CN107813911A - 一种克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统及方法。它包括无人保洁船、竖井、竖轴、承重浮箱、连通管、压力传感器及数据线等。当承重浮箱承受重量时，承重浮箱沿竖轴下沉，承重浮箱增加的垂向分力将被承重浮箱增加的浮力抵消，同时竖井水面与水域水面通过连通管始终保持相平，从而保证无人保洁船在作业时不会发生倾斜和下沉。本发明实现了无人保洁船在水面大型垃圾打捞、水面悬浮垃圾清理以及河道清淤作业时保持吃水线基本不变，保障了无人保洁船在进行河道保洁过程中的安全性和稳定性。本发明具有结构简单、成本低廉、制造方便、运行费用低等显著优点，在水环境治理中极具研究推广价值。

Description

一种克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统及方法

技术领域

本发明属于水环境治理领域，特别涉及一种克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统及方法。

背景技术

水环境是自然生态环境的重要组成部分，但伴随着工农业发展与城市化进程的加快，水环境恶化已成为不争的事实。特别是平原地区地势低平，水体流动性差，自净能力弱，容易形成死水，长期以往，会对当地的水生态环境、河道通航、居民宜居适应性、工农业发展等造成非常严重的负面影响。马路需要定期清扫、保养和修补，河流、湖泊等水域与马路一样，也需要定期打扫，维护水环境清洁。随着计算机技术和人工智能的发展以及无人机、无人汽车的兴起，无人船也开始受到人们越来越多的关注，目前无人船主要应用于水环境监测、抢险救灾和水文地貌勘测等领域，用在水环境治理方面技术尚不成熟。无人船在对水域进行清洁的过程中，需要将水面漂浮垃圾、淤泥等重物输送到船体上，因此其竖向荷载会经常发生变化。假如转移重物过程中产生的附加力过大，不仅会导致船体的吃水线发生变化，造成船上的设备操作高度不匹配，而且还可能导致船体失去稳定性，导致倾斜或下沉，严重时甚至发生倾覆。因此，有必要针对无人保洁船设置防止作业时倾斜和下沉的系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统及方法。本发明所采用的具体技术方案如下：

克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统，该系统设置于无人保洁船上，该系统包括：竖井、竖轴、承重浮箱、连通管和压力传感器，竖井布置在无人保洁船中，连通管布置在竖井底部且连通竖井内腔和船体外部的河道，竖井中间位置安设有竖轴，承重浮箱紧套在竖轴上，用于安装船上竖向荷载会变化的设备；压力传感器设置在承重浮箱的下方的竖井中。本发明中，竖向荷载会变化的设备是指在船体行驶或保洁操作过程中，其对船体施加的竖向力可能发生变化的设备，例如抓取重物的机械臂、承接垃圾或水的容器等。

作为优选，压力传感器上接有用于对外输出压力感应数据的数据线。数据线可以连接至报警装置或者控制系统中。

作为优选，无人保洁船上同时设有两套所述的系统，无人保洁船上用于抓取水面上垃圾的可伸缩机械臂安装于其中一套系统的承重浮箱上，另一套系统的第二承重浮箱上安装有一个筛网，用于承接并存放可伸缩机械臂抓取到的垃圾。

作为优选，在承重浮箱和竖轴之间涂抹润滑剂以减小两者之间的摩擦力。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述系统克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的方法，其具体做法如下：当承重浮箱承受重量时，承重浮箱沿竖轴下沉，承重浮箱在竖井水面以下的体积增大，承重浮箱所受的浮力增大，承重浮箱增加的垂向分力将被承重浮箱增加的浮力抵消，同时竖井内的水受到挤压通过连通管从无人保洁船向外排出，当承重浮箱承受的重量卸除后，承重浮箱恢复原位，竖井内的水通过连通管得到补充，当承重浮箱承受的重量超过了核定载重，承重浮箱将触碰到压力传感器，压力传感器立刻通过数据线发出超载警报，无人保洁船立即停止作业；自始自终竖井水面与水域水面保持相平，从而保证无人保洁船在作业时不会发生倾斜和下沉。

作为优选，承重浮箱的核定载重为承重浮箱刚好触碰到压力传感器时所受的浮力与承重浮箱空载时所受的浮力之差。

作为优选，连通管的孔径要足够大以防止竖井水面雍高。

本发明能够有效地克服无人保洁船在作业过程中由于附加受力导致船体失衡，发生下沉和倾斜甚至翻船的危险，有效地保障无人保洁船在在水面大型垃圾打捞、水面悬浮垃圾清理以及河道清淤作业时保持吃水线基本不变，保障了无人保洁船在进行河道保洁过程中的安全性和稳定性。本发明具有结构简单、成本低廉、制造方便、运行费用低等显著优点，在水环境治理中极具研究推广价值。

