CN110195442B - 一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统，包括：安装框架，其可拆卸式连接在桶式结构上；液压泵组，其安装在安装框架上并与液压及控制单元通过线缆连接，液压泵组上还设有第一接口和第二接口，第一接口与第一管路连通设置，第二接口与第二管路连通设置；第三管路，其固定安装在安装框架上，且第三管路分别与第一管路和第二管路连通设置；以及自动脱卸机构，其安装在第三管路上，且通过自动脱卸机构可实现第三管路与第四管路的固定和分离，第四管路安装在桶式结构上。本申请可实现桶式结构全自动化的下沉或上浮，从而能够适应我国近海海域分布有大量软黏土等水下施工环境，本申请在辅助完成沉桩过程中，可大幅较少水下施工时间。

Description

一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统

技术领域

本申请属于水下自动化施工技术领域，具体涉及一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统。

背景技术

随着海上施工的日益增多，我国的近海海域分布着大量的软粘土，这些土具有高含水量、低渗透性、高压缩性、强度低等特性且分布层很厚，若采用桩基础，其受到的荷载水平较高，桩基的尺寸往往需要设计的很大，才能穿透软土层进入埋深较深的持力层、投资巨大、施工时间长。传统沉桩工艺逐渐显露出它的单一性与局限性，本申请提出了一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统，包括：安装框架，其可拆卸式连接在桶式结构上；液压泵组，其安装在所述安装框架上并与液压及控制单元通过线缆连接，所述液压泵组上还设有第一接口和第二接口，其中，所述第一接口与第一管路连通设置，所述第二接口与所述第二管路连通设置；第三管路，其固定安装在所述安装框架上，且所述第三管路分别与所述第一管路和所述第二管路连通设置；以及自动脱卸机构，其安装在所述第三管路上，且通过所述自动脱卸机构可实现第三管路与第四管路的固定和分离，其中，所述第四管路固定安装在桶式结构上。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述第一管路连通设置一排水管，所述排水管上设有第一控制阀，所述第一管路上还设有第二控制阀，其中，所述第一控制阀和所述第二控制阀均与所述液压及控制单元通过线缆连接。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述第二管路连通设置一进水管，所述进水管上设有第三控制阀，所述第二管路上还设有第四控制阀，其中，所述第三控制阀和所述第四控制阀均与所述液压及控制单元通过线缆连接。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述自动脱卸机构包括：液压油缸、旋转臂、抱爪以及机架，所述液压油缸的缸体端、活塞端分别与所述旋转臂转动连接，所述旋转臂转动连接在所述机架上，所述机架则与所述第三管路固定连接，所述抱爪转动连接在所述旋转臂上，其中，在所述液压油缸的驱动作用下，所述抱爪与所述第三管路和所述第四管路的安装位固定或分离设置；所述液压油缸与所述液压及控制单元通过线缆连接。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述安装位包括设置在所述第三管路上的第一法兰和设置在所述第四管路上的第二法兰，其中，所述第一法兰和所述第二法兰的外径相同，当所述第一法兰和所述第二法兰接触设置时形成所述安装位。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述抱爪上设有弧形的凹槽结构，所述凹槽结构与所述安装位匹配设置。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述旋转臂上还设有限位块。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述抱爪和所述旋转臂的设置数量均为两个。

进一步地，上述的施工系统，其中，还包括监测单元，所述监测单元通过线缆分别与所述液压泵组、所述液压及控制单元连接。

进一步地，上述的施工系统，其中，所述安装框架的底部还设有固定机构，通过所述固定机构实现所述安装框架与桶式结构的可拆卸式连接。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请通过水下施工系统可实现桶式结构的全自动化的下沉或上浮；本申请水下施工系统全部集成在安装框架内部，使其形成一个整体，其具有较好的一体性、较高的集成度，施工方便；本申请中安装框架通过底部固定机构与桶式结构相连接并固定，桶式结构通过自重先下沉到一定高度之后，再通过管路中的阀组打开与关闭状态的不同，在管路内形成相应的通路，并打开液压泵组，可实现桶式结构的下沉或上浮两种施工工艺；通过打开本申请中的自动脱卸机构，使整个施工系统与桶式结构之间的第四管路脱离，同时断开底部固定机构，最终实现本申请与桶式结构的完全分离；本申请自动化程度较高，水下作业无需潜水员介入；本申请结构相对简单，可靠性较高；该系统加工难度较低，施工、运输安装较为容易，且本申请价格较低，具有较好的经济性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请用于负压桶式结构的水下自动化施工系统立体图；

