CN108373107A - 一种具有应急吊装系统的水下清淤作业车及应急吊装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有应急吊装系统的水下清淤作业车及应急吊装方法，包括作业车，还包括应急吊装系统，所述应急吊装系统包括：设于所述作业车顶部的吊环、磁铁和至少3个声信标，所述声信标在以吊环为圆心的同一圆周上均匀分布，所述磁铁位于吊环内底部；以及吊装时与所述吊环及磁铁相配合吊环钩，该吊环钩上安装有用于接收各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值再传输至位于地面终端设备的水听器。本发明的作业车应急吊装时采用声信标和水听器进行声波粗定位，磁铁辅助，可实现吊环位置的准确定位。

Description

一种具有应急吊装系统的水下清淤作业车及应急吊装方法

技术领域

本发明涉及一种水下清淤作业车，具体涉及一种具有应急吊装系统的水下清淤作业车。

背景技术

水池淤泥沉积是生产过程中普遍存在的问题，传统的清理池体沉积物的方法为排干水池人工清理，如今随着自动化设备的发展，自动化的水下作业设备逐渐受到关注。水下作业清淤车可以实现自动或半自动清洗工作，但随之也带来一些问题。当作业完成时，如何将设备吊装至地面，当由于断电，机械故障等原因停止工作，不知道作业车确切的位置，这给打捞作业车的工作带来很大的困扰。

发明内容

本发明提供一种应急吊装设施的水下清淤作业车，在突发情况下便于定位、吊装和打捞。

一种具有应急吊装系统的水下清淤作业车，包括作业车，还包括应急吊装系统，所述应急吊装系统包括：

设于所述作业车顶部的吊环、磁铁和至少3个声信标，所述声信标在以吊环为圆心的同一圆周上均匀分布，所述磁铁位于吊环内底部；

以及吊装时与所述吊环及磁铁相配合吊环钩，该吊环钩上安装有用于接收各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值再传输至位于地面终端设备的水听器。

所述终端设备优选采用计算机，声信标优选设置为3个。

优选地，所述声信标通过支架固定在作业车顶部，支架的高度与吊环最高处一致，声信标以可拆卸连接方式固定在支架顶部。

支架底部与作业车之间通过螺栓固定、支架顶部与声信标之间通过螺丝固定。

优选地，用于分布所述声信标的圆周的半径为20～100cm。

所述声信标为一个密闭模块，包括壳体以及位于壳体内的电池、电声换能器、驱动电路和遥控信号接收器，内置电池为可充电电池，充满后可供声信标工作8小时左右，遥控信号接收器用于接受地面遥控，控制声信标的开启和关闭。可直接采用市售产品。声信标能够发出20Hz～100kHz频率，功率相同的声波，所有声信标在工作时分别发出不同频率的声波。

所述水听器包括电声换能器、信号处理电路和数据输出电路，水听器采用棒状水听器，电声换能器可安装于棒状的一端，水听器亦可直接市购获得。水听器在水下接收到声信标的声音后经电声换能器和信号处理系电路后转变成对应的电压值，通过数据线传输至地面的终端设备如计算机，根据声信标信号的电压和基准电压进行比较来确定吊环钩与挂环的相对位置。

优选地，所述吊环钩包括：

主体段，主体段顶部设置用于与地面吊车连接的穿绳孔，所述水听器安装于该主体段上；

与所述主体段底部衔接的弧形段，弧形段底部设置磁吸面；

以及与所述弧形段衔接的钩尖段。

进一步优选地，所述主体段、弧形段和钩尖段依次衔接后内部为连通的中空腔体，所述弧形段的内侧为与主体段通过转轴连接的弧形锁门，受到吊环向下的压力时弧形锁门绕转轴向下转动、中空腔体打开，吊环进入中空腔体内，压力消失后弧形锁门复位，复位状态下弧形锁门衔接主体段和钩尖段、中空腔体封闭，完成自锁。

在声波定位系统和磁吸辅助定位精确锁定目标后，钩尖段钩入作业车顶部的吊环内，向上提拉时环形锁门受到吊环向下的压力，绕转轴向下转动，中空腔体打开，吊环滑入吊环钩的中空腔体内，压力消失后弧形锁门复位，完成自锁。

