步骤3至步骤4中，当造孔到一定深度，造孔未达到设定深度前，现有料管长度不能满足施工要求，下料管不够长了，这时打开液压离合装置的控制装置即可称为松开伸缩抱管器，同时向上提升下料管，这时，内套管和外套管相对移动，使得下料管伸长出设定长度，然后关闭液压离合装置，即可称为锁死抱管器；再重新开始步骤2和步骤3；在造孔到深度要求后，开始加密过程即进行步骤4；加密到下料管伸长的设定长度后，收回下料管伸长的长度，即松开伸缩抱管器，放下下料管，这时，内套管和外套管相对移动，下料管缩短到起始长度，再锁死伸缩抱管器，之后，继续进行加密即步骤4。

Claims (10)

1.一种具有底部出料装置的振冲设备，其包括一下料管，在该下料管的下端固设振冲器，在所述下料管的上端设置集料斗，该集料斗上设置连接结构，用于与桩杆或桅杆连接，形成可升降的连接结构；其特征在于：

所述下料管为一长度可调节的伸缩式导管，其包括内套管和外套管，所述内套管和外套管，内套管在上或外套管在上地上下设置，相邻端的一段内套管和外套管套设在一起，在该内套管和外套管的套合处设置一液压离合装置，该液压离合装置包括一液压缸装置，其固定在所述外套管管壁上设置的支架上，该液压缸装置中的动作件上连接一动楔形摩擦块，还包括一静楔形摩擦块，其至少在竖直方向上固定在所述外套管上，两个所述摩擦块相邻的两轴向侧面为形状匹配的在竖直方向上径向尺寸渐变的楔形面，该静楔形摩擦块设置在所述外套管上的所述支架上，该静楔形摩擦块与所述内套管侧壁接触，或者与所述内套管侧壁离开一间距设置，该动楔形摩擦块置于与内套管侧壁接触的所述静楔形摩擦块和所述支架之间而能够轴向移动，或者，该动楔形摩擦块置于所述内套管和所述静楔形摩擦块之间而能够轴向移动；

在所述内套管和外套管之间还设有防脱限位卡固结构。

2.根据权利要求1所述的具有底部出料装置的振冲设备，其特征在于：所述液压离合装置是：所述外套管设置在下方，在该外套管的上端设置所述支架，在该支架上设置所述液压缸装置，其中的缸体和活塞，其一固定在所述支架上为静止件，另一为运动件，运动件上固设所述动楔形摩擦块，在该支架上设置所述静楔形摩擦块，与所述内套管的管壁相邻，其在下料管的径向可移动地固定在所述支架上。

3.根据权利要求1所述的具有底部出料装置的振冲设备，其特征在于：所述液压离合装置是：所述外套管设置在下方，在所述外套管外壁上固设一底座法兰，该底座法兰上的一周的内侧竖直壁面为圆锥面，或在该底座法兰上一周中有若干段的内侧竖直壁面为圆锥面，该圆锥面构成所述静楔形摩擦块；在对应所述底座法兰所在处，所述外套管上开设穿孔，露出内部的内套管，在该底座法兰上设置所述液压缸装置，其中的缸体和活塞，其一固定在所述底座法兰上为静止件，另一为运动件，该运动件上固设所述动楔形摩擦块，该动楔形摩擦块位于露出的所述内套管管壁和所述静楔形摩擦块之间。

4.根据权利要求2或3所述的具有底部出料装置的振冲设备，其特征在于：所述液压缸装置是柱状液压缸装置，在外套管的圆周上设置2-4个。

5.根据权利要求2或3所述的具有底部出料装置的振冲设备，其特征在于：所述液压缸装置为环形液压缸装置，其中的油缸中具有一环形截面的腔室，其中的活塞亦为与所述腔室匹配的环形截面的柱体，在所述运动件上固设所述动楔形摩擦块与设置在所述外套管上的所述静楔形摩擦块对应。

6.根据权利要求1所述的具有底部出料装置的振冲设备，其特征在于：所述内套管和外套管之间的防脱限位卡固结构是，在内套管相应处的外壁上设置一凸缘卡环，在外套管相应处的管内壁上固设一限位环，该限位环的内径大于所述内套管的外径，小于凸缘卡环的环内径。

7.根据权利要求1所述的具有底部出料装置的振冲设备，其特征在于：所述集料斗上连接的所述可升降连接结构为固定在集料斗上的料斗提升立柱，其上设有滑轮用于与桅杆上的相应的滑轮装置连接，固定在所述集料斗上置于集料斗上方的所述料斗提升立柱上铰接一悬臂横梁，在所述料斗提升立柱上，位于悬臂横梁下方，相对于悬臂横梁横向的对应位置上设置一挡板，所述悬臂横梁支撑在所述挡板上，在该悬臂横梁的外端设置一滑轮。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的具有底部出料装置的振冲设备在水下实施振冲作业的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将下端固设振冲器的一下料管下放到水中，使得下料管的下端抵在水下的底面上且无法再往下移动；

步骤2：向所述下料管中投放填充料，在下料管中形成一个填充料柱；

步骤3：启动振冲器，振冲器开始造孔，在水下面造孔达到设定深度；

步骤4：向上提升下料管和振冲器设定距离，同时振冲器继续运转，且不断向下料管中添加填充料，当该设定距离的孔中填充料振冲密实后再向上提升下料管和振冲器一段设定距离，逐段提出，不断循环，直至整个孔中填料密实。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的设定距离小于造孔的设定深度。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在上述步骤3至步骤4中，当造孔到一定深度，造孔未达到设定深度前，现有料管长度不能满足施工要求，下料管不够长了，这时打开液压离合装置的控制装置即可称为松开伸缩抱管器，同时向上提升下料管，这时，内套管和外套管相对移动，使得下料管伸长出设定长度，然后关闭液压离合装置，即可称为锁死伸缩抱管器；再重新开始步骤2和步骤3；在造孔到深度要求后，开始加密过程即进行步骤4；加密到下料管伸长的设定长度后，收回下料管伸长的长度，即松开伸缩抱管器，放下下料管，这时，内套管和外套管相对移动，下料管缩短到起始长度，再锁死伸缩抱管器，之后，继续进行加密即步骤4。