CN105696541B - 潜水式海洋静力触探机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种潜水式海洋静力触探机，属于海洋装备技术领域。它解决了现有的静力触探机连续贯入时贯入力不足的问题。本潜水式海洋静力触探机，包括海底架和固连于海底架上的由滑轮与钢丝索构成的起吊结构，海底架内穿设有其下端伸出至海底架下侧的探杆，探杆的下端设有静探探头，海底架上设有用于驱动探杆贯入或起拔的连续贯入液压系统，该连续贯入液压系统上设有在贯入或起拔时用于卡住探杆的卡杆器，海底架上还设有潜水液压控制单元和测斜与电控单元，连续贯入液压系统与该潜水液压控制单元连接。本发明具有贯入力和起拔力大、静探贯入深度能达到工程设计要求等优点。

Description

潜水式海洋静力触探机

技术领域

本发明属于海洋装备技术领域，涉及一种潜水式海洋静力触探机，特别是一种无间断往复油缸式的潜水式海洋静力触探机。

背景技术

静力触探设备是岩土工程勘察常用的原位测试设备，其试验方法是通过一系列探杆用准静力将一个内部装有传感器的触探头匀速压入到土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据测得的贯入阻力大小间接判定土的物理力学性质。由于静力触探试验不用取样，对于地层变化较大的复杂场地以及不易取得原状土样的饱和砂土、砂质粉土和高灵敏性软土地层的勘察，具有独特的优越性，因而使用广泛。静力触探试验结果受多种因素的影响，包括贯入速率、贯入方式、探头尺寸等。传统的贯入方式是采用间歇式贯入方式，试验过程中随着一根探杆的压入需要停下来加接另一根探杆，导致试验过程的探杆贯入速度不均匀、不连续和不稳定，对试验曲线形态及试验数据产生影响。因此，研制连续贯入式静力触探设备对于提高试验精度和增进工作效率具有重要意义。

例如，中国专利公开了一种链条传动连续贯入式静力触探装置[申请公布号为CN103122604A]，包含条形底座，该条形底座的上端固定有底板，该底板的底部镜像设有下链轮轴架，该下链轮轴架之间插有与其转动配合的下转轴，下链轮轴架之间的下转轴之间镜像套有下链轮，上固定有中空结构的立柱，立柱的中心处设有探杆，探杆上设有两个与其套接的山形板，山形板通过夹具卡接在探杆上，立柱的顶部盖有上盖，上盖的顶部镜像固定有上链轮轴架，上链轮轴架之间插有与其转动配合的上转轴。

该链条传动连续贯入式静力触探装置能够有效的实现连续贯入并能够有效的提高探测现场的工作效率，有效避免了因贯入间歇而影响测试精度的现象，可以满足广大沿海地区的工程勘察需求。但由于其采用链条传动，静探贯入力一般为6t～10t，达不到20t的要求，满足不了我国工程勘察的设计要求。

又如，中国专利公开了一种双油缸组全液压连续贯入静力触探机[授权公告号为CN 102116018B]，它采用两组油缸呈十字交叉分上下两层安装在机架上，每组油缸通过横梁固联在一起，横梁上安装有液压卡盘，油缸的下方装有行程限位开关；探杆从两个液压卡盘的中心内孔中通过。它采用双油缸组进给及自动换向控制；双液压卡盘自动夹紧及松开探杆，配合油缸的运动自动实现连续不间断进给；利用电液比例调速阀实现稳定的均速进给，但由于这种结构液压卡盘卡紧力不够，而且极易产生故障，满足不了20t的要求。由于此油缸的上下腔是不同的体积，虽然可以连续匀速的贯入，但不能实现连续匀速的起拔。

又如，中国专利公开了一种海床式静力触探贯入装置[申请公布号CN10251805B]，包括用于支撑整个装置的基架、探杆库、行走机构、机械手、地锚、底板、转动间歇机构和液压动力源，底板固定于底板上，转轴和探杆架位于库架内，探杆放置于探杆架上，转轴固定于探杆架的中心并且能够带动探杆架转动，其中转轴的顶端通过滚动轴承固定于库架的顶部，转轴的底端通过滚动轴承固定于底板上，该海床式静力触探贯入装置结构紧凑，控制简单方便，使用可靠稳定，可实现最大锥探深度为15m的触探工艺，适用于海底静力触探，也可以在陆地上进行作业。但此结构贯入深度达不到设计要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种贯入力和起拔力大、静探贯入深度能达到工程设计要求的潜水式海洋静力触探机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

