CN106522300A - 一种远程遥控的水库清淤沙装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程遥控的水库清淤沙装置，包括支撑平台、履带移动机构、犁式吸挖机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构、动力机构、远程控制机构，履带移动机构有两个，分别置于支撑平台的下方两侧；犁式吸挖机构置于支撑平台的下方，且置于两个履带移动机构中间位置；犁式吸挖驱动机构与犁式吸挖机构连接；排沙机构与犁式吸挖机构连接；动力机构与履带移动机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构连接；远程控制机构控制动力机构，从而控制履带移动机构的行走、犁式吸挖机构的开挖、排沙机构的排沙。本发明能在高低软硬相差较大的淤沙上自由移动、转向，能避免陷入淤沙中，具有较高的清淤效率。

Description

一种远程遥控的水库清淤沙装置

技术领域

本发明属于水利工程和海洋工程技术领域，具体涉及一种远程遥控的水库清淤沙装置。

背景技术

目前，水库泥沙出库通常采用排沙冲沙出库方式，具体有：异重流排沙、蓄清排浑、布设排沙廊道、坝体排沙孔等，这些都适用于坝前的冲沙排沙。但上述方式排沙冲沙效果不好，仍然容易造成水库库床淤沙堆积，使库容损失严重。远离坝前的库底淤沙通常采用挖泥船、吸沙船等进行排沙。但有些水库较小，无法使用挖泥船、吸沙船等体积大的挖沙设备，就算在较小水库环境下能使用，也存在交通不便的问题。

吸沙器也可应用于库底淤沙抽吸，但它需要与水面的船舶或工作平台配合，且抬起再落位时才能实现移位作业，在移位时不能作业，存在工作效率低、整机造价高、操作复杂、易被沙体掩埋等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远程遥控的水库清淤沙装置，该装置能在高低软硬相差较大的淤沙上自由移动、转向，能避免陷入淤沙中，具有较高的清淤效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种远程遥控的水库清淤沙装置，包括支撑平台、履带移动机构、犁式吸挖机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构、动力机构、远程控制机构，

所述履带移动机构有两个，分别置于支撑平台的下方两侧，用于整个装置的行走移动；

所述犁式吸挖机构置于支撑平台的下方，且置于两个履带移动机构中间位置，用于挖、吸淤沙；

所述犁式吸挖驱动机构与犁式吸挖机构连接，用于控制犁式吸挖机构的开挖角度和深度；

所述排沙机构与犁式吸挖机构连接，用于将犁式吸挖机构中的淤沙排出至淤沙储存区；

所述动力机构与履带移动机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构连接，用于为履带移动机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构提供动力；

所述远程控制机构控制动力机构，从而控制履带移动机构的行走、犁式吸挖机构的开挖、排沙机构的排沙。

动力机构接收来自地面上的远程控制机构的动力和控制信号，履带移动机构使整个装置移动于库床淤沙表面；犁式吸挖机构以犁地的方式挖掘库床淤沙，排沙机构将犁式吸挖机构内的淤沙排出。

按上述方案，所述犁式吸挖机构包括吸挖本体、犁面、螺旋导向板、喷水口；所述吸挖本体设有呈喇叭状的空腔，吸挖本体的后端与排沙机构连接； 所述犁面有多个，与吸挖本体的前端连接；所述螺旋导向板设于吸挖本体的空腔内，带有螺旋导向板的吸挖本体用于收集由犁面挖出的淤沙，减小淤沙的外流损失，提高沙溶液浓度；所述喷水口设于吸挖本体中后部，用于快速冲击并推动淤沙形成淤沙溶液；该结构能更好的吸、挖、排淤沙。

按上述方案，所述犁面置于吸挖本体的前端中部和前端下部，所述吸挖本体的前端上部与倾斜设置的过滤格栅连接；所述过滤格栅与吸挖本体的中轴线呈5-35°夹角。过滤格栅用于提前将淤沙表面较大沉积物隔离,避免了犁式吸挖机构的堵塞。过滤格栅的单个格栅孔的尺寸取决于沉积物的尺寸。

