CN104884709B - 切割式挖掘船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在开放水域中操作切割式挖掘船(1)的方法，尤其涉及在挖掘操作期间对地面反作用力的控制，所述挖掘船包括：浮体(2)；细长的刀具架(3)，在所述刀具架的可降低的自由端处具有用于挖掘的刀头(4)，所述刀具架(3)可铰接地耦接至所述浮体(2)并且能够在向上位置与切割位置之间铰接，在切割位置中，所述刀头(4)与水体(7)的底部(6)处的待切除的物质(5)接合。

Description

切割式挖掘船

技术领域

本发明涉及一种在开放水域中操作切割式挖掘船(cutting dredger)的方法，尤其涉及在挖掘操作期间控制地面反作用力，所述挖掘船包括：

-浮体；

-细长的刀具架(cutter ladder)，在其可降低的自由端具有用于挖泥的刀头，所述刀具架可铰接地耦接至所述浮体，并且在向上位置与切割位置之间可铰接地移动，其中，所述刀头与在水体底部处的待切除的物质接合。

背景技术

从涉及用于通过挖掘船泵吸的方法和设备的US2005268499中已知这样一种方法。在此文中，公开了由头部在底部上应用预定量的载荷力。在此文中，操作绞盘和缆绳以及控制器来提起一些头部重量直到将期望的预定头部力施加到底部。缺点是头部重量仅可以被提起。

通常，众所周知，通过液压缸提升和降低与挖掘船的船体连接的架，例如，像在US3470633、US4095545A、US4628623A以及US 2850814中那样。通常，这些挖掘船具有相对较短的架，并且不适合于在开放水域中操作，而是用于在限定的空间区域和/或没有波浪或者具有很小的波浪的区域内操作，例如，在港口或海港中。在挖掘的同时，不操作这些液压缸。然而，众所周知，操作柱塞式缸(ram cylinder)用于给艰苦的挖掘提供挤压作用(crowdingaction)。这个柱塞式缸与比较短的架耦接，不适合于开放水域。开放水域在此处表示具有可能的显著波浪高度的水域。

亦众所周知，与在US2963801A中一样，在摇摆运动期间液压地驱动刀具架，该摇摆运动是相对于竖直运动的横向运动。

US 2005/0268499 A涉及一种环保挖掘方法，该方法是用吸入头以用于从水体的底部中去除污染层。吸入头可以在底部上施加预定量的载荷力。在此文中，操作绞盘和缆绳以及控制器来提高一些吸入头重量，直到将期望的预定头部力施加到底部。从缆绳中悬挂的这种吸入头不足以控制切割式挖掘船的地面反作用力。

US3777376(A)公开了一种用于波涛汹涌的海面上使用的挖掘设备，其具有驳船和铰链架。US3777376涉及架的部分的定位，下部架部分相对于上部架部分能成角度地活动，并且提供了相对于所述驳船以所选择的角度可调整地定位所述第一架部分的装置。架通过输送缆绳87的绞盘在其工作与非工作位置之间移动。这种缆绳不足以控制切割式挖掘船的地面反作用力。

发明内容

本发明的目标在于，提供一种在挖掘操作期间的地面反作用力的改进控制。

本发明的另一个目标在于，改进用于在挖掘操作期间控制地面反作用力的已知方法，从而至少部分解决与该方法相关联的问题。

本发明的又一个目标在于，提供一种可替代的方法，以用于在挖掘操作期间与波浪条件和土壤条件无关地控制地面反作用力和/或将刀头保持在恒定的挖掘深度处。

根据本发明的第一方面，这通过一种用于操作切割式挖掘船的方法来实现，所述挖掘船包括：

浮体，

细长的刀具架，在其可降低的自由端具有用于挖泥的刀头，所述刀具架可铰接地耦接至所述浮体，并且在向上位置与切割位置之间能铰接地移动，其中，所述刀头与在水体的底部处待切除的物质接合，