图2：本申请用于负压桶式结构的水下自动化施工系统主视图；

图3：本申请用于负压桶式结构的水下自动化施工系统俯视图；

图4：本申请中液压泵组、管路以及控制阀的连接原理图；

图5：本申请用于负压桶式结构的水下自动化施工系统原理图；

图6：本申请用于负压桶式结构的水下自动化施工系统部分结构图一；

图7：本申请用于负压桶式结构的水下自动化施工系统部分结构图二；

图8：本申请中自动脱卸机构对接状态的结构示意图；

图9：本申请中自动脱卸机构脱离状态的结构示意图一；

图10：本申请中自动脱卸机构脱离状态的结构示意图二。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

如图1至图5所示，本实施例用于负压桶式结构60的水下自动化施工系统，包括：安装框架10，其可拆卸式连接在桶式结构60上；液压泵组20，其安装在所述安装框架10上并与液压及控制单元30通过线缆连接，所述液压泵组20上还设有第一接口和第二接口，其中，所述第一接口与第一管路21连通设置，所述第二接口与所述第二管路22连通设置；第三管路40，其固定安装在所述安装框架10上，且所述第三管路40分别与所述第一管路21和所述第二管路22连通设置；以及自动脱卸机构50，其安装在所述第三管路40上，且通过所述自动脱卸机构50可实现第三管路40与第四管路61的固定和分离，其中，所述第四管路61固定安装在桶式结构60上。本实施例可实现桶式结构60的全自动化的下沉或上浮，从而能够适应我国近海海域分布有大量软黏土等的水下施工环境，本实施例在辅助完成沉桩过程中，可大幅较少水下施工时间。

其中，如图6和图7所示，所述第一管路21连通设置一排水管211，所述排水管211上设有第一控制阀212，所述第一管路21上还设有第二控制阀213，其中，所述第一控制阀212和所述第二控制阀213均与所述液压及控制单元30通过线缆连接。

进一步地，所述第二管路22连通设置一进水管221，所述进水管221上设有第三控制阀222，所述第二管路22上还设有第四控制阀223，其中，所述第三控制阀222和所述第四控制阀223均与所述液压及控制单元30通过线缆连接。

当然，在具体实施过程中，亦可在所述第一管路21上连通设置一进水管221，并匹配设置与所述进水管221、所述第一管路21对应的控制阀；与其对应地，可在所述第二管路22上连通设置一排水管211，并匹配设置与所述排水管211、所述第二管路22对应设置的控制阀。

在本实施例中，所述第一控制阀212、第二控制阀213、第三控制阀222以及第四控制阀223优选为蝶阀。蝶阀又叫翻板阀，是一种结构简单的调节阀，可用于低压管道介质的开关控制的蝶阀是指关闭件(阀瓣或蝶板)为圆盘，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀。在管道上主要起切断和节流作用。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。

在本实施例中，所述安装框架10主要有保护其内部安装组件以及与桶式结构60连接的作用。所述液压泵组20主要作用是：在下沉过程中，从桶式结构60内部抽水，使其形成负压差；在上浮过程中，往桶式结构60内部注水，使其形成正压差。在上述不同管路中安装有多个控制阀，在液压及控制单元30的作用下，通过控制阀打开与关闭的不同状态，可实现桶式结构60的自重下沉、负压下沉以及注水上浮等不同的施工状态。

如图8至图10所示，所述自动脱卸机构50包括：液压油缸51、旋转臂52、抱爪53以及机架54，所述液压油缸51的缸体端、活塞端分别与所述旋转臂52转动连接，所述旋转臂52转动连接在所述机架54上，所述机架54则与所述第三管路40固定连接，所述抱爪53转动连接在所述旋转臂52上，其中，在所述液压油缸51的驱动作用下，所述抱爪53与所述第三管路40和所述第四管路61的安装位固定或分离设置；所述液压油缸51与所述液压及控制单元30通过线缆连接。所述自动脱卸机构50具有自动、快速地使本实施例与桶式结构60之间的第四管路61脱离的作用，其中，本实施例采用液压系统作为其动力源。

其中，所述抱爪53和所述旋转臂52的设置数量均为两个。

进一步地，所述安装位包括设置在所述第三管路40上的第一法兰401和设置在所述第四管路61上的第二法兰611，其中，所述第一法兰401和所述第二法兰611的外径相同，当所述第一法兰401和所述第二法兰611接触设置时形成所述安装位。

在本实施例中，如图9所示，所述抱爪53上设有弧形的凹槽结构531，所述凹槽结构531与所述安装位匹配设置。

通过液压油缸51带动旋转臂52使抱爪53卡紧第三管路40和第三管路40连接处的法兰(第一法兰401和第二法兰611)，从而起到连接作用。当施工完毕之后需要把本实例施工系统吊离时，需要脱开此处的连接。在液压及控制单元30的作用下，通过回缩液压油缸51带动旋转臂52使抱爪53松开，即可把本实施例施工系统与桶式结构60脱离。

所述旋转臂52上还设有限位块521。所述限位块521可有效地防止液压油缸51在回缩过程中，出现抱爪53单边脱开的情况，以防不能完全松开的情况。

本实施例还包括监测单元，所述监测单元通过线缆分别与所述液压泵组20、所述液压及控制单元30连接。

所述安装框架10的底部还设有固定机构11，通过所述固定机构11实现所述安装框架10与桶式结构60的可拆卸式连接。除了上文描述的自动脱卸机构50外，所述固定机构11可进一步加强本实施例施工系统与桶式结构60的连接作用。待施工完毕之后，打开自动脱卸机构50，使本实施例施工系统与桶式结构60之间的第四管路61脱离，同时断开固定机构11，最后再把本实施例施工系统吊离桶式结构60。