本潜水式海洋静力触探机，包括海底架和固连于海底架上的由滑轮与钢丝索构成的起吊结构，所述的海底架内穿设有其下端伸出至海底架下侧的探杆，所述探杆的下端设有静探探头，其特征在于，所述的海底架上设有用于驱动探杆贯入或起拔的连续贯入液压系统，该连续贯入液压系统上设有在贯入或起拔时用于卡住探杆的卡杆器，所述的海底架上还设有潜水液压控制单元和测斜与电控单元，上述的连续贯入液压系统与该潜水液压控制单元连接。

潜水液压控制单元控制连续贯入液压系统的动作，勘探时通过起吊结构将海底架运输到海面下的指定位置，通过测斜与电控单元反馈的信号判定海底架是否出现倾斜现象，若发生倾斜，起吊结构将海底架吊起移至另一位置后继续将海底架运输到海面下，当测斜与电控单元反应的信号无异常后，潜水液压控制单元控制连续贯入液压系统工作，从而控制探杆的贯入或起拔。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述的连续贯入液压系统包括中部具有通孔的上固定板和中部具有通孔的与上固定板相对固定的下固定板，上述的探杆竖直穿设在上固定板的通孔与下固定板的通孔内，所述的上固定板与下固定板之间设有由至少两个油缸构成的上油缸组和由至少两个油缸构成的下油缸组，所述上油缸组中所有油缸的活塞杆与上固定板固连，所述下油缸组中所有油缸的活塞杆与下固定板固连，上述的卡杆器为两个：其中一个设于上油缸组上，另一个设于下油缸组上。

上固定板的通孔与下固定板的通孔相对设置，才能保证探杆竖直穿设在两者当中。上油缸组中的所有油缸同步工作，下油缸组中的所有油缸同步工作，其中上油缸组中的油缸与下油缸组中油缸的结构相同。在贯入时，上油缸组与下油缸组的上升速度(提升速度)将大于下降速度(贯入速度)，这样就保证其中一个工作时，另一个可以提前处于准备位置。在起拔时，原理相同，但上油缸组与下油缸组的下降速度大于上升速度。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述的上油缸组由2-4个均布设置的油缸构成，所述的下油缸组由2-4个均布设置的油缸构成。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述的上油缸组由2个油缸构成，所述的下油缸组由2个油缸构成。

为了最大程度节约连续贯入液压系统的占用空间，将其中一个上油缸组中的油缸与其中一个下油缸组中的油缸同轴设置，将另一个上油缸组中的油缸与另一个下油缸组中的油缸同轴设置。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述的油缸包括两端具有端盖的缸体，油缸的活塞杆穿设于缸体内，该活塞杆的两端分别伸出缸体的两端，所述缸体的中部设有用于将缸体的内腔分为液压腔一与液压腔二的活塞，所述活塞杆的一端设有与液压腔一连通的进油口一，其另一端设有与液压腔二连通的进油口二，所述的缸体上设有与液压腔一连通的回油口一和与液压腔二连通的回油口二。

本油缸的工作过程如下：当油液从进油口一进入到液压腔一内，位于液压腔二中的油液经回油口二回流，液压腔一内压力升高，液压腔二压力降低，缸体沿着活塞杆朝向进油口一运动；当进油口二进油，回油口一回油时，缸体沿着活塞杆朝向进油口二运动，可通过供油量的大小控制缸体沿活塞杆运动的速度。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述上油缸组中油缸的活塞杆上端与上固定板固连，所述下油缸组中油缸的活塞杆下端与下固定板固连，所述的上固定板与下固定板之间还设有中间板，所述上油缸组中油缸的活塞杆下端与中间板固连，所述下油缸组中油缸活塞杆的上端与中间板固连。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述的海底架包括支撑座、固连于支撑座上的侧支撑架和固连与侧支撑架上的顶支撑架，上述的上固定板与顶支撑架固连，下固定板与支撑座固连，所述的潜水液压控制单元和测斜与电控单元设于支撑座上。

支撑座用于承载潜水液压控制单元和测斜与电控单元，因此支撑座位于最下方，侧支撑架的下端通过螺栓与支撑座固连，顶支撑架通过螺栓或者焊接方式与侧支撑架的上端固连，上固定板通过螺栓与顶支撑架固连，下固定板通过螺栓与支撑座固连。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述的卡杆器包括设于一个缸体上的卡杆油缸一、设于另一个缸体上的卡杆油缸二和设于卡杆油缸一与卡杆油缸二之间的连接座，所述卡杆油缸一的活塞杆上固连有卡瓦一，所述卡杆油缸二的活塞杆上固连有与卡瓦一相对应设置的卡瓦二，探杆穿设在连接座内且位于卡瓦一与卡瓦二之间，所述的卡杆油缸一、卡杆油缸二与潜水液压控制单元连接。