优选地，所述磁铁嵌装在作业车上，磁铁顶面作业车顶面齐平。

优选地，所述吊装系统还包括一基准测试装置，所述基准测试装置包括：

与声信标数量相对应的等边多边形框架，每个边的中心处设置吊孔；

位于正多边形框架中心处的中心孔，测试时用于安装水听器；

分别连接正多边形框架各角与中心孔的若干导轨；

以及对应设于各轨道上且与对应轨道滑动配合的底座，测试时用于安装声信标。

导轨在正多边形框架的中心处交汇，交汇焊接连接并留置所述中心孔，用于安放水听器的电声换能器，底座置于导轨上，可沿导轨移动，用于调整声信标与水听器之间的间距，底座大小与声信标匹配，声信标通过螺丝固定在底座上。

与声信标数量相对应的等边多边形框架是指多边形的变数与声信标数量一致，例如，优选采用3个声信标，对应的测试装置采用等边三角形框架，正多边形框架采用不锈钢管。

正多边形框架的大小以模拟1：1作业车顶部声信标的设置位置，即多边形框架的变长等于相邻两个声信标之间的直线间距，以设置三个声信标为例，声信标所在圆的半径为20～100cm时，正三变形框架的边长a为35～175cm，导轨长度L满足：

一种水下清淤作业车应急吊装的方法，优选采用本发明的吊装系统，包括如下步骤：

(1)作业车顶部的声信标分别记为声信标i、声信标j、声信标k……声信标n，作业车进行清淤工作前，将吊环钩钩入作业车顶部的吊环中并置于待清理水域中，开启声信标，吊环钩上的水听器接收各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值Ui0、Uj0、Uk0……Ukn，然后输出给地面终端设备，设定该电压值为基准电压值；

(2)作业车进入待清理水域中进行清淤作业，当发生突发情况导致水下清淤作业车停止工作时，将装有水听器并带有磁吸段的吊环钩通过吊车放入水域中，遥控开启声信标，水听器将接收到的来自各声信标的声波信号转换成对应的实时电压值Ui、Uj、Uk……Un，并传输给地面终端设备，调节吊环钩的垂向高度和水平位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时吊环钩的磁吸段基本处于吸铁石的位置，磁力的作用下吊钩环的位置和方向被精确锁定，向上吊起作业车实现吊装；

正常吊装情况下，将作业车开至预设的吊装地点处，通过吊车下放所述吊钩环，监测水听器传回的实时电压值，微调吊钩位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时挂钩磁吸段与磁铁吸合，直接上提吊钩实现吊装。

该吊装方式较适用于清水水域的作业，一次测试基准电压值，设定为出厂默认值，然后作业车可支架下水工作，每次吊装时，只需监测与各声信标对应的实时电压值，然后与该出厂默认值比较，调整吊钩环的位置，以完成与作业车吊环的精确锁定。

当作业水域水质较差时，直接以清水水质测得的默认值为基准值会存在偏差，而每次下水作业前都进行基准值测定也较繁琐，因此，本发明还提供了一种矫正方法，设计一个基准测试装置，将吊装系统中的声信标和水听器安装在该基准测试装置上，放入水底，代替整个作业车进行基准值测定，方便快捷。

因此，本发明还提供另一种水下清淤作业车应急吊装的方法，亦采用本发明的吊装系统，包括如下步骤：

(1)作业车顶部的声信标分别记为声信标i、声信标j、声信标k……声信标n，作业车下水工作前，先测量作业车顶吊环与声信标之间的距离，记为l，然后将作业车的声信标对应安装至基准测试装置的底座上，调节声信标与中心孔之间的间距为l，水听器固定在基准测试装置的中心孔上，吊绳系在多边形框架的吊孔上，将基准测试装置放入水底，遥控开启声信标，水听器将接收到的各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值Ui0、Uj0、Uk0……Ukn，然后输出给地面终端设备，设定该电压值为基准电压值；

所述基准测试装置包括：与声信标数量相对应的等边多边形框架，每个边的中心处设置吊孔；

位于正多边形框架中心处的中心孔，测试时用于安装水听器；

分别连接正多边形框架各角与中心孔的若干导轨；

以及对应设于各轨道上且与对应轨道滑动配合的底座，测试时用于安装声信标；

(2)测试结束后，将声信标安装至作业车顶部、水听器安装在吊环钩上，作业车下水作业；

(3)当发生突发情况导致水下清淤作业车停止工作时，将装有水听器并带有磁吸段的吊环钩通过吊车放入水域中，遥控开启声信标，水听器将接收到的来自各声信标的声波信号转换成对应的实时电压值Ui、Uj、Uk……Un，并传输给地面终端设备，调节吊环钩的垂向高度和水平位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时吊环钩的磁吸段基本处于吸铁石的位置，磁力的作用下吊钩环的位置和方向被精确锁定，向上吊起作业车实现吊装；

