CN109372047B - 一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，包括：三缆筒体结构、第一锚绞车、第二锚绞车、第三锚绞车、第一定位导向滑轮、第二定位导向滑轮、第三定位导向滑轮、筒体提升导向滑轮、第一定位钢丝绳、第二定位钢丝绳、第三定位钢丝绳、第四定位钢丝绳、第一定位锚、第二定位锚和第三定位锚；所述三缆筒体结构，包括：垂直滑动腔体、筒体滑动轨道、筒体、滑轮座、筒体提升滑轮、锁定钢销、筒体下固定座；所述筒体下固定座的下端还连有拨板结构，拨板结构设置呈两侧面边带有角度的曲面线型。本发明不但能实现工程船舶或装置在航行与施工状态之间的自由切换，同时也便于随时维修。

Description

一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统

技术领域

本发明涉及工程船舶，更具体地说，涉及一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统。

背景技术

绞吸式挖泥船是利用转动着的绞刀绞松河底或海底的土壤，与水泥混合成泥浆，经过吸泥管吸入泵体并经过排泥管送至排泥区。绞吸式挖泥船施工时，挖泥，输泥和卸泥都是一体化，自身完成，生产效率较高。适用于风浪小、流速低的内河湖区和沿海港口的疏浚，以开挖砂、砂壤土、淤泥等土质比较适宜，采用有齿的绞刀后可挖黏土，但是工效较低。

现有的绞吸式挖泥船中，如“天鲸号”自航绞吸式挖泥船已被很多业界人士所熟知，它的作业能力、装机功率、疏浚能力均位列世界前茅，在“天鲸号”上所配备的疏浚定位系统主要采用钢桩定位装置，这套定位装置较为成熟和稳定，在所有绞吸式挖泥船上均有配备。钢桩定位装置的主要功能是在挖泥船施工作业时，由自动化控制系统发出指令，将钢桩垂直插入施工海域的海床，并保持一定的深度，用于固定船舶位置，为后面持续的挖泥作业提供稳定的状态。同时，船舶可以绕着钢桩旋转施工作业，也可以通过主、辅钢桩交替实现船舶自身前后“行走”进行施工作业。待施工任务结束，收起定位钢桩和桥架，船舶即可马上进入航行状态。

钢桩定位装置虽然效果好、优点多，但是在使用的过程中对工作海域的地理条件及气候海况有着一定的要求，比如在风浪较大的海域(海况下)施工作业时，钢桩受力较大容易受损或折断，又或因工作需要，必须在海床比较坚硬的海域作业，钢桩可能无法顺利打穿海床，使得钢桩自身受力损坏。为了能在这两种情况下继续按计划要求进行施工作业，同时也为了保护钢桩，三缆定位系统也就孕育而生，与钢桩定位系统相互配合使用。

但是，当挖泥船需要由工作状态向航行状态转换时，或者需要将三缆定位系统中三缆筒体结构从船体开孔吊起维修时，如果靠船尾方向的两个定位出绳滑轮所处的角度位置正好在筒体下固定座的投影范围内，那么在三缆筒体结构向上被提升的过程中，靠船尾方向的这两个定位出绳滑轮就一定会和筒体下固定座发生碰撞干涉，并且卡住，导致三缆筒体结构无法正常提升到设计高度，或无法彻底吊出船体进行维修。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，不但能实现工程船舶或装置在航行与施工状态之间的自由切换，同时也便于随时维修。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，包括：三缆筒体结构、第一锚绞车、第二锚绞车、第三锚绞车、第一定位导向滑轮、第二定位导向滑轮、第三定位导向滑轮、筒体提升导向滑轮、第一定位钢丝绳、第二定位钢丝绳、第三定位钢丝绳、第四定位钢丝绳、第一定位锚、第二定位锚和第三定位锚；