潜水液压控制单元控制卡杆油缸一和卡杆油缸二的动作，实现卡瓦一与卡瓦二的开合，从而实现对探杆的卡紧或松开。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述支撑座的周边包覆有防撞橡胶条，所述支撑座的下方设有挡泥板。挡泥板可保证静探机在起拔时不陷入土中。

在上述的潜水式海洋静力触探机中，所述的支撑座与侧支撑架之间具有若干倾斜设置的加强连接柱，该加强连接柱的上端与侧支撑架的中部固连，其下端与支撑座固连。

与现有技术相比，本潜水式海洋静力触探机具有以下优点：

通过上油缸组与下油缸组配合作用，达到无间断贯入或起拔的目的，上油缸组由至少2个油缸构成，下油缸组也由至少2个油缸构成，贯入力和起拔力大，保证其静探贯入能达到工程设计要求的深度。

附图说明

图1是本发明提供的一种较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明提供的一种较佳实施例的工作状态图。

图3是本发明提供的连续贯入液压系统中油缸的剖视图。

图4是本发明提供的卡杆器的剖视图。

图5是本发明提供的连续贯入液压系统的结构示意图。

图6至10是本发明提供的连续贯入液压系统的工作状态图。

图中，1、起吊结构；21、探杆；22、静探探头；3、卡杆器；41、潜水液压控制单元；42、测斜与电控单元；51、上固定板；52、下固定板；53、上油缸组；54、下油缸组；55、中间板；61、端盖；62、缸体；63、活塞杆；64、液压腔一；65、液压腔二；66、活塞；67、进油口一；68、进油口二；71、支撑座；72、侧支撑架；73、顶支撑架；74、防撞橡胶条；75、挡泥板；76、加强连接柱；81、卡杆油缸一；82、卡杆油缸二；83、连接座；84、卡瓦一；85、卡瓦二。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示的潜水式海洋静力触探机，包括海底架和固连于海底架上的由滑轮与钢丝索构成的起吊结构1，海底架内穿设有其下端伸出至海底架下侧的探杆21，探杆21的下端设有静探探头22。如图1所示，海底架上设有用于驱动探杆21贯入或起拔的连续贯入液压系统，该连续贯入液压系统上设有在贯入或起拔时用于卡住探杆21的卡杆器3，海底架上还设有潜水液压控制单元41和测斜与电控单元42，连续贯入液压系统与该潜水液压控制单元41连接。

潜水液压控制单元41控制连续贯入液压系统的动作，勘探时通过起吊结构1将海底架运输到海面下的指定位置，通过测斜与电控单元42反馈的信号判定海底架是否出现倾斜现象，若发生倾斜，起吊结构1将海底架吊起移至另一位置后继续将海底架运输到海面下，当测斜与电控单元42反应的信号无异常后，潜水液压控制单元41控制连续贯入液压系统工作，从而控制探杆21的贯入或起拔。

如图5所示，连续贯入液压系统包括中部具有通孔的上固定板51和中部具有通孔的与上固定板51相对固定的下固定板52，探杆21竖直穿设在上固定板51的通孔与下固定板52的通孔内，上固定板51与下固定板52之间设有由至少两个油缸构成的上油缸组53和由至少两个油缸构成的下油缸组54，上油缸组53中所有油缸的活塞杆63与上固定板51固连，下油缸组54中所有油缸的活塞杆63与下固定板52固连，卡杆器3为两个：其中一个设于上油缸组53上，另一个设于下油缸组54上。上固定板51的通孔与下固定板52的通孔相对设置，才能保证探杆21竖直穿设在两者当中。上油缸组53中的所有油缸同步工作，下油缸组54中的所有油缸同步工作，其中上油缸组53中的油缸与下油缸组54中油缸的结构相同。

具体的，如图5所示，上油缸组53由2个油缸构成，下油缸组54由2个油缸构成。为了最大程度节约连续贯入液压系统的占用空间，将其中一个上油缸组53中的油缸与其中一个下油缸组54中的油缸同轴设置，将另一个上油缸组53中的油缸与另一个下油缸组54中的油缸同轴设置。