驱动装置，其包括与刀具架耦接的船载液压缸(8)，用于在向上位置与切割位置之间铰接地移动刀具架，

所述方法包括以下步骤：

在所述刀具架处于切割位置中时，操作所述驱动装置以便以可控的方式向下推动刀具架，从而控制刀具架与水体的底部之间的地面反作用力F，以控制挖泥过程，或者可选地，在一个实施方式中，在刀具架处于切割位置中时操作驱动装置，以用于控制在刀具架与水体的底部之间的地面反作用力。

在所述刀具架处于切割位置时，操作所述驱动装置使得能够提供地面反作用力的控制。此外，驱动装置不仅能够提升刀具架，而且能够以可控的方式向下推动刀具架。此外，可以省去笨重的绞盘系统。这提高了船上的安全性，这是因为在甲板平面上的易损坏的缆绳的数量减少。此外，省去绞盘系统，在甲板平面上节省空间，并且提供了更好的监测能力(survey ability)。

地面反作用力是在刀具架的刀头与水体的底部之间的力。地面反作用力支持刀具架的重量的至少一部分。地面反作用力不与刀头与待切除的物质之间的切削力相混淆。

在一个实施方式中，所述驱动装置包括多个液压缸，例如，一对液压缸。

在一个实施方式中，所述驱动装置包括平行设置的液压缸。

在一个实施方式中，该方法包括在涨潮状态(swell condition)下操作切割式挖掘船。由于地面反作用力更加可控，所以切割式挖掘船更适合于在涨潮状态下操作，尤其在例如显著波高Hs高达3m的相对巨涌的情况下。该方法优选地包括在硬土条件下操作挖掘船。

在根据本发明的方法的一个实施方式中，所述地面反作用力在大约零到刀具架重量的大约两倍之间。这是驱动装置的有利结果是，不仅能够提升刀具架，而且能够以可控的方式向下推动刀具架。一种已知的绞盘系统仅仅提供在零与刀具架重量的一倍之间的地面反作用力。从例如US2005/0268499A和US3777376(A)中可知悬置架的这种缆绳系统。

在一个实施方式中，所述刀具架的长度大约是数十米，具体而言，在10与70米之间。所述刀具架的长度使得切割式挖掘船可以在海上并且因此在涨潮状态下操作。

在一个实施方式中，根据本发明的方法包括当所述刀具架处于切割位置时操作所述驱动装置，以用于在恒定的挖掘深度处保持所述刀头。

本发明进一步涉及一种用在根据本发明的方法中的切割式挖掘船。所述切割式挖掘船包括：

-浮体，

-细长的刀具架，在其可降低的自由端具有用于挖泥的刀头，所述刀具架可铰接地耦接至所述浮体，并且在向上位置与切割位置之间能铰接地移动，其中，所述刀头与在水体的底部处的待切除的物质接合，以及

-驱动装置，其包括与刀具架耦接的船载液压缸(8)，用于在向上位置与切割位置之间铰接地移动刀具架，并且用于以可控的方式向下推动刀具架，从而控制在刀具架与水体的底部之间的地面反作用力F。

在根据本发明的切割式挖掘船的一个实施方式中，所述驱动装置包括用于给液压缸加压的器件。

在一个实施方式中，所述用于给液压缸加压的器件包括与液压缸耦接的蓄能器(accumulator)，用于提供地面反作用力。蓄能器以被动的方式控制地面反作用力，这是因为蓄能器以大体上恒定的压力操作液压缸，该压力决定地面反作用力。

在一个实施方式中，所述驱动装置包括控制阀，该控制阀与用于给液压缸加压的器件以及液压缸操作地耦接，用以控制液压缸的加压。这导致对地面反作用力的主动控制，或者可选地或额外地独立于土壤条件和波浪条件而主动控制挖掘深度。

在一个实施方式中，切割式挖掘船包括测量装置，用于测量地面反作用力。

在一个实施方式中，切割式挖掘船包括显示装置，其与测量装置操作地耦接以显示地面反作用力。

在一个实施方式中，切割式挖掘船包括控制单元，其与测量装置以及液压缸操作地耦接以用于控制地面反作用力。优选地，为了控制地面反作用力，控制单元通过控制阀与液压缸操作地耦接。