正常吊装情况下，将作业车开至预设的吊装地点处，通过吊车下放所述吊钩环，监测水听器传回的实时电压值，微调吊钩位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时挂钩磁吸段与磁铁吸合，直接上提吊钩实现吊装。

优选地，精确锁定后还包括吊环钩自锁步骤：

吊环钩的钩尖段钩入作业车顶部的吊环内，向上提拉时，吊环钩的环形锁门受到吊环向下的压力，绕转轴向下转动，中空腔体打开，吊环滑入吊环钩的中空腔体内，压力消失后弧形锁门复位，完成自锁。吊环钩优选采用本发明吊环钩。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的作业车应急吊装时采用声信标和水听器进行声波粗定位，磁铁辅助，可实现吊环位置的准确定位。

(2)自锁式吊环钩能够简单快速的挂上吊环，安全牢固，无需辅助的控制设备(例如一些液压，电磁原理控制开关的锁件)。

(3)声信标和水听器可以拆卸，可以安装于任意水下机器人设备，用于应急吊装作业。

附图说明

图1是本发明吊装时的整体示意图。

图2是本发明吊环钩的结构示意图。

图3是本发明声信标在作业车顶面的安装示意图。

图4是本发明吊环钩、吊环及声信标的相互位置示意图。

图5是本发明基准测试装置的结构示意图。

图6是水听器主要组成部件示意图。

图7是声信标主要组成部件示意图。

图中所示附图标记如下：

1-作业车 2-吊环 3-声信标组件

4-吊环钩 5-地面吊车 6-水听器

7-磁铁 8-基准测试装置

31-声信标 32-支撑架

311-第二电声换能器 312-电池 313-驱动电路

314-遥控信号接收器

41-主体段 42-弧形段 43-钩尖段

44-穿绳孔 45-弧形锁门 46-转轴

47-磁吸面

61-第一电声换能器 62-信号处理电路 63-信号输出电路

81-正三角形框架 82-导轨 83-中心孔

84-底座 85-吊孔

具体实施方式

如图1～图7所示，一种带有吊装系统的水下清淤作业车，本实施方式中以三个声信标为例进行说明。

如图1所示，包括作业车1和吊装系统，吊装系统连接作业车1和地面吊车5，吊装系统包括吊环2、磁铁7、吊钩环3、水听器6和声信标组件3，水听器安装在吊环钩4上，吊环、磁铁和声信标组件安装在作业车顶部。

吊钩环4的结构如图2所示，包括依次衔接的主体段41、弧形段42和钩尖段43，依次衔接后内部为连通的中空腔体，主体段顶部设置穿绳孔44，水听器6安装在主体段上，弧形段外侧设置一个磁吸面47，内侧为与主体段通过转轴46连接的弧形锁门45，弧形锁门与钩尖段的衔接处为接触配合。

钩尖段钩入作业车顶部的吊环内，向上提拉时环形锁门受到吊环向下的压力，绕转轴向下转动，中空腔体打开，吊环滑入吊环钩的中空腔体内，压力消失后弧形锁门复位，完成自锁。

水听器6可直接市购，主要组成部件如图6所示，包括第一电声换能器61、信号处理电路62和信号输出电路63，电声换能器连接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端与信号输出电路的输入端连接。

吊环2固定在作业车顶部中心处，吊环内底部的作业车顶面设置磁铁7，磁铁嵌入作业车顶面内，保持作业车顶面平整。声信标组件3在作业车顶部的安装示意图如图3所示，本实施方式中声信标组件包括三个声信标31以及对应的支撑架32，三个声信标均匀分布在以吊环为圆心的同一圆周上，各声信标通过对应的支撑架安装在作业车顶部，支撑架的高度与吊环最高处高度齐平，支撑架底部与作业车之间螺栓固定、与声信标之间螺丝固定，可拆卸。吊环、吊环钩、声信标组件、磁铁之间的相互位置及配合示意图如图4所示。

