CN107956228A - 一种海底绞吸液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海底绞吸液压控制系统，适用于船体。该海底绞吸液压控制系统包括桁架；大车机构，桁架通过大车机构在船体的第一方向上行走；小车机构，桁架通过小车机构在船体的第二方向上行走，第一方向与第二方向相交；桁架驱动马达，用于升降桁架；泥浆吸口，设置在桁架的底部；泥浆软管绞车，包括与泥浆吸口连接的泥浆软管，泥浆软管绞车用于收放泥浆软管；本发明提出的一种海底绞吸液压控制系统，清除淤泥能力强，施工效率高且操作方便。

Description

一种海底绞吸液压控制系统

技术领域

本发明涉及海床整平施工技术领域，尤其涉及一种海底绞吸液压控制系统。

背景技术

疏浚作为一门新兴的科技，是伴随着航运事业发展起来的。目前，世界各地的港口航道清淤、海床整平施工等工程均是由大型挖泥船来承担。疏浚工程的主要目的是挖深河流或海湾的浅段以提高通航能力或排洪能力；开挖港池、通港航道等以兴建码头港区；整平基床以安装设备等。由此可见，疏浚工程对于国民经济的发展，特别是交通、防洪、基建等的作用是非常重要的。当前，疏浚技术不断进步，随着国家加大对基础设施建设的投入，一些大型的难度极高的水下施工工程逐渐出现，特别是对于海底标高要求比较精确的施工区域，普通的挖泥船便不能完成这些海底绣花的精细工作。

航道或者海上工程施工海域往往都有海底的基床施工，但因为海流或河口泥沙裹挟以及施工周期的影响，往往在已经敷设好的基床上回淤形成厚薄不等的浮泥淤积，给后续施工带来问题。现有的施工方案主要是回淤后重新通过挖泥船清理，再整平施工，或者安装放淤墙以阻挡泥沙对施工区域的回淤。如此施工往往费时费力，且受季节天气水流及水体泥沙含量等多方面因素影响。港珠澳海底隧道在管节沉放施工中碰到的淤积问题使得单节沉管的施工工期被拉长近两个月，且通过挖泥船的开挖再整平等施工，工程造价增加将近亿元。目前国际上还没有生产此类专业的高精度清淤产品的设计及应用。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种海底绞吸液压控制系统，清除淤泥能力强，施工效率高。

具体地，本发明提出了一种海底绞吸液压控制系统，适用于船体，包括，

桁架；

大车机构，所述桁架通过所述大车机构在所述船体的第一方向上行走；

小车机构，所述桁架通过所述小车机构在所述船体的第二方向上行走，所述第一方向与第二方向相交；

桁架驱动马达，用于升降所述桁架；

泥浆吸口，设置在所述桁架的底部；

泥浆软管绞车，包括与所述泥浆吸口连接的泥浆软管，所述泥浆软管绞车用于收放所述泥浆软管。

根据本发明的一个实施例，所述泥浆吸口包括泥门和泥门开闭油缸，所述泥门开闭油缸用于控制所述泥门的开合，以打开或关闭所述泥浆吸口。

根据本发明的一个实施例，所述桁架上设有泥浆泵驱动马达和泥浆泵，所述泥浆泵由所述泥浆泵驱动马达驱动，所述泥浆泵用于控制所述泥浆吸口工作。

根据本发明的一个实施例，在所述泥浆吸口上设有声纳检测装置，在所述桁架上还设有吸头高程升降补偿油缸，所述声纳检测装置用于检测所述泥浆吸口的高度位置，并通过所述吸头高程升降补偿油缸来驱动所述泥浆泵以实时调整所述泥浆吸口的高度。

根据本发明的一个实施例，还包括液压软管绞车，包括液压软管，所述液压软管绞车用于收放所述液压软管，所述液压软管向所述泥门开闭油缸、泥浆泵驱动马达、泥浆泵和吸头高程升降补偿油缸提供动力。