附图说明

图1是克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统正视图；

图2是克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统俯视图；

图3是本发明应用于无人保洁船打捞作业的示意图；

图4是本发明应用于无人保洁船水面保洁作业的示意图；

图5是本发明应用于无人保洁船清淤作业的示意图。

图1～5中附图标记分别为：无人保洁船1、水域水面2、竖井3、竖轴4、承重浮箱5、连通管6、压力传感器7、数据线8，竖井水面9，输入电源线10、机械臂驱动装置11、可伸缩机械臂12、筛网13、连接杆14、进水口15、输水支管16、输水总管17、抽水泵18、出水管19、吃水控制线20、进淤管21、抽淤泵22、出淤管23，第二竖轴24，第二承重浮箱25，第二连通管26，第二压力传感器27，第二竖井28，第二竖井水面29。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1、2所示，一种克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统，该系统设置于无人保洁船1上，该系统包括：竖井3、竖轴4、承重浮箱5、连通管6和压力传感器7，竖井3布置在无人保洁船1中，连通管6布置在竖井3底部且连通竖井3内腔和船体外部的河道，竖井3中间位置安设有竖轴4。承重浮箱5是一个用轻质材料制成或者内部中空的箱体，能够浮于水面上，承重浮箱5紧套在竖轴4上，可以沿竖轴4上下滑动。在承重浮箱5和竖轴4之间可以涂抹润滑剂，以减小两者之间的摩擦力。压力传感器7设置在承重浮箱5的下方的竖井3中，压力传感器7上接有用于对外输出压力感应数据的数据线8。无人保洁船1上竖向荷载会变化的设备可以安装在承重浮箱5上，当竖向荷载变化时，可以将垂向分力传导至承重浮箱5，使承重浮箱5下沉，竖井3内的水受到挤压通过连通管6从无人保洁船1向外排出，及时保持竖井3中的水面与河道水面一致。连通管6的孔径要足够大，以便于快速进水或出水，以防止竖井水面9雍高。

基于上述系统，克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的方法如下：承重浮箱5不承受重量时，其浮于竖井水面9上；当承重浮箱5承受重量时，承重浮箱5沿竖轴4下沉，承重浮箱5在竖井水面9以下的体积增大，承重浮箱5所受的浮力增大，承重浮箱5增加的垂向分力将被承重浮箱5增加的浮力抵消，同时竖井3内的水受到挤压通过连通管6从无人保洁船1向外排出，当承重浮箱5承受的重量卸除后，承重浮箱5恢复原位，竖井3内的水通过连通管6得到补充。当承重浮箱5承受的重量超过了核定载重，承重浮箱5将触碰到压力传感器7，压力传感器7立刻通过数据线8发出超载警报，无人保洁船1立即停止作业，自始自终竖井水面9与水域水面2保持相平，从而保证无人保洁船1在作业时不会发生倾斜和下沉。而且在连通管6的作用下，无人保洁船1的吃水线能够保持稳定，有利于各种保洁作业的开展。

承重浮箱5的核定载重为承重浮箱5刚好触碰到压力传感器7时所受的浮力与承重浮箱5空载时所受的浮力之差。因此，压力传感器7的位置需要根据核定载重调整至合适的高度。

在一实施例中，无人保洁船1上具有用于从水面抓取垃圾的伸缩机械臂12，由于伸缩机械臂12在抓取重物过程中或导致船体的竖向荷载发生变化，进而导致船体失衡，发生下沉和倾斜甚至翻船的危险。而船体上还有一个筛网13承接并存放可伸缩机械臂12抓取到的垃圾，筛网13通过连接杆14固定在第二承重浮箱25上，随第二承重浮箱25上下移动。因此，可以在船体上安装本发明的系统，防止其出现失稳。由于在该无人保洁船1上，竖向荷载会变化的设备有伸缩机械臂12和筛网13，因此需要同时安装有两套该系统，将筛网13和由机械臂驱动装置11驱动的伸缩机械臂12分别安装在一个承重浮箱上。其具体结构如图3所示，该无人保洁船在打捞作业时防止出现倾斜和下沉的方法如下：输入电源线10向机械臂驱动装置11输入电源，可伸缩机械臂12在机械臂驱动装置11的驱动下，从水域水面2打捞大型垃圾，承重浮箱5沿竖轴4下沉，承重浮箱5增加的垂向分力被承重浮箱5增加的浮力抵消，当打捞的大型垃圾被放入筛网13，这时第二承重浮箱25沿第二竖轴24下沉，由大型垃圾增加的垂向分力被第二承重浮箱25增加的浮力抵消，从而保障无人保洁船1在打捞作业时不会发生倾斜和下沉；当筛网13上的垃圾重量超过了第二承重浮箱25的核定载重时，第二承重浮箱25将触碰到第二竖井28底部的第二压力传感器27，无人保洁船1会发出超载警报，并立刻停止打捞作业；当可伸缩机械臂12打捞的大型垃圾重量超过了承重浮箱5的核定载重时，承重浮箱5将触碰到竖井3底部的压力传感器7，无人保洁船1会发出超载警报，并立刻停止可伸缩机械臂12对当前大型垃圾的打捞。由此，在伸缩机械臂12不断抓取大型垃圾过程中，无人保洁船1上的吃水线能够始终保持稳定，大型垃圾对船体造成的附加力能够被最大限度地抵消。