声信标可直接市购，主要构成构件如图7所示，包括外壳和位于外壳内的第二电声换能器311、电池312、驱动电路313和遥控信号接收器314。

吊装系统还还包括一个基准测试装置8，如图5所示，包括一个正三角形边框81、位于正三角形边框中心的中心孔83、分别连接中心孔与三个角的三条导轨82,、对应设于每个导轨上的底座84和对应位于每个边中心处的吊孔85，正三角形边框的大小以1：1模拟声信标的安装位置，边框采用不锈钢管，中心孔大小与水听器匹配，用于安装水听器，底座上安装声信标，底座大小与声信标大小匹配，底座与导轨之间滑动配合，以调节底座与中心孔之间的间距。

测试时，水听器固定在基准测试装置的中心孔上，吊绳系在多边形框架的吊孔上，将基准测试装置放入水底，遥控开启声信标，水听器将接收到的各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值，然后输出给地面终端设备，并即为基准值。

本实施方式的吊装方法如下：

(1)作业车顶部的声信标分别记为声信标i、声信标j、声信标k，作业车下水工作前，先测量作业车顶吊环与声信标之间的距离，记为l，然后将作业车的声信标对应安装至基准测试装置的底座上，调节声信标与中心孔之间的间距为l，水听器固定在基准测试装置的中心孔上，吊绳系在多边形框架的吊孔上，将基准测试装置放入水底，遥控开启声信标，水听器将接收到的各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值U i0、Uj0、Uk0，然后输出给地面终端设备，设定该电压值为基准电压值；

(2)测试结束后，将声信标安装至作业车顶部、水听器安装在吊环钩上，作业车下水作业；

(3)当发生突发情况导致水下清淤作业车停止工作时，将装有水听器并带有磁吸段的吊环钩通过吊车放入水域中，遥控开启声信标，水听器将接收到的来自各声信标的声波信号转换成对应的实时电压值U i、Uj、Uk……Un，并传输给地面终端设备，调节吊环钩的垂向高度和水平位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0，此时吊环钩的磁吸段基本处于吸铁石的位置，磁力的作用下吊钩环的位置和方向被精确锁定，向上吊起作业车实现吊装；

正常吊装情况下，将作业车开至预设的吊装地点处，通过吊车下方所述吊钩环，监测水听器传回的实时电压值，微调吊钩位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0，此时挂钩磁吸段与磁铁吸合，直接上提吊钩实现吊装。

当采用大于三个声信标时，对应的基准测试装置采用正多边形，边数跟声信标数量对应。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种具有应急吊装系统的水下清淤作业车，包括作业车，其特征在于，还包括应急吊装系统，所述应急吊装系统包括：

设于所述作业车顶部的吊环、磁铁和至少3个声信标，所述声信标在以吊环为圆心的同一圆周上均匀分布，所述磁铁位于吊环内底部；

以及吊装时与所述吊环及磁铁相配合吊环钩，该吊环钩上安装有用于接收各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值再传输至位于地面终端设备的水听器。

2.根据权利要求1所述水下清淤作业车，其特征在于，所述声信标通过支架固定在作业车顶部，支架的高度与吊环最高处一致，声信标以可拆卸连接方式固定在支架顶部。

3.根据权利要求1所述水下清淤作业车，其特征在于，用于分布所述声信标的圆周的半径为20～100cm。

4.根据权利要求1所述水下清淤作业车，其特征在于，所述吊环钩包括：

主体段，主体段顶部设置用于与地面吊车连接的穿绳孔，所述水听器安装于该主体段上；

与所述主体段底部衔接的弧形段，弧形段底部设置磁吸面；

以及与所述弧形段衔接的钩尖段。

5.根据权利要求4所述水下清淤作业车，其特征在于，所述主体段、弧形段和钩尖段依次衔接后内部为连通的中空腔体，所述弧形段的内侧为与主体段通过转轴连接的弧形锁门，受到吊环向下的压力时弧形锁门绕转轴向下转动、中空腔体打开，吊环进入中空腔体内，压力消失后弧形锁门复位，复位状态下弧形锁门衔接主体段和钩尖段、中空腔体封闭，完成自锁。