根据本发明的一个实施例，所述液压软管绞车和所述泥浆软管绞车由变频电机驱动。

根据本发明的一个实施例，所述液压软管和泥浆软管穿入所述桁架，所述液压软管绞车能根据所述桁架的升降速度同步收放所述液压软管，所述泥浆软管绞车能根据所述桁架的升降速度同步收放所述泥浆软管。

根据本发明的一个实施例，还包括液压泵站，为所述海底绞吸液压控制系统提供动力。

根据本发明的一个实施例，所述液压泵站包括第一泵组单元、第二泵组单元、主控制阀单元、辅控制阀单元和油箱组成的开式回路，所述主控制阀单元用于控制所述桁架驱动马达及所述海底绞吸液压控制系统的最高工作压力，所述辅控制阀单元用于控制所述泥浆吸口工作。

根据本发明的一个实施例，所述主控制阀单元由第一溢流阀和第一电磁阀及导流板组成。

本发明提供的一种海底绞吸液压控制系统，整体结构紧凑，操作方便且清淤效果好。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了本发明的一个实施例的结构示意图。

图2示出了本发明的一个实施例的又一结构示意图。

图3是图1的局部放大图。

图4是图1中桁架顶部的放大图。

图5示出了本发明的一个实施例的液压泵站的液压系统原理图。

图6示出了本发明的一个实施例的油缸控制的液压系统原理图。

图7示出了本发明的一个实施例的桁架升降的液压系统原理图。

图8示出了本发明的一个实施例的泥浆泵工作的液压系统原理图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图1示出了本发明的一个实施例的结构示意图。图2示出了本发明的一个实施例的又一结构示意图。如图所示，一种海底绞吸液压控制系统100用于海底清除淤泥，特别适用于港口航道清淤或海床整平的大型挖泥船的船体101。其包括桁架102、大车机构103、小车机构104、桁架驱动马达105、泥浆吸口106和泥浆软管绞车107。

其中，大车机构103和小车机构104设置在船体101的大梁108上。桁架102通过该大车机构103在船体101的第一方向上行走，桁架102通过小车机构104在船体101的第二方向上行走，该第一方向与第二方向相交。容易理解的，第一方向可以是船体101的长度方向，第二方向可以垂直于第一方向，这样通过该大车机构103和小车机构104，使得桁架102可以运行在海底需要清理淤泥的整个平面上，便于移动和清理海底淤泥。

进一步的，桁架驱动马达105用于提升或下降桁架102。泥浆吸口106设置在桁架102的底部。泥浆软管绞车107包括与泥浆吸口106连接的泥浆软管109，泥浆软管绞车107用于收放泥浆软管109。

参考图1和图2，一种海底绞吸液压控制系统100的施工流程为：大型挖泥船在被拖航到施工位置后，通过其船体101的船体升降系统110将船体101抬升至离开水面到适当高度，抛锚后通过锚机111稳定船体。桁架102通过大车机构103和小车机构104沿纵向及横向运行到指定位置，由桁架驱动马达105及其减速机构来下放桁架102到指定高度，泥浆软管绞车107随桁架102的高度变化释放泥浆软管109。启动泥浆吸口106，在船体101整个覆盖区间进行清淤作业，海底泥浆通过软管108输送到泥浆船上。本发明提供的一种海底绞吸液压控制系统100整体结构紧凑，清除淤泥能力强，施工效率高。

图3是图1的局部放大图。较佳地，泥浆吸口106包括泥门112和泥门开闭油缸113。泥门开闭油缸113用于控制泥门112的开合，以打开或关闭泥浆吸口106。

较佳地，在桁架102上设有泥浆泵驱动马达114和泥浆泵115。泥浆泵115由泥浆泵驱动马达114驱动，泥浆泵115用于控制泥浆吸口106工作。具体来说，泥浆泵115通过泥门吸口106来抽吸淤泥。