按上述方案，所述排沙机构包括进沙管、淤沙泵、排沙管；所述进沙管的一端与吸挖本体的后端（吸挖本体的收缩端）连接，从所述喷水口后方获取高浓度淤沙溶液；进沙管的另一端与淤沙泵的一端连接，淤沙泵的另一端与排沙管连接，排沙管将所述高浓度淤沙溶液输送到离本装置后方一定距离的库床储存位置（淤沙储存区）；所述淤沙泵与动力机构连接。淤沙储存区位于作业区域的远端，通常作业区域选择远离坝前的位置，淤沙储存区位于坝前附近，这种方式使本装置集中于淤沙开挖和提高淤沙溶液的浓度，不因考虑如何将淤沙溶液移出水库而增加系统负担，使整个装置变得更简单。

按上述方案，所述犁式吸挖驱动机构包括液压机、前悬臂组件和后悬臂组件；前悬臂组件的一端与液压机连接，前悬臂组件的另一端与吸挖本体的前部连接，后悬臂组件的一端与液压机连接，后悬臂组件的另一端与吸挖本体的后部连接；所述液压机与动力机构连接。

按上述方案，所述动力机构通过脐带缆与远程控制机构连接。所述喷水口可以是脉冲喷水口，也可以是恒流喷射水，只是脉冲喷水能更好的推动沙溶液以及淤沙向吸挖本体的收缩端移动。喷水口的喷水方向必须是朝向吸挖本体的收缩端，用于收集沙溶液。

按上述方案，所述水库清淤沙装置还包括监测机构、导航机构、与动力机构连接的照明机构，所述监测机构将检测到的数据传给远程控制机构；所述导航机构将位置信息发送给远程控制机构；所述照明机构置于犁式吸挖机构前方，并固定在主体框架上，主体框架与支撑平台固定连接。监测机构、照明机构、导航机构为整个装置的水下作业提供监视、照明和导航，提高清淤沙效率。

本发明中，吸挖本体的前端包围犁面尾部并共形，犁面有一部分尖端突出吸挖本体的前端面。所述远程控制机构可以为水面船舶或地面操纵的有缆远程遥控运载工具（ROV, Remotely Operated Vehicle）。履带移动机构和排沙机构可采用电动驱动，也可采用液压驱动。开挖深度可依据淤沙沉积硬度、沙溶液浓度要求、沙溶液输运速度等进行调节。

本发明的有益效果在于：

犁式吸挖机构可将开挖的淤沙向内聚拢，较使用高压气（水）冲击的方式，减小了扩散、干扰，提高了收集效率；

履带移动机构使整个装置移动于库床淤沙表面，能在高低软硬相差较大的淤沙上自由移动、转向，运动灵活性高，能避免陷入淤沙中，避免了被周围沙体掩埋的风险；

动力机构用于接收地面上的远程控制机构的命令，为履带移动机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构提供动力和控制信号；

犁式吸挖机构用于挖掘、分散淤沙，形成高浓度淤沙溶液，便于淤沙的排出；

使用犁面和喇叭形吸挖本体配合的方式隔开了挖掘淤沙与混合溶液的相互影响，减小了挖掘的淤沙外流，提高了收集效果，同时减少或避免了作业过程对周边水体的扰动和悬浮物的扩散；

本发明可在0m～1000m深度内提供有效作业；本发明可在水库库床进行清淤，还可在湖底、航道水底、港口水底、海底等中进行清淤作业；

本发明可在水库库床的淤沙表面工作，并在移动行进的同时进行开挖、混合淤沙、输送淤沙溶液，清淤效率高；淤沙溶液被输送到预定地方，使用收集工具或者其他方式将淤沙排出水库，操作简单又方便；

可同时操作多个水库清淤沙装置从而提高清淤效率；

本发明可高效率、低能耗、低成本清理水库库床淤沙；可减少对水面支持的依赖。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明远程遥控的水库清淤沙装置的结构示意图；