本实施例的工作原理：

本实施例工作状态主要分3种工况：自重下沉、负压下沉以及正压上浮。在自动下沉工况前，完成本实施例与桶式结构60的固定，其一是通过自动脱卸机构50实现本实施例与第四管路61的连接，其二是通过固定机构11进一步实现本实施例与桶式结构60的连接。

在自重下沉工况时：打开第一控制阀212和第二控制阀213，关闭第三控制阀222和第四控制阀223，所述第三控制阀222和第四控制阀223处于关闭状态，不工作。桶式结构60受重力自重下沉，桶内海水(淤泥等物质)通过管路由排水口排出。当自重下沉到一定深度之后停止下沉，此时变为负压下沉工况：打开第四控制阀223，关闭第二控制阀213，打开阀组使其工作。此时通过液压泵组20抽吸桶式结构60内部，从而使桶内形成负压，进而使桶式结构60继续下沉，直至达到标高深度。当桶式结构60需要上浮是，此时为正压上浮工况时：打开第一控制阀212，打开第二控制阀213，关闭第三控制阀222和第四控制阀223，此时通过液压泵组20抽吸外部海水进入桶式结构60内部，从而使桶内形成正压，进而使桶式结构60上浮。然后在液压及控制单元30的作用下，打开自动脱卸机构50，使本实施例施工系统与桶式结构60之间的第四管路61脱离，同时断开固定机构11，最后再把本实施例施工系统吊离桶式结构60。

本申请中安装框架通过固定机构与桶式结构相连接并固定，桶式结构通过自重先下沉到一定高度之后，再通过管路中的阀组打开与关闭状态的不同，在管路内形成相应的通路，并打开液压泵组，可实现桶式结构的下沉或上浮两种施工工艺；并通过打开自动脱卸机构，使整个施工系统与桶式结构之间的第四管路脱离，同时断开底部固定机构，最终实现本申请与桶式结构的完全分离；本申请自动化程度较高，水下作业无需潜水员介入；本申请结构相对简单，可靠性较高；该系统加工难度较低，施工、运输安装较为容易，且本申请价格较低，具有较好的经济性。因此，本申请具有良好的市场应用前景。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种用于负压桶式结构的水下自动化施工系统，其特征在于，

包括：

安装框架，其可拆卸式连接在桶式结构上；

所述安装框架的底部还设有固定机构，通过所述固定机构实现所述安装框架与桶式结构的可拆卸式连接；

液压泵组，其安装在所述安装框架上并与液压及控制单元通过线缆连接，所述液压泵组上还设有第一接口和第二接口，其中，所述第一接口与第一管路连通设置，所述第二接口与第二管路连通设置；

第三管路，其固定安装在所述安装框架上，且所述第三管路分别与所述第一管路和所述第二管路连通设置；

以及自动脱卸机构，其安装在所述第三管路上，且通过所述自动脱卸机构可实现第三管路与第四管路的固定和分离，其中，所述第四管路固定安装在桶式结构上；

所述第一管路连通设置一排水管，所述排水管上设有第一控制阀，所述第一管路上还设有第二控制阀，其中，所述第一控制阀和所述第二控制阀均与所述液压及控制单元通过线缆连接；

所述第二管路连通设置一进水管，所述进水管上设有第三控制阀，所述第二管路上还设有第四控制阀，其中，所述第三控制阀和所述第四控制阀均与所述液压及控制单元通过线缆连接；

所述自动脱卸机构包括：液压油缸、旋转臂、抱爪以及机架，

所述液压油缸的缸体端、活塞端分别与所述旋转臂转动连接，所述旋转臂转动连接在所述机架上，所述机架则与所述第三管路固定连接，所述抱爪转动连接在所述旋转臂上，

其中，在所述液压油缸的驱动作用下，所述抱爪与所述第三管路和所述第四管路的安装位固定或分离设置；所述液压油缸与所述液压及控制单元通过线缆连接。

2.根据权利要求1所述的施工系统，其特征在于，

所述安装位包括设置在所述第三管路上的第一法兰和设置在所述第四管路上的第二法兰，其中，所述第一法兰和所述第二法兰的外径相同，当所述第一法兰和所述第二法兰接触设置时形成所述安装位。

3.根据权利要求2所述的施工系统，其特征在于，

所述抱爪上设有弧形的凹槽结构，所述凹槽结构与所述安装位匹配设置。

4.根据权利要求1至3任一项所述的施工系统，其特征在于，

所述旋转臂上还设有限位块。

5.根据权利要求1至3任一项所述的施工系统，其特征在于，

所述抱爪和所述旋转臂的设置数量均为两个。

6.根据权利要求1所述的施工系统，其特征在于，

还包括监测单元，所述监测单元通过线缆分别与所述液压泵组、所述液压及控制单元连接。