如图3所示，油缸包括两端具有端盖61的缸体62，油缸的活塞杆63穿设于缸体62内，该活塞杆63的两端分别伸出缸体62的两端，缸体62的中部设有用于将缸体62的内腔分为液压腔一64与液压腔二65的活塞66，活塞杆63的一端设有与液压腔一64连通的进油口一67，其另一端设有与液压腔二65连通的进油口二68，缸体62上设有与液压腔一64连通的回油口一和与液压腔二65连通的回油口二。

本油缸的工作过程如下：当油液从进油口一67进入到液压腔一64内，位于液压腔二65中的油液经回油口二回流，液压腔一64内压力升高，液压腔二65压力降低，缸体62沿着活塞杆63朝向进油口一67运动；当进油口二68进油，回油口一回油时，缸体62沿着活塞杆63朝向进油口二68运动，可通过供油量的大小控制缸体62沿活塞杆63运动的速度。

如图5所示，上油缸组53中油缸的活塞杆63上端与上固定板51固连，下油缸组54中油缸的活塞杆63下端与下固定板52固连，上固定板51与下固定板52之间还设有中间板55，上油缸组53中油缸的活塞杆63下端与中间板55固连，下油缸组54中油缸活塞杆63的上端与中间板55固连。

如图1所示，海底架包括支撑座71、固连于支撑座71上的侧支撑架72和固连与侧支撑架72上的顶支撑架73，上固定板51与顶支撑架73固连，下固定板52与支撑座71固连，潜水液压控制单元41和测斜与电控单元42设于支撑座71上。支撑座71用于承载潜水液压控制单元41和测斜与电控单元42，因此支撑座71位于最下方，侧支撑架72的下端通过螺栓与支撑座71固连，顶支撑架73通过螺栓或者焊接方式与侧支撑架72的上端固连，上固定板51通过螺栓与顶支撑架73固连，下固定板52通过螺栓与支撑座71固连。

如图4所示，卡杆器3包括设于一个缸体62上的卡杆油缸一81、设于另一个缸体62上的卡杆油缸二82和设于卡杆油缸一81与卡杆油缸二82之间的连接座83，卡杆油缸一81的活塞杆上固连有卡瓦一84，卡杆油缸二82的活塞杆上固连有与卡瓦一84相对应设置的卡瓦二85，探杆21穿设在连接座83内且位于卡瓦一84与卡瓦二85之间，卡杆油缸一81、卡杆油缸二82与潜水液压控制单元41连接。潜水液压控制单元41控制卡杆油缸一81和卡杆油缸二82的动作，实现卡瓦一84与卡瓦二85的开合，从而实现对探杆21的卡紧或松开。

如图1所示，支撑座71的周边包覆有防撞橡胶条74，支撑座71的下方设有挡泥板75，挡泥板75可保证静探机在起拔时不陷入土中。如图1所示，支撑座71与侧支撑架72之间具有若干倾斜设置的加强连接柱76，该加强连接柱76的上端与侧支撑架72的中部固连，其下端与支撑座71固连。

如图2所示，在船上用吊机把接好部分探杆21的静力触探机慢慢地沉入海里，然后边接探杆21边往下沉，根据工程要求接好相应长度的探杆21进行防浪固定，沉到海底经过垂直度校正后，开始静探探杆21贯入。初始位置时，上油缸组53中所有油缸的缸体62处于最低位置，下油缸组54中所有油缸的缸体62处于最高位置，工作初始时卡杆器3卡紧探杆21，往下贯入。

位于上油缸组53上的卡杆器3放松并随着上油缸组53的缸体62以2.2米/分的速度向上运动，位于下油缸组54上的卡杆器3卡紧探杆21并随下油缸组54的缸体62以1.2米/分的速度向下运动，如图6所示，位于上油缸组53上的卡杆器3先到达行程顶点并待命。

如图7所示，当位于下油缸组54上的卡杆器3运动到总行程的95％时(总行程为400mm，则当其到达380mm)，位于上油缸组53上的卡杆器3立即卡紧探杆21，并随着上油缸组53的缸体62一起往下贯入。经过20毫米行程后，位于下油缸组54上的卡杆器3到达行程下顶点，立即将探杆21松开，并向上运动，如图8所示，回复到起始位置待命。

位于上油缸组53上的卡杆器3继续往下贯入，当距起始位置20mm时正在待命的下油缸组54上的卡杆器3立即卡紧探杆21，如图9所示，并与上油缸组53的缸体62一起贯入。