在一个实施方式中，所述控制单元与测量装置以及液压缸操作地耦接以用于控制挖掘深度。根据刀具架相对于浮体的角度α以及在刀具架的铰接点浮体的浸没情况，以通常的方式测量挖掘深度。

在一个实施方式中，切割式挖掘船包括输入装置，其与控制单元操作地耦接以用于设置期望的地面反作用力。

在一个实施方式中，所述测量装置包括压力传感器，其与液压缸操作地耦接。

在切割式挖掘船的一个实施方式中，所述驱动装置与所述刀具架直接耦接。这提供了地面反作用力的更直接的控制。

在切割式挖掘船的一个实施方式中，液压缸活塞杆与刀具架直接耦接并且液压缸筒与浮体耦接。这确保了在将刀具架从切割位置移动到向上位置时可使用最大的驱动力。在位于其上部位置中的刀具架优选地至少部分位于水面之上时，这是非常重要的。

在切割式挖掘船的一个实施方式中，在向上位置与切割位置之间移动刀具架期间，所述液压缸的作用线相对于水平面在大约10°与大约50°之间延伸。在刀具架在向上位置与切割位置之间的整个运动期间，这确保了在作用线与刀具架的铰接点之间具有最佳臂部(optimal arm)，反之亦然。

在切割式挖掘船的一个实施方式中，切割式挖掘船包括定位桩装置，以用于在挖掘操作期间给切割式挖掘船提供支撑。这种定位桩装置本身也是公知的。

在切割式挖掘船的一个实施方式中，所述刀具架的长度大约是数十米，具体而言，在10与70米之间。

液压缸是船载汽缸。这在环境影响方面是有利的，这是因为液压装置与船外的水不直接接触。

本发明进一步涉及一种装置，其包括在说明书中描述的和/或在附图中显示的一个或多个特性特征。

本发明进一步涉及一种方法，其包括在说明书中描述的和/或在附图中显示的一个或多个特性特征。

在本专利申请中讨论的各种方面可以相结合，以便提供额外的有利优点。

附图说明

参照在示意图中显示的一个优选的实施方式，进一步阐明本发明，在附图中显示了：

图1是刀具架处于切割位置的切割式挖掘船的侧视图；

图2是刀具架处于中间位置的根据图1的切割式挖掘船；

图3是刀具架处于向上位置的根据图1的切割式挖掘船；以及

图4是驱动装置的功能图解。

具体实施方式

现在将参照图1至4更详细地描述本发明。用在根据本发明的方法中的切割式挖掘船1，包括浮体2，例如，船体等。切割式挖掘船1包括细长的刀具架3，该刀具架用于到达水体7的底部6。刀具架的长度大约是数十米，具体而言，在10与70米之间，以用于到达水体7(例如，大海)的底部6。刀具架3可铰接地耦接至浮体2。刀具架3可在铰接点13处铰接地耦接至浮体2。刀具架3在图3中所示的向上位置与在图1中所示的切割位置之间可铰接地移动。在细长的刀具架3的可降低的自由端具有用于挖泥的刀头4。在刀具架3处于切割位置时，刀头4与在水体7的底部6处待切除的物质接合。在刀具架3处于切割位置时，刀具架3由底部6和枢转点13支撑。在底部6处支撑刀具架3的为地面反作用力F。这个地面反作用力起着重要作用，该地面反作用力能够穿透硬土，并且结果能够在底部6切除这块硬土。