图2为本发明远程遥控的水库清淤沙装置的侧视结构示意图；

图3为犁式吸挖机构的结构示意图；

图4为本发明远程遥控的水库清淤沙装置的结构示意图。

1、履带移动机构，2、动力机构，3、犁式吸挖机构，4、犁面，5、吸挖本体，6、喷水口，7、进沙管，8、淤沙泵，9、螺旋导向板，10、液压机，11-1、前悬臂组件，11-2、后悬臂组件，12、过滤格栅，13、排沙管，15、淤沙储存区，16、远程控制机构，17、支撑平台，18、淤沙，19、脐带缆，20、主体框架，21、挖掘的淤沙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图4，一种远程遥控的水库清淤沙装置，包括支撑平台17、主体框架20、履带移动机构1、犁式吸挖机构3、犁式吸挖驱动机构、排沙机构、动力机构2、远程控制机构16。主体框架20与支撑平台17连接，犁式吸挖机构3、犁式吸挖驱动机构、排沙机构、动力机构2置于主体框架20内。履带移动机构1有两个，分别置于支撑平台17的下方两侧，用于整个装置的行走移动，能使整个装置移动于库床淤沙18表面，能在高低软硬相差较大的淤沙上自由移动、转向，能避免装置被周围沙体掩埋的风险。犁式吸挖机构3置于支撑平台17的下方后部，且置于两个履带移动机构1中间位置；犁式吸挖机构3包括吸挖本体5、犁面4、螺旋导向板9、喷水口6，吸挖本体5设有呈喇叭状的空腔，吸挖本体5的后端与排沙机构的进沙管7连接，进沙管7与空腔相连通，以将空腔中的淤沙排出至淤沙储存区15；犁面4有多个，环设在吸挖本体5的前端；螺旋导向板9设于吸挖本体5的空腔内，带有螺旋导向板9的吸挖本体5用于收集由犁面4挖掘的淤沙21，减小淤沙的外流损失，提高沙溶液浓度；喷水口6有4个～8个，周向布设于吸挖本体5的中后部，用于快速冲击并推动淤沙形成淤沙溶液。犁式吸挖驱动机构用于控制犁式吸挖机构的开挖角度和深度，它包括液压机10、前悬臂组件11-1和后悬臂组件11-2；前悬臂组件11-1的一端与液压机10连接，前悬臂组件11-1的另一端与吸挖本体5的前部连接，后悬臂组件11-2的一端与液压机10连接，后悬臂组件11-2的另一端与吸挖本体5的后部连接；液压机10固定在支撑平台17上，与动力机构2连接。排沙机构包括进沙管7、淤沙泵8、排沙管13；进沙管7的一端与吸挖本体5的后端（空腔的收缩端）连接，从喷水口6后方获取高浓度淤沙溶液；进沙管7的另一端与淤沙泵8的一端连接，淤沙泵8的另一端与排沙管13连接，排沙管13将高浓度淤沙溶液输送到离本装置后方一定距离的库床储存位置（淤沙储存区15）；淤沙泵8与动力机构2连接；淤沙储存区15位于作业区域的远端，通常作业区域选择远离坝前的位置，淤沙储存区15位于坝前附近。动力机构2置于支撑平台17上，与履带移动机构1、犁式吸挖驱动机构、排沙机构连接，并通过脐带缆19与远程控制机构16连接，用于接收来自地面或水面上的远程控制机构16的动力和控制信号，从而使整个装置移动于库床淤沙表面、以犁地的方式挖掘库床淤沙、将犁式吸挖机构内的淤沙排出。

远程遥控的水库清淤沙装置为有一定重量的履带机器人，其重心较低，依靠履带移动机构1实现在淤沙18表面自由移动。运动中，由前悬臂组件11-1和后悬臂组件11-2提升或降低犁式吸挖机构3至开挖深度，在运动过程中淤沙18被挖起，挖掘的淤沙21沿犁面4、吸挖本体5和螺旋导向板9向内聚拢至喷水口6的喷射范围内，喷水口6喷射脉冲水射流，冲击淤沙形成淤沙溶液经进沙管7和淤沙泵8排入排沙管13。在设定区域内运动开挖，当单程开挖完成后，由犁式吸挖驱动机构提升犁式吸挖机构3离开淤沙，然后按照规划的路径开始新的开挖。

本发明中，为了更好的清淤，可以将犁面4设于吸挖本体5的前端中部和前端下部，在吸挖本体5的前端上部设倾斜设置的过滤格栅12；过滤格栅12与吸挖本体5的中轴线呈5-35°夹角，用于提前将淤沙表面较大沉积物隔离避免了犁式吸挖机构3的堵塞。

本发明中，喷水口6可以是脉冲喷水口，也可以是恒流喷射水，只是脉冲喷水能更好的推动沙溶液以及淤沙向吸挖本体的收缩端移动。喷水口6的喷水方向必须是朝向吸挖本体的收缩端，用于收集沙溶液。

本发明中，水库清淤沙装置还可包括监测机构、导航机构、照明机构，监测机构将检测到的数据传给远程控制机构16；导航机构将位置信息发送给远程控制机构16；照明机构置于犁式吸挖机构3前方，并固定在柱体框架20上，用于照明，便于工作人员通过远程控制机构观察水下作业情况。监测机构、照明机构、导航机构为整个装置的水下作业提供监视、照明和导航，提高了清淤沙效率。