所述三缆筒体结构，包括：

垂直滑动腔体，开设于船体上；

筒体滑动轨道，设于垂直滑动腔体的内壁上；

筒体，设于垂直滑动腔体内，且筒体为空心设计；

滑轮座，设于筒体底部，滑轮座上分别设有第一定位出绳滑轮、第二定位出绳滑轮和第三定位出绳滑轮；

筒体提升滑轮，具有一对，对称设于筒体的外侧，与第四定位钢丝绳相连，使筒体沿筒体滑动轨道移动；

锁定钢销，具有一对，设于筒体下端的外侧，且位于滑轮座的上方；

筒体下固定座，设于垂直滑动腔体内的下端，与锁定钢销配合使用，用以筒体沿筒体滑动轨道向下移动时的定位；

所述第一定位钢丝绳的一端与第一锚绞车相连，第一定位钢丝绳的另一端绕于第一定位导向滑轮上，并穿设过筒体，绕于第一定位出绳滑轮上，再与第一定位锚相连；

所述第二定位钢丝绳的一端与第二锚绞车相连，第二定位钢丝绳的另一端绕于第二定位导向滑轮上，并穿设过筒体，绕于第二定位出绳滑轮上，再与第二定位锚相连；

所述第三定位钢丝绳的一端与第三锚绞车相连，第三定位钢丝绳的另一端绕于第三定位导向滑轮上，并穿设过筒体，绕于第三定位出绳滑轮上，再与第三定位锚相连；

所述第四定位钢丝绳的一端与第三锚绞车相连，第四定位钢丝绳的另一端绕于筒体提升导向滑轮上，再与筒体提升滑轮相连；

所述筒体下固定座的下端还连有拨板结构，拨板结构设置呈两侧面边带有角度的曲面线型，并位于滑轮座上第二、第三定位出绳滑轮之间。

所述的第一锚绞车与第二锚绞车均为无副卷筒的锚绞车。

所述的第三锚绞车为带有副卷筒的锚绞车。

所述的第三锚绞车与筒体提升导向滑轮之间的第四定位钢丝绳上还绕有羊角滚轮。

所述的滑轮座上的第一定位出绳滑轮、第二定位出绳滑轮和第三定位出绳滑轮按120°角等分布置。

所述的筒体下固定座上设有两个开孔抱箍，两个开孔抱箍与锁定钢销配合使用。

所述的拨板结构为φ50mm圆钢与30mm厚的船用钢板制成。

所述第一锚绞车、第二锚绞车和第三锚绞车均为三缆式绞车；

所述第一定位钢丝绳、第二定位钢丝绳和第三定位钢丝绳均为三缆式钢丝绳。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，还具有以下几点有益效果：

1)本发明的三缆定位系统与钢桩定位装置结合使用，能使绞吸式挖泥船适应于不同工作海域的地理条件及气候海况环境中；

2)本发明的三缆定位系统结构形式相对简单，生产加工容易，成本较低；

3)本发明的三缆定位系统实现绞吸式挖泥船航行与施工状态自由转换便捷，也便于维修保养。

附图说明

图1是本发明的三缆定位系统的整体布置图；

图2是本发明的三缆定位系统中第一锚绞车、第二锚绞车与第一定位导向滑轮、第二定位导向滑轮的连接示意图；

图3是本发明的三缆定位系统中第三锚绞车与第三定位导向滑轮、筒体提升导向滑轮的连接示意图；

图4是本发明的三缆定位系统中三缆筒体结构处于工作状态的示意图；

图5是本发明的三缆定位系统中三缆筒体结构处于航行状态的示意图；

图6是图5中三缆筒体结构A-A方向的示意图；

图7是图4中三缆筒体结构B方向的示意图；

图8是图4中三缆筒体结构C方向的示意图；

图9是图4中三缆筒体结构F-F方向的示意图；

图10是图9中筒体下固定座F-1方向的示意图；

图11是图4中三缆筒体结构H部分的放大示意图；

图12是图11中D-D方向筒体下固定座的俯视图；

图13是图11中D-D方向筒体下固定座与三个定位出绳滑轮关系一的示意图；

图14是图11中D-D方向筒体下固定座与三个定位出绳滑轮关系二的示意图；

图15是图11中D-D方向筒体下固定座与三个定位出绳滑轮关系三的示意图；

图16是图11中I方向拨板结构的示意图；

图17是图11中D-D方向拨板结构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1至图3所示，本发明所提供的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，包括：三缆筒体结构、第一锚绞车1、第二锚绞车2、第三锚绞车3、第一定位导向滑轮4、第二定位导向滑轮5、第三定位导向滑轮6、筒体提升导向滑轮7、第一定位钢丝绳8、第二定位钢丝绳9、第三定位钢丝绳10、第四定位钢丝绳11、第一定位锚、第二定位锚和第三定位锚。