较佳地，在泥浆吸口106上设有声纳检测装置(图未示)，在桁架102上还设有吸头高程升降补偿油缸116。声纳检测装置用于检测泥浆吸口106的高度位置，并通过吸头高程升降补偿油缸116来驱动泥浆泵115以实时调整泥浆吸口106的高度。水下声纳检测装置用于实现泥浆吸口106位置的高精度补偿。在海底绞吸液压控制系统100应用于水下基床的淤泥清理，而基床的施工则是按照一定的标高进行的，整个清淤过程中不能突破此标高的控制范围。因此，在施工中由于淤泥的不同淤积深度，泥浆吸口106需要实时来调整高度以保证整个作业区域平面的平整度，鉴于此项要求，引入了声纳检测装置，其发出的声纳测深信号反馈给吸头高程升降补偿油缸116的比例换向阀，以便微调整泥浆吸口106的高度，实现高标准的清淤平整度。

较佳地，在桁架102上还设有高压水泵117，用以冲刷海底基床上的板结淤泥，提高清淤效果。

图4是图1中桁架顶部的放大图。结合图1所示，海底绞吸液压控制系统100还包括液压软管绞车118、119。两台液压软管绞车118、119分别设置在桁架102的两侧且正对桁架102。液压软管绞车118、119设置于小车机构104上，跟随桁架102在作业区域内移动。液压软管绞车118、119包括液压软管，其为液压油的动力输送提供通道。液压软管绞车118、119用于收放液压软管，该液压软管与泥门开闭油缸113、泥浆泵驱动马达114、泥浆泵115和吸头高程升降补偿油缸116连接，并提供动力。

较佳地，液压软管绞车118、119和泥浆软管绞车107都是由变频电机驱动。通过变频电机，液压软管绞车118、119收放液压软管的速度可调，泥浆软管绞车107收放泥浆软管109的速度可调。更佳地，液压软管和泥浆软管109穿入桁架102，液压软管绞车118、119能根据桁架102的升降速度同步收放液压软管。同样的，泥浆软管绞车107能根据桁架102的升降速度同步收放泥浆软管109，这样设置，使得液压软管和泥浆软管109能够在作业时保持一定的张力，同时避免软管的滑落或拉断。

较佳地，海底绞吸液压控制系统100还包括桁架锁紧装置120，用于将桁架102固定在船体101的大梁108上，以保证清淤作业结构稳固。

图5示出了本发明的一个实施例的液压泵站的液压系统原理图。图6示出了本发明的一个实施例的油缸控制的液压系统原理图。结合图1所示，海底绞吸液压控制系统100还包括液压泵站121，其为海底绞吸液压控制系统100提供动力，即向系统各模块输送液压油源。更佳地，液压泵站121包括第一泵组单元122、第二泵组单元123、主控制阀单元124、辅控制阀单元125和油箱126组成的开式回路。主控制阀单元124通过其P2端口来控制桁架驱动马达114，通过P1端口来控制海底绞吸液压控制系统100的最高工作压力。辅控制阀单元125通过PL端口来控制泥浆吸口106以及锁紧装置120工作。第一泵组单元122包括主电机127和主泵128，第二泵组单元123包括辅电机129和辅泵130。

较佳地，主控制阀单元124由第一溢流阀131和第一电磁阀132及导流板组成。第一电磁阀132得失电可以通过第一溢流阀131通过接口P1、P2分别控制桁架102升降及泥浆泵的最高工作压力。第二泵组单元123供油至辅控制阀单元125。辅控制阀单元125包括第二电磁阀133和第二溢流阀134。第二电磁阀133得失电可以通过第二溢流阀134来控制辅助系统的工作压力，为连接桁架锁紧装置120的桁架锁紧油缸135、吸头高程升降补偿油缸116以及泥门开闭油缸113控制油路提供油源。其中，由第三电磁阀136控制桁架锁紧油缸135的活塞伸缩，第一比例换向阀137控制吸头高程升降补偿油缸116的活塞伸缩，第一平衡阀138用于锁定，第四电磁阀139控制泥门开闭油缸113的活塞伸缩。