远程控制机构16控制着履带移动机构1行进的速度，远程控制机构16通过控制动力机构2，从而控制犁式吸挖驱动机构控制犁式吸挖机构3的开挖角度和深度，从而维持恒定的开挖力。远程控制机构16根据淤沙18进入吸挖本体5的量来控制履带移动机构1的行进速度。

本发明利用履带式机器人和遥控水下航行器的原理，将犁的机械开挖方式应用在库床淤沙的清理中。在水库中采用集水面遥控、水下自移动、挖掘、收集、混合、转输于一体的遥控履带作业机器人开展连续清淤作业，减少对水面支持的依赖；使用犁面和喇叭口（吸挖本体）配合以减小挖掘的淤沙外流，同时为其提供导向通道，提高收集能力，亦可以减少或避免作业过程对周边水体的扰动和淤沙的扩散。本发明具有尺寸小、结构简单、操作方便、价格低、工作效率高的特点。

本发明采用遥控水下行走方式，仅需水面提供电力和遥控信号即可；相比水下游动方式省去了水面对装置浮力、姿态、距底作业高度的控制；相比无动力吸沙头，省去了水面平台、提升、移位等。本发明减少了对水面支持的依赖，仅需一根脐带电缆即可。

本发明将行进的动能转化为吸挖机构开挖淤沙的机械能，整个装置中尽量减少了对吸沙排沙贡献少的装置，因此其整体的能量利用率高，能耗低。本发明简化了系统组成，裁剪了水面平台，成本降低。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：包括支撑平台、履带移动机构、犁式吸挖机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构、动力机构、远程控制机构，

所述履带移动机构有两个，分别置于支撑平台的下方两侧，用于整个装置的行走移动；

所述犁式吸挖机构置于支撑平台的下方，且置于两个履带移动机构中间位置，用于挖、吸淤沙；

所述犁式吸挖驱动机构与犁式吸挖机构连接，用于控制犁式吸挖机构的开挖角度和深度；

所述排沙机构与犁式吸挖机构连接，用于将犁式吸挖机构中的淤沙排出至淤沙储存区；

所述动力机构与履带移动机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构连接，用于为履带移动机构、犁式吸挖驱动机构、排沙机构提供动力；

所述远程控制机构控制动力机构，从而控制履带移动机构的行走、犁式吸挖机构的开挖、排沙机构的排沙。

2.根据权利要求1所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述犁式吸挖机构包括吸挖本体、犁面、螺旋导向板、喷水口；

所述吸挖本体设有呈喇叭状的空腔，吸挖本体的后端与排沙机构连接；

所述犁面有多个，与吸挖本体的前端连接；

所述螺旋导向板设于吸挖本体内；

所述喷水口设于吸挖本体中后部。

3.根据权利要求2所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述犁面置于吸挖本体的前端中部和前端下部，所述吸挖本体的前端上部与倾斜设置的过滤格栅连接。

4.根据权利要求3所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述过滤格栅与吸挖本体的中轴线呈5-35°夹角。

5. 根据权利要求1或2所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述排沙机构包括进沙管、淤沙泵、排沙管；所述进沙管的一端与吸挖本体的后端连接，进沙管的 另一端与淤沙泵的一端连接，淤沙泵的另一端与排沙管连接；所述淤沙泵与动力机构连接。

6.根据权利要求2所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述犁式吸挖驱动机构包括液压机、前悬臂组件和后悬臂组件；前悬臂组件的一端与液压机连接，前悬臂组件的另一端与吸挖本体的前部连接，后悬臂组件的一端与液压机连接，后悬臂组件的另一端与吸挖本体的后部连接；所述液压机与动力机构连接。

7.根据权利要求1所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述动力机构通过脐带缆与远程控制机构连接。

8.根据权利要求1所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述水库清淤沙装置还包括与动力机构连接的照明机构，所述照明机构置于犁式吸挖机构前方，并固定在柱体框架上，主体框架与支撑平台固定连接。

9.根据权利要求1或8所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述水库清淤沙装置还包括监测机构，所述监测机构将检测到的数据传给远程控制机构。

10.根据权利要求1或8所述的远程遥控的水库清淤沙装置，其特征在于：所述水库清淤沙装置还包括导航机构，所述导航机构将位置信息发送给远程控制机构。