较佳的，所述三缆筒体结构，包括：

垂直滑动腔体12，开设于船体的上甲板，贯穿船体上甲板至底部外板；

筒体滑动轨道13，设于垂直滑动腔体12的内壁上；

筒体14，设于垂直滑动腔体12内，且筒体14呈内部空心设置；

滑轮座15，设于筒体14的底部，在滑轮座15上分别设有第一定位出绳滑轮16、第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18；

筒体提升滑轮19，具有一对，对称设于筒体14的外侧，与第四定位钢丝绳11相连，使筒体14能够沿筒体滑动轨道13上下移动；

锁定钢销20，具有一对，设于筒体14下端的外侧，且位于滑轮座15的上方；

筒体下固定座22，设于垂直滑动腔体12内的下端，与锁定钢销20相互配合使用，用以筒体14沿筒体滑动轨道13向下移动时的锁紧定位；

较佳的，所述第一定位钢丝绳8的一端与第一锚绞车1相连，第一定位钢丝绳8的另一端绕于第一定位导向滑轮4上，并穿设过筒体14内部空心结构，再绕于第一定位出绳滑轮16上，最后与第一定位锚相连；

较佳的，所述第二定位钢丝绳9的一端与第二锚绞车2相连，第二定位钢丝绳9的另一端绕于第二定位导向滑轮5上，并穿设过筒体14内部空心结构，再绕于第二定位出绳滑轮17上，最后与第二定位锚相连；

较佳的，所述第三定位钢丝绳10的一端与第三锚绞车3相连，第三定位钢丝绳10的另一端绕于第三定位导向滑轮6上，并穿设过筒体14内部空心结构，绕于第三定位出绳滑轮18上，最后与第三定位锚相连；

较佳的，所述第四定位钢丝绳11的一端也与第三锚绞车3相连，第四定位钢丝绳11的另一端绕于筒体提升导向滑轮7上，再与筒体提升滑轮19相连；

较佳的，所述筒体下固定座22的下端还连有拨板结构23，拨板结构23设置呈两侧面边带有角度的曲面线型，并位于滑轮座15上第二、第三定位出绳滑轮17、18之间。

较佳的，所述的第一锚绞车1与第二锚绞车2均为无副卷筒的锚绞车。

较佳的，所述的第三锚绞车3为带有副卷筒的锚绞车。

较佳的，所述的第三锚绞车3与筒体提升导向滑轮7之间的第四定位钢丝绳11上还绕有几个羊角滚轮24。

较佳的，所述的滑轮座15上的第一定位出绳滑轮16、第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18按120°角等分布置。

较佳的，所述的筒体下固定座22上设有两个开孔抱箍25，一对锁定钢销20对应插入两个开孔抱箍25中，使筒体14沿筒体滑动轨道13向下移动时的锁紧定位。

较佳的，所述的拨板结构23采用φ50mm圆钢、30mm厚的船用钢板制成。

较佳的，所述第一锚绞车1、第二锚绞车2和第三锚绞车3均采用三缆式绞车；

较佳的，所述第一定位钢丝绳8、第二定位钢丝绳9和第三定位钢丝绳10均采用三缆式钢丝绳，使其与相应的第一锚绞车1、第二锚绞车2和第三锚绞车3的三缆式绞车相适配，通过三缆式钢丝绳抛放和收拢相应的定位锚时更为稳定和牢固。

请结合图4至图10所示，当绞吸式挖泥船准备进入工作状态时，带副卷筒的第三锚绞车3控制第四定位钢丝绳11下放筒体14到达焊接在垂直滑动腔体12内下端的筒体下固定座22，筒体14被筒体下固定座22锁死固定(筒体14上这有两个锁定钢销20，筒体下固定座22上设有两个开孔抱箍25，筒体14沿筒体滑动轨道13下滑到筒体下固定座22时，两个锁定钢销20顺利进入两个开孔抱箍25，筒体14即被固定，无法继续下滑)，第一锚绞车1、第二锚绞车2、第三锚绞车3下放第一定位钢丝绳8、第二定位钢丝绳9、第三定位钢丝绳10，抛出对应的第一定位锚、第二定位锚和第三定位锚(此时，三个定位锚相对自由状态，各自沿抛出的方向下沉)，抛好三个定位锚后，收紧相应的第一定位钢丝绳8、第二定位钢丝绳9、第三定位钢丝绳10可以起到定位作用，并且可以通过第一锚绞车1、第二锚绞车2、第三锚绞车3控制三根钢丝绳收放实现移动挖泥船的位置。