当位于上油缸组53上的卡杆器3走完20mm时已经达到起始位置，立即松开探杆21，返回到最高位置待命，如图10所示。

以后重复图6-图10的工作步骤，形成无间断往复式贯入，反之探杆21的起拔状态也是如此。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种潜水式海洋静力触探机，包括海底架和固连于海底架上的由滑轮与钢丝索构成的起吊结构(1)，所述的海底架内穿设有其下端伸出至海底架下侧的探杆(21)，所述探杆(21)的下端设有静探探头(22)，其特征在于，所述的海底架上设有用于驱动探杆(21)贯入或起拔的连续贯入液压系统，该连续贯入液压系统上设有在贯入或起拔时用于卡住探杆(21)的卡杆器(3)，所述的海底架上还设有潜水液压控制单元(41)和测斜与电控单元(42)，上述的连续贯入液压系统与该潜水液压控制单元(41)连接；所述的连续贯入液压系统包括中部具有通孔的上固定板(51)和中部具有通孔的与上固定板(51)相对固定的下固定板(52)，上述的探杆(21)竖直穿设在上固定板(51)的通孔与下固定板(52)的通孔内，所述的上固定板(51)与下固定板(52)之间设有由至少两个油缸构成的上油缸组(53)和由至少两个油缸构成的下油缸组(54)，所述上油缸组(53)中所有油缸的活塞杆(63)与上固定板(51)固连，所述下油缸组(54)中所有油缸的活塞杆(63)与下固定板(52)固连，上述的卡杆器(3)为两个：其中一个设于上油缸组(53)上，另一个设于下油缸组(54)上。

2.根据权利要求1所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述的上油缸组(53)由2-4个均布设置的油缸构成，所述的下油缸组(54)由2-4个均布设置的油缸构成。

3.根据权利要求2所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述的上油缸组(53)由2个油缸构成，所述的下油缸组(54)由2个油缸构成。

4.根据权利要求3所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述的油缸包括两端具有端盖(61)的缸体(62)，活塞杆(63)穿设于缸体(62)内，该活塞杆(63)的两端分别伸出缸体(62)的两端，所述缸体(62)的中部设有用于将缸体(62)的内腔分为液压腔一(64)与液压腔二(65)的活塞(66)，所述活塞杆(63)的一端设有与液压腔一(64)连通的进油口一(67)，其另一端设有与液压腔二(65)连通的进油口二(68)，所述的缸体(62)上设有与液压腔一(64)连通的回油口一和与液压腔二(65)连通的回油口二。

5.根据权利要求4所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述上油缸组(53)中油缸的活塞杆(63)上端与上固定板(51)固连，所述下油缸组(54)中油缸的活塞杆(63)下端与下固定板(52)固连，所述的上固定板(51)与下固定板(52)之间还设有中间板(55)，所述上油缸组(53)中油缸的活塞杆(63)下端与中间板(55)固连，所述下油缸组(54)中油缸活塞杆(63)的上端与中间板(55)固连。

6.根据权利要求1所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述的海底架包括支撑座(71)、固连于支撑座(71)上的侧支撑架(72)和固连与侧支撑架(72)上的顶支撑架(73)，上述的上固定板(51)与顶支撑架(73)固连，下固定板(52)与支撑座(71)固连，所述的潜水液压控制单元(41)和测斜与电控单元(42)设于支撑座(71)上。

7.根据权利要求4所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述的卡杆器(3)包括设于一个缸体(62)上的卡杆油缸一(81)、设于另一个缸体(62)上的卡杆油缸二(82)和设于卡杆油缸一(81)与卡杆油缸二(82)之间的连接座(83)，所述卡杆油缸一(81)的活塞杆上固连有卡瓦一(84)，所述卡杆油缸二(82)的活塞杆上固连有与卡瓦一(84)相对应设置的卡瓦二(85)，探杆(21)穿设在连接座(83)内且位于卡瓦一(84)与卡瓦二(85)之间，所述的卡杆油缸一(81)、卡杆油缸二(82)与潜水液压控制单元(41)连接。

8.根据权利要求6所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述支撑座(71)的周边包覆有防撞橡胶条(74)，所述支撑座(71)的下方设有挡泥板(75)。

9.根据权利要求6所述的潜水式海洋静力触探机，其特征在于，所述的支撑座(71)与侧支撑架(72)之间具有若干倾斜设置的加强连接柱(76)，该加强连接柱(76)的上端与侧支撑架(72)的中部固连，其下端与支撑座(71)固连。