图7示出了本发明的一个实施例的桁架升降的液压系统原理图。图8示出了本发明的一个实施例的泥浆泵工作的液压系统原理图。桁架驱动马达105及其减速机用于执行机构来驱动小齿轮带动桁架齿条升降，第二比例换向阀140控制马达正反转实现桁架102上升下降功能。梭阀141从马达的高压侧引出控制油经第四电磁阀142控制升降制动器的释放。平衡阀143用于桁架102下降时对于桁架102载荷的承载，保证桁架102平稳下降。桁架102的升降高度通过位置编码器来实时精确记录并给高度计算提供信号输入。参考图8，比例流量阀144根据载荷无级调整进入泥浆泵驱动马达114的流量，改变马达转速，从而调节泥浆泵115的工作载荷，变化清淤能力，实现高效，精确的泥浆吸取。通过比例流量阀144的数量拓展，可以实现多个泥浆泵组的独立工作。

回转至图1，船体101上的大梁108用于承载海底绞吸液压控制系统100。通过桁架驱动马达105及其减速机来驱动小齿轮，进而实现桁架102的升降。桁架102升降到位后，通过桁架锁紧装置120的锁紧齿块对桁架102进行锁紧保护。泥浆吸头106安装在桁架102的底部，泥浆吸口106还包括液压遥控蝶阀装置以实现泥浆管道的开度调节以调节流量；泥浆泵驱动马达114控制泥门112开合以控制泥浆吸口106的工作状态。吸头高程升降补偿油缸116以实时补偿泥浆吸口106的高度微调，保证清淤后基床的平整度。

结合所有附图所示，大型挖泥船在被拖航到施工位置后，通过其船体101的船体升降系统110将船体101抬升至离开水面到适当高度，抛锚后通过锚机111稳定船体。桁架102通过大车机构103和小车机构104运行到指定位置，由桁架驱动马达105及其减速机构来下放桁架102到指定高度，液压软管绞车118、119能根据桁架102的升降速度同步收放液压软管，泥浆软管绞车107能根据桁架102的升降速度同步收放泥浆软管109，以保证液压软管和泥浆软管109的长度满足桁架102高程的需要。根据泥浆吸口106上安装的声纳检测装置调整桁架102高度。桁架锁紧装置120对桁架102进行锁紧保护。泥门开闭油缸113控制泥门112开合以控制泥浆吸口106的工作状态。大车机构103及小车机构104交替运行完成S形清淤运行轨迹，在船体101整个覆盖区间进行清淤作业，高压前水泵117冲刷板结淤泥，提高清淤效率。

本发明提供的一种海底绞吸液压控制系统100的工作流量特别大，且受整体结构的配重限制，液压泵站与各执行机构分开布置，由此就产生了液压动力的循环输送问题。液压油必须经由大通径软管，而大通径高压软管的长度则必须满足清淤场地水深的要求，如此才能够将动力输送至吸头驱动泥浆泵，举例来说，单根软管的重量便接近一吨重，通过人力来进行收放显然不可能。为此，开发了国产大流量多通道高压软管绞车，通过绞车的收放功能，根据桁架的不同工作高度来设置软管长度，实现施工的动力输送。软管绞车对回转接头的泄漏要求非常严格，完全异于常规。为确保达到要求，采取微量合理的间隙计算方法进行设计，精密的零件加工，后续进行严格的不间断72小时受力密封测试，泄漏量的测试结果已经达到世界前列，为高油压回转密封结构设计方面取得了大量宝贵经验。