在另一实施例中，本发明还可以应用于无人保洁船水面保洁作业时防止倾斜和下沉。此时无人保洁船的结构如图4所示，筛网13通过连接杆14固定在承重浮箱5上，随承重浮箱5上下移动。无人保洁船水面保洁作业时防止倾斜和下沉的方法如下：无人保洁船1进行水面保洁时，水面悬浮垃圾连同水在抽水泵18的作用下从不同进水口15进入输水支管16，汇总到输水总管17后再通过出水管19排到筛网13中，垃圾留在筛网13中，过滤出的水流入竖井3，随着筛网13承受重量的增加，承重浮箱5沿竖轴4下沉，承重浮箱5增加的垂向分力被承重浮箱5增加的浮力抵消。由于连通管6的存在，竖井水面9能够始终保持与水域水面2一致，从而保障无人保洁船1在水面保洁作业时保持吃水控制线20基本不变。当筛网13上的垃圾重量超过了承重浮箱5的核定载重时，承重浮箱5将触碰到压力传感器7，无人保洁船1会发出超载警报，并立刻停止水面保洁作业。

在另一实施例中，本发明还可以应用于无人保洁船清淤作业时防止倾斜和下沉。此时无人保洁船的结构如图5所示。本发明应用于无人保洁船清淤作业时防止倾斜和下沉的方法如下：无人保洁船1进行清淤作业时，淤泥在抽淤泵22的作用下从进淤管21通过出淤管23被抽吸到承重浮箱5中，随着淤泥量的增加，承重浮箱5沿竖轴4下沉，承重浮箱5增加的垂向分力被承重浮箱5增加的浮力抵消。由于连通管6的存在，竖井水面9能够始终保持与水域水面2一致，从而保障无人保洁船1在清淤作业时不会发生倾斜和下沉。当淤泥总重量超过了承重浮箱5的核定载重时，承重浮箱5将触碰到压力传感器7，无人保洁船1会发出超载警报，并立刻停止清淤作业。

本发明针对无人船用于河道等水域保洁时的垃圾种类多、数量多、体积大、受力不均等问题，实现了无人保洁船在水面大型垃圾打捞、水面悬浮垃圾清理以及河道清淤作业时不会发生倾斜和下沉，保持吃水线基本不变，保障无人保洁船在进行河道保洁过程中的安全性和稳定性。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。如本发明可独立布置在专门的水面大型垃圾打捞、水面悬浮垃圾保洁和河底清淤的无人保洁船上，也可以集中布置到一艘具有综合功能的无人保洁船上。压力传感器可以不通过数据线连接外部设备，而直接采用无线数据传输方式连接。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统，其特征在于，该系统设置于无人保洁船(1)上，该系统包括：竖井(3)、竖轴(4)、承重浮箱(5)、连通管(6)和压力传感器(7)，竖井(3)布置在无人保洁船(1)中，连通管(6)布置在竖井(3)底部且连通竖井(3)内腔和船体外部的河道，竖井(3)中间位置安设有竖轴(4)，承重浮箱(5)紧套在竖轴(4)上，用于安装船上竖向荷载会变化的设备；压力传感器(7)设置在承重浮箱(5)的下方的竖井(3)中。

2.如权利要求1所述的克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统，其特征在于，压力传感器(7)上接有用于对外输出压力感应数据的数据线(8)。

3.如权利要求1所述的克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统，其特征在于，无人保洁船(1)上同时设有两套所述的系统，无人保洁船(1)上用于抓取水面上垃圾的可伸缩机械臂(12)安装于其中一套系统的承重浮箱(5)上，另一套系统的第二承重浮箱(25)上安装有一个筛网(13)，用于承接并存放可伸缩机械臂(12)抓取到的垃圾。

4.如权利要求1所述的克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的系统，其特征在于，在承重浮箱(5)和竖轴(4)之间涂抹润滑剂以减小两者之间的摩擦力。

5.一种使用如权利要求1所述系统克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的方法，其特征在于，当承重浮箱(5)承受重量时，承重浮箱(5)沿竖轴(4)下沉，承重浮箱(5)在竖井水面(9)以下的体积增大，承重浮箱(5)所受的浮力增大，承重浮箱(5)增加的垂向分力将被承重浮箱(5)增加的浮力抵消，同时竖井(3)内的水受到挤压通过连通管(6)从无人保洁船(1)向外排出，当承重浮箱(5)承受的重量卸除后，承重浮箱(5)恢复原位，竖井(3)内的水通过连通管(6)得到补充，当承重浮箱(5)承受的重量超过了核定载重，承重浮箱(5)将触碰到压力传感器(7)，压力传感器(7)立刻通过数据线(8)发出超载警报，无人保洁船(1)立即停止作业；自始自终竖井水面(9)与水域水面(2)保持相平，从而保证无人保洁船(1)在作业时不会发生倾斜和下沉。

6.如权利要求5所述克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的方法，其特征在于，承重浮箱(5)的核定载重为承重浮箱(5)刚好触碰到压力传感器(7)时所受的浮力与承重浮箱(5)空载时所受的浮力之差。

7.如权利要求5所述克服无人保洁船作业时倾斜和下沉的方法，其特征在于，连通管(6)的孔径要足够大以防止竖井水面(9)雍高。