第一定位出绳滑轮16、第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18在滑轮座15上按120°角布置，第一定位出绳滑轮16、第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18在各自120°角范围内可以随各自连接的定位锚独自自由旋转，三个定位出绳滑轮最终所处的角度位置由其相应的定位锚下沉后所在的方位决定。三个定位出绳滑轮设计安装在筒体14的最下端，不论是挖泥船航行状态，还是挖泥工作状态，这三个定位出绳滑轮距离挖泥船基线(如图4中的B.L标记)的高度值都低于筒体下固定座22所在的高度，也就是说三个定位出绳滑轮始终都位于筒体下固定座22的下端。

在挖泥船处于挖泥工作状态时，随着三缆筒体结构的整体下放，此时，三个定位出绳滑轮已伸出船体底板以下，三个定位出绳滑轮在水下所处的角度由其相应定位钢丝绳连接的定位锚下沉后所在位置决定。

当绞吸式挖泥船准备进入航行状态时，带副卷筒的第三锚绞车3控制第四定位钢丝绳11向上提升筒体14约1200mm的高度(航行状态设于筒体14顶部的第一定位导向滑轮4、第二定位导向滑轮5和第三定位导向滑轮6的中心距上甲板2730mm，工作状态设于筒体14顶部的第一定位导向滑轮4、第二定位导向滑轮5和第三定位导向滑轮6的中心距上甲板1530mm)，其它第一锚绞车1、第二锚绞车2和第三锚绞车3也同时回收相应的定位锚，当三个定位出绳滑轮和三个定位锚都被提升回收到垂直滑动腔体12内，有效减小挖泥船航行时的水阻力。

请结合图11所示，三个定位出绳滑轮中靠船尾方向的两个定位出绳滑轮的摆动范围有一部分与筒体下固定座22的投影重合，由于三个定位出绳滑轮位于筒体下固定座22的下端，当挖泥船需要由工作状态向航行状态转换时，或者需要将整个三缆筒体结构向上从船体中吊起维修时，如果靠船尾方向的两个定位出绳滑轮所处的角度正好在筒体下固定座22点投影范围内，那么在三缆筒体结构向上被提升的过程中，靠船尾方向的两个定位出绳滑轮就一定会和筒体下固定座22发生碰撞干涉，而且卡住，导致三缆筒体结构无法正常提升到设计高度，或无法彻底吊出船体进行维修。因此，将拨板结构23安装焊接在筒体下固定座22的下端，同时，拨板结构23又位于靠船尾方向的两个定位出绳滑轮的中间，筒体14被向上提升时，靠船尾的两个定位出绳滑轮被拨板结构23推动向船首方向旋转到能安全避开筒体下固定座22的角度，筒体14就可以实现被自由提升或下放1200mm，或将筒体14吊出船体进行维修和更换滑轮。

请结合图12所示，筒体下固定座22靠船首端的圆弧封板与筒体14间隙只有10mm，只保证筒体14与筒体下固定座22不摩擦干涉。

请结合图13至图14所示，第一定位出绳滑轮16、第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18在滑轮座15上按120°角布置，第一定位出绳滑轮16、第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18在各自120°角范围内旋转，第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18在旋转范围内非常容易与筒体下固定座22碰撞干涉，即使第二定位出绳滑轮17已避开筒体下固定座22，而第三定位出绳滑轮18与筒体下固定座22碰撞干涉，筒体14也无法正常提升，第一定位出绳滑轮16不会与筒体下固定座22碰撞干涉。

只有当第二定位出绳滑轮17和第三定位出绳滑轮18同时处于如图15所示的这种角度或略大于这种角度状态时(定位出绳滑轮从尾部极限位置向船首方向旋转120°)，筒体14及所有定位出绳滑轮才能完全避开筒体下固定座22，实现筒体14正常提升与下放的功能，这样才能满足挖泥船航行状态和工作状态的自由转换。

请结合图16至图17所示，对于拨板结构23的拨板线型设计上，首先通过了解三缆定位系统的工作原理，模拟靠尾部的两个定位出绳滑轮17、18的旋转轨迹和避开筒体下固定座22所需的最小角度，根据旋转轨迹模拟拨板线型。