切割式挖掘船1包括驱动装置，以用于在向上位置与切割位置之间铰接地移动刀具架3。此处，驱动装置包括液压缸8。此处，液压缸8是船载液压缸。可以考虑使用多个液压缸，例如，使用在刀具架3的两侧的一对平行的液压缸。液压缸8与刀具架3耦接，以用于在向上位置与切割位置之间铰接地移动刀具架3。此处，液压缸8与刀具架3直接地耦接，这改善了地面反作用力F的可控性。液压缸活塞杆11与刀具架3直接耦接。液压缸活塞杆11通过活塞杆铰接点12与刀具架3可铰接地耦接。在刀具架朝着其向上位置移动时，液压缸筒9与浮体2耦接，以提供最大驱动力。液压缸筒9通过筒铰接点14与浮体2可铰接地耦接。在此，在向上位置与切割位置之间移动刀具架3期间，液压缸8的作用线10相对于水平面以大约45°延伸。在刀具架在向上位置到切割位置的整个运动期间(反之亦然)，这更加确保了在作用线与刀具架的铰接点之间具有最佳臂部。

如图4中所示，驱动装置包括液压缸8以及用于给液压缸加压的器件15、16。这些器件用于给液压缸8加压。在此，用于给液压缸加压的器件包括与液压缸8耦接的蓄能器15，以提供可控的地面反作用力F。此外，此处提供液压泵16以用于驱动刀具架3。驱动装置包括控制阀18，其与用于给液压缸加压的器件15、16以及液压缸8操作地耦接，用以控制所述液压缸8的加压。

驱动装置包括测量装置17，以用于测量地面反作用力。此处，测量装置是压力传感器17，其与液压缸8操作地耦接以用于测量地面反作用力F。

驱动装置包括控制单元19，其与测量装置17以及液压缸8操作地耦接以用于控制地面反作用力。在此，控制单元19通过控制阀18与液压缸8操作地耦接。地面反作用力被连续地控制。控制单元19可以与测量装置17以及液压缸8操作地耦接，还可以控制挖掘深度或切除层的厚度，其中，通过已知的方式测量挖掘深度。

在此，驱动装置包括显示装置21，其与测量装置17操作地耦接以用于向操作人员显示实际的地面反作用力。显示装置21通过控制单元19与测量装置17操作地耦接。

在此，驱动装置包括输入装置20，其与控制单元19操作地耦合以用于由操作人员设置期望的地面反作用力。

在使用示意性显示的切割式挖掘船1时，刀具架3朝着其切割位置降低。然后，操作液压缸8，使得以连续的方式控制在刀具架3与水体7的底部6之间的地面反作用力F。在此，地面反作用力F被控制在大约零到刀具架3的重量的大约两倍之间。挖泥可在相对巨大的潮水的状态下进行。

显而易见的是，上述说明书和附图被用来说明本发明的一些实施方式，而非限制保护范围。从本公开出发，对于技术人员而言，更多的实施方式是显而易见的，这些实施方式在本发明的保护范围和本质内，并且是现有技术和本专利申请的公开内容的明显组合。

Claims (26)

1.一种在开放水域中操作切割式挖掘船(1)的方法，所述切割式挖掘船包括：

-浮体(2)，

-细长的刀具架(3)，在所述刀具架的能降低的自由的第一端处具有用于挖掘的刀头(4)，所述刀具架在其第二端处能铰接地耦接至所述浮体并且能铰接在向上位置与切割位置之间，在所述切割位置中，所述刀头与水体(7)的底部(6)处的待切除的物质(5)接合，