此外，由于各个执行机构基本都在吸头处进行工作，而吸头在工作时则必须要深入到水底靠近基床位置，整个装置不仅要考虑防水的问题，更要考虑到淤泥污染的问题。因此，各个相应的执行油缸、马达、导流板、管接件的选用及设计均需要特别考虑。在马达的选型上，针对于最大作业水深的要求，选用高压轴封特型马达以应对高压水的深入，同时系统设计上增加壳体泄油压力以反冲水压，抵御渗水；液压油缸采用陶瓷活塞杆处理工艺，配合水下防尘刮泥刮冰密封，活塞杆导套部分的设计上主动引入压力油于各密封部位形成油压屏蔽区域以反冲水压，抵御渗水。通过以上的特殊设计，有效地应对了水压的侵蚀作用，保证执行机构的正常工作。

本发明提供的一种海底绞吸液压控制系统100具有水深45米处清除基床垫层上500KW的回淤淤泥的能力；泥浆泵在碎石等基床垫层表面产生的最大流速不超过1.2m/s，流速可调；清淤整平高程偏差正负2cm，且能够闭环控制自动调节吸头高程；最大清淤厚度30cm。可操作性强，并具有如下优点：

1、液压原理清晰，设计合理，维护容易；

2、纯液压方式的桁架升降控制，升降平稳准确，可频繁启动；

3、根据负载进行载荷受力控制，系统可控性强，程序控制简单；

4、多级压力及控制保护，多种应急控制；

5、清淤能力的无级调速控制，同一泵站动力源提供动力的情况下实现多泥浆泵的不同载荷控制；

6、液压、泥浆软管绞车的应用，便于施工中大流量管路的收放；

7、泥浆吸头高程调节的闭环控制。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种海底绞吸液压控制系统，适用于船体，包括，

桁架；

大车机构，所述桁架通过所述大车机构在所述船体的第一方向上行走；

小车机构，所述桁架通过所述小车机构在所述船体的第二方向上行走，所述第一方向与第二方向相交；

桁架驱动马达，用于升降所述桁架；

泥浆吸口，设置在所述桁架的底部；

泥浆软管绞车，包括与所述泥浆吸口连接的泥浆软管，所述泥浆软管绞车用于收放所述泥浆软管。

2.如权利要求1所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，所述泥浆吸口包括泥门和泥门开闭油缸，所述泥门开闭油缸用于控制所述泥门的开合，以打开或关闭所述泥浆吸口。

3.如权利要求2所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，所述桁架上设有泥浆泵驱动马达和泥浆泵，所述泥浆泵由所述泥浆泵驱动马达驱动，所述泥浆泵用于控制所述泥浆吸口工作。

4.如权利要求3所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，在所述泥浆吸口上设有声纳检测装置，在所述桁架上还设有吸头高程升降补偿油缸，所述声纳检测装置用于检测所述泥浆吸口的高度位置，并通过所述吸头高程升降补偿油缸来驱动所述泥浆泵以实时调整所述泥浆吸口的高度。

5.如权利要求4所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，还包括液压软管绞车，包括液压软管，所述液压软管绞车用于收放所述液压软管，所述液压软管向所述泥门开闭油缸、泥浆泵驱动马达、泥浆泵和吸头高程升降补偿油缸提供动力。

6.如权利要求5所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，所述液压软管绞车和所述泥浆软管绞车由变频电机驱动。

7.如权利要求5所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，所述液压软管和泥浆软管穿入所述桁架，所述液压软管绞车能根据所述桁架的升降速度同步收放所述液压软管，所述泥浆软管绞车能根据所述桁架的升降速度同步收放所述泥浆软管。

8.如权利要求1所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，还包括液压泵站，为所述海底绞吸液压控制系统提供动力。

9.如权利要求1所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，所述液压泵站包括第一泵组单元、第二泵组单元、主控制阀单元、辅控制阀单元和油箱组成的开式回路，所述主控制阀单元用于控制所述桁架驱动马达及所述海底绞吸液压控制系统的最高工作压力，所述辅控制阀单元用于控制所述泥浆吸口工作。

10.如权利要求9所述的海底绞吸液压控制系统，其特征在于，所述主控制阀单元由第一溢流阀和第一电磁阀及导流板组成。