对于拨板结构23的角度设计，测算两个定位出绳滑轮17、18与滑轮座15之间的摩擦力，测算拨板结构23对两个定位出绳滑轮17、18产生的推力及压力；其中拨板结构23两边分别对两个定位出绳滑轮17、18产生的推力促使两个定位出绳滑轮17、18在被提升的过程中同时向船首方向旋转；拨板结构23对两个定位出绳滑轮17、18产生的压力会增大两个定位出绳滑轮17、18与滑轮座15之间的摩擦力，因此从力学原理分析拨板结构23两边侧面上所有点对两个定位出绳滑轮17、18产生的推力必须大于两个定位出绳滑轮17、18的摩擦力与水阻力之和。

对于拨板结构23的线型光顺，根据两个定位出绳滑轮17、18提升并旋转避开筒体下固定座22的运动轨迹和所需角度，以及拨板结构23两侧面边的角度设计，在两个定位出绳滑轮17、18运动轨迹范围内选取一些空间点并连成空间曲线，形成一个空间曲面，然后利用“船体三向光顺”原理针对该拨板结构23曲面进行曲面光顺。

拨板结构23能够同时推动靠船尾方向的两个定位出绳滑轮向船首方向旋转到能够安全避开筒体下固定座22的角度，最终满足三缆定位系统的使用功能。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，其特征在于包括：三缆筒体结构、第一锚绞车、第二锚绞车、第三锚绞车、第一定位导向滑轮、第二定位导向滑轮、第三定位导向滑轮、筒体提升导向滑轮、第一定位钢丝绳、第二定位钢丝绳、第三定位钢丝绳、第四定位钢丝绳、第一定位锚、第二定位锚和第三定位锚；

所述三缆筒体结构，包括：

垂直滑动腔体，开设于船体上；

筒体滑动轨道，设于垂直滑动腔体的内壁上；

筒体，设于垂直滑动腔体内，且筒体为空心设计；

滑轮座，设于筒体底部，滑轮座上分别设有第一定位出绳滑轮、第二定位出绳滑轮和第三定位出绳滑轮；

筒体提升滑轮，具有一对，对称设于筒体的外侧，与第四定位钢丝绳相连，使筒体沿筒体滑动轨道移动；

锁定钢销，具有一对，设于筒体下端的外侧，且位于滑轮座的上方；

筒体下固定座，设于垂直滑动腔体内的下端，与锁定钢销配合使用，用以筒体沿筒体滑动轨道向下移动时的定位；

所述第一定位钢丝绳的一端与第一锚绞车相连，第一定位钢丝绳的另一端绕于第一定位导向滑轮上，并穿设过筒体，绕于第一定位出绳滑轮上，再与第一定位锚相连；

所述第二定位钢丝绳的一端与第二锚绞车相连，第二定位钢丝绳的另一端绕于第二定位导向滑轮上，并穿设过筒体，绕于第二定位出绳滑轮上，再与第二定位锚相连；

所述第三定位钢丝绳的一端与第三锚绞车相连，第三定位钢丝绳的另一端绕于第三定位导向滑轮上，并穿设过筒体，绕于第三定位出绳滑轮上，再与第三定位锚相连；

所述第四定位钢丝绳的一端与第三锚绞车相连，第四定位钢丝绳的另一端绕于筒体提升导向滑轮上，再与筒体提升滑轮相连；

所述筒体下固定座的下端还连有拨板结构，拨板结构设置呈两侧面边带有角度的曲面线型，并位于滑轮座上第二、第三定位出绳滑轮之间；

所述第一锚绞车、第二锚绞车和第三锚绞车均为三缆式绞车；

所述第一定位钢丝绳、第二定位钢丝绳和第三定位钢丝绳均为三缆式钢丝绳。

2.如权利要求1所述的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，其特征在于：所述的第一锚绞车与第二锚绞车均为无副卷筒的锚绞车。

3.如权利要求1所述的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，其特征在于：所述的第三锚绞车为带有副卷筒的锚绞车。

4.如权利要求3所述的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，其特征在于：所述的第三锚绞车与筒体提升导向滑轮之间的第四定位钢丝绳上还绕有羊角滚轮。

5.如权利要求1所述的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，其特征在于：所述的滑轮座上的第一定位出绳滑轮、第二定位出绳滑轮和第三定位出绳滑轮按120°角等分布置。

6.如权利要求1所述的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，其特征在于：所述的筒体下固定座上设有两个开孔抱箍，两个开孔抱箍与锁定钢销配合使用。

7.如权利要求1所述的一种适用于绞吸式挖泥船的三缆定位系统，其特征在于：所述的拨板结构为φ50mm圆钢、30mm厚的船用钢板制成。