-驱动装置，所述驱动装置包括与所述刀具架耦接的船载液压缸(8)，以用于将所述刀具架铰接在所述向上位置与所述切割位置之间，

其中，通过活塞杆铰接点(12)，所述船载液压缸(8)的液压缸活塞杆(11)在所述刀具架(3)的第二端处与所述刀具架(3)能铰接地耦接；

通过在所述浮体(2)处的筒铰接点(14)，所述船载液压缸(8)的液压缸筒(9)与所述浮体(2)能铰接地耦接；

在所述刀具架(3)的第二端处的铰接点(13)处，所述刀具架(3)与所述浮体(2)能铰接地耦接；

并且所述铰接点(13)、所述筒铰接点(14)和所述活塞杆铰接点(12)是不同的点；

所述方法包括以下步骤：

在所述刀具架处于所述切割位置时操作所述驱动装置，从而以可控的方式向下推动所述刀具架，以用于控制所述刀具架与所述水体的所述底部之间的地面反作用力F。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动装置包括多个液压缸。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动装置包括一对液压缸。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述驱动装置包括平行设置的液压缸。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在涨潮状态下操作所述切割式挖掘船。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地面反作用力在零到所述刀具架的重量的两倍之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述刀具架的长度是数十米。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述刀具架的长度在10到70米之间。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括当所述刀具架处于所述切割位置时，操作所述驱动装置以用于将所述刀头保持在恒定的挖掘深度处。

10.用在根据权利要求1至9中任一项所述的方法中的切割式挖掘船(1)，所述切割式挖掘船包括：

浮体(2)，

细长的刀具架(3)，在所述刀具架的能降低的自由端处具有用于挖掘的刀头(4)，所述刀具架能铰接地耦接至所述浮体并且能铰接在向上位置与切割位置之间，在所述切割位置中，所述刀头与水体的底部处的待切除的物质接合，以及

驱动装置，所述驱动装置包括与所述刀具架耦接的船载液压缸(8)，以用于将所述刀具架铰接在所述向上位置与所述切割位置之间，并且用于以可控的方式向下推动所述刀具架，从而控制所述刀具架与所述水体的所述底部之间的地面反作用力F。

11.根据权利要求10所述的切割式挖掘船，其中，所述驱动装置包括用于给所述液压缸加压的加压器件。

12.根据权利要求11所述的切割式挖掘船，其中，所述加压器件包括与所述液压缸耦接的蓄能器，以用于提供地面反作用力。

13.根据权利要求11或12所述的切割式挖掘船，其中，所述驱动装置包括控制阀，所述控制阀与所述加压器件以及所述液压缸操作地耦接，以控制所述液压缸的加压。

14.根据权利要求10所述的切割式挖掘船，所述切割式挖掘船包括测量装置，以用于测量所述地面反作用力。

15.根据权利要求14所述的切割式挖掘船，所述切割式挖掘船包括显示装置，所述显示装置与所述测量装置操作地耦接以用于显示所述地面反作用力。

16.根据权利要求14或15所述的切割式挖掘船，所述切割式挖掘船包括控制单元，所述控制单元与所述测量装置以及所述液压缸操作地耦接以用于控制所述地面反作用力。

17.根据权利要求16所述的切割式挖掘船，其中，所述控制单元与所述测量装置以及所述液压缸操作地耦接以用于控制挖掘深度。

18.根据权利要求16所述的切割式挖掘船，所述切割式挖掘船包括输入装置，所述输入装置与所述控制单元操作地耦接以用于设置期望的地面反作用力。

19.根据权利要求14所述的切割式挖掘船，其中，所述测量装置包括压力传感器，所述压力传感器与所述液压缸操作地耦接。

20.根据权利要求10所述的切割式挖掘船，其中，所述驱动装置与所述刀具架直接耦接。

21.根据权利要求20所述的切割式挖掘船，其中，液压缸活塞杆(11)与所述刀具架直接耦接，并且液压缸筒(9)与所述浮体耦接。

22.根据权利要求10所述的切割式挖掘船，其中，在所述刀具架在所述向上位置与所述切割位置之间的移动期间，所述液压缸的作用线(10)相对于水平面在10°到50°之间延伸。

23.根据权利要求10所述的切割式挖掘船，所述切割式挖掘船包括定位桩装置，以用于在挖掘操作期间给所述切割式挖掘船提供支撑。

24.根据权利要求10所述的切割式挖掘船，其中，所述刀具架的长度是数十米。

25.根据权利要求24所述的切割式挖掘船，其中，所述刀具架的长度在10到70米之间。

26.根据权利要求17所述的切割式挖掘船，所述切割式挖掘船包括输入装置，所述输入装置与所述控制单元操作地耦接以用于设置期望的地面反作用力。