6.根据权利要求1所述水下清淤作业车，其特征在于，所述磁铁嵌装在作业车上，磁铁顶面作业车顶面齐平。

7.根据权利要求1所述水下清淤作业车，其特征在于，所述吊装系统还包括一基准测试装置，所述基准测试装置包括：

与声信标数量相对应的等边多边形框架，每个边的中心处设置吊孔；

位于正多边形框架中心处的中心孔，测试时用于安装水听器；

分别连接正多边形框架各角与中心孔的若干导轨；

以及对应设于各轨道上且与对应轨道滑动配合的底座，测试时用于安装声信标。

8.一种水下清淤作业车应急吊装的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)作业车顶部的声信标分别记为声信标i、声信标j、声信标k……声信标n，作业车进行清淤工作前，将吊环钩钩入作业车顶部的吊环中并置于待清理水域中，开启声信标，吊环钩上的水听器接收各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值Ui0、Uj0、Uk0……Ukn，然后输出给地面终端设备，设定该电压值为基准电压值；

(2)作业车进入待清理水域中进行清淤作业，当发生突发情况导致水下清淤作业车停止工作时，将装有水听器并带有磁吸段的吊环钩通过吊车放入水域中，遥控开启声信标，水听器将接收到的来自各声信标的声波信号转换成对应的实时电压值Ui、Uj、Uk……Un，并传输给地面终端设备，调节吊环钩的垂向高度和水平位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时吊环钩的磁吸段基本处于吸铁石的位置，磁力的作用下吊钩环的位置和方向被精确锁定，向上吊起作业车实现吊装；

正常吊装情况下，将作业车开至预设的吊装地点处，通过吊车下放所述吊钩环，监测水听器传回的实时电压值，微调吊钩位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时挂钩磁吸段与磁铁吸合，直接上提吊钩实现吊装。

9.一种水下清淤作业车应急吊装的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)作业车顶部的声信标分别记为声信标i、声信标j、声信标k……声信标n，作业车下水工作前，先测量作业车顶吊环与声信标之间的距离，记为l，然后将作业车的声信标对应安装至基准测试装置的底座上，调节声信标与中心孔之间的间距为l，水听器固定在基准测试装置的中心孔上，吊绳系在多边形框架的吊孔上，将基准测试装置放入水底，遥控开启声信标，水听器将接收到的各声信标声波信号并将接收到的声波信号转换为对应的电压值Ui0、Uj0、Uk0……Ukn，然后输出给地面终端设备，设定该电压值为基准电压值；

所述基准测试装置包括：与声信标数量相对应的等边多边形框架，每个边的中心处设置吊孔；

位于正多边形框架中心处的中心孔，测试时用于安装水听器；

分别连接正多边形框架各角与中心孔的若干导轨；

以及对应设于各轨道上且与对应轨道滑动配合的底座，测试时用于安装声信标；

(2)测试结束后，将声信标安装至作业车顶部、水听器安装在吊环钩上，作业车下水作业；

(3)当发生突发情况导致水下清淤作业车停止工作时，将装有水听器并带有磁吸段的吊环钩通过吊车放入水域中，遥控开启声信标，水听器将接收到的来自各声信标的声波信号转换成对应的实时电压值Ui、Uj、Uk……Un，并传输给地面终端设备，调节吊环钩的垂向高度和水平位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时吊环钩的磁吸段基本处于吸铁石的位置，磁力的作用下吊钩环的位置和方向被精确锁定，向上吊起作业车实现吊装；

正常吊装情况下，将作业车开至预设的吊装地点处，通过吊车下放所述吊钩环，监测水听器传回的实时电压值，微调吊钩位置使Ui＝Ui0、Uj＝Uj0、Uk＝Uk0……Un＝Un0，此时挂钩磁吸段与磁铁吸合，直接上提吊钩实现吊装。

10.根据权利要求9或10所述方法，其特征在于，精确锁定后还包括吊环钩自锁步骤：

吊环钩的钩尖段钩入作业车顶部的吊环内，向上提拉时，吊环钩的环形锁门受到吊环向下的压力，绕转轴向下转动，中空腔体打开，吊环滑入吊环钩的中空腔体内，压力消失后弧形锁门复位，完成自锁；

所述吊环钩包括：

主体段，主体段顶部设置用于与地面吊车连接的穿绳孔，所述水听器安装于该主体段上；

与所述主体段底部衔接的弧形段，弧形段底部设置磁吸面；

以及与所述弧形段衔接的钩尖段；

所述主体段、弧形段和钩尖段依次衔接后内部为连通中空腔体，所述弧形段的内侧为与主体段通过转轴连接的弧形锁门。