CN110629749B - 一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，包括船体、高程编码装置、抗风调节机构、GPS定位装置和主控电脑，高程编码装置包括在桩架顶部第二滑轮组，在桩架底部的第三滑轮组，在两者上可滑动的且与处理机连接环形钢缆，以及用于探测钢缆绕行行程距离并将数据传输给主控电脑的高程编码器，抗风调节机构包括弹簧，钢缆串联弹簧后连接成环形结构；GPS定位装置安装在船体上，用于测量该处船体的高程数据；主控电脑基于由高程编码器探测的数据及GPS定位装置测量的数据算出钻杆的高程，并用于控制起重绞车的电机正反转。本发明解决高程计量在强风天气下剧烈波动的问题，避免由于强风天气导致高程数据激烈波动，影响施工质量、施工进度。

Description

一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统

技术领域

本发明属于水下深层水泥搅拌船技术领域，尤其涉及一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统。

背景技术

水下深层水泥搅拌法环保、高效，非常适用于近海软土地基处理。高程计量系统在水下深层水泥搅拌法施工中，关系到搅拌桩桩长以及着底判定，是水下深层水泥搅拌桩施工非常重要的控制参数。

传统高程计量方法在微风或小风下，计量数据稳定，能满足施工需要，但到强风天气时，传统高程计量方法测值不稳定，波动极大，导致施工过程中无法判定施工桩是否着底，无法判定施工桩长是否达到设计要求。而近海地区经常遇到强风天气，高程数据波动严重影响施工进度，甚至施工质量。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，解决高程计量在强风天气下剧烈波动的问题，避免由于强风天气导致高程数据激烈波动，影响施工质量、施工进度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，包括船体，船体上设有桩架和起重绞车，桩架上设置有沿着桩架而同步上升或同步下降的钻杆及处理机，起重绞车通过钢丝绳及第一滑轮组控制处理机连同钻杆上升或下降；水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统还包括高程编码装置、抗风调节机构、GPS定位装置和主控电脑，高程编码装置包括钢缆，固定在桩架顶部的第二滑轮组，固定在桩架底部的第三滑轮组，以及用于探测钢缆绕行行程距离的高程编码器，抗风调节机构包括弹簧，钢缆的第一端与弹簧的第一端连接，钢缆的第二端依次穿过第二滑轮组和第三滑轮组后与弹簧的第二端连接成环形结构；

钢缆通过连接杆与处理机顶端连接，其中，连接杆固定在钢缆靠近弹簧第一端的位置；

GPS定位装置安装在船体上，用于测量该处船体的的高程数据；

高程编码器与主控电脑通过信号连接并将探测到的钢缆行程数据传送到主控电脑；

GPS定位装置与主控电脑通过信号连接并将测量到的高程数据传送到主控电脑；

主控电脑基于由高程编码器探测的钢缆行程数据及GPS定位装置测量的高程数据算出钻杆的高程，并用于控制起重绞车的电机正反转。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：通过GPS定位装置将测量其安装处船体的高程数据传送给主控电脑，通过高程编码装置将处理机与钻杆的升降转换为钢缆的滑动距离，并通过高程编码器将测量的钢缆行程距离数据传送给主控电脑，主控电脑换可算出钻杆底端的高程，以此可以判断施工桩长是否达到设计要求，满足施工的需要；在钢缆中串联一弹簧，弹簧能缓冲钢缆的变形，在强风天气下，钢缆震荡导致的钢缆摆动或由处理机带动的钢缆摆动都可由弹簧吸收，钢缆震荡不会直接传导到高程编码器，起到稳定高程测量数据的作用，避免了由于强风天气导致高程数据激烈波动，使得水下深层水泥搅拌法在强风天气中能正常施工，保证施工质量和施工进度。本发明结构简单，可操作性强，高程数据稳定效果好，能在强风天气中正常施工，提高了施工的精准度。

进一步地，主控电脑还包括数据存储单元及处理单元，数据存储单元内保存有施工桩桩底高程数据，处理单元基于由高程编码器探测的钢缆行程距离数据及GPS定位装置测量的高程数据算出钻杆底端的高程，并通过对比钻杆底端的高程与施工桩桩底的高程得出钻杆底端与施工桩桩底的位置偏差，并根据该位置偏差控制起重绞车的电机正反转，以使钻杆底端的高程上升或下降到与施工桩桩底的高程相同。

进一步地，抗风调节机构还包括若干导向滑轮，导向滑轮通过位置可调的方式安装在桩架上以用于调节钢缆绕第二滑轮组和第三滑轮组运行的松紧度，钢缆单侧绕过导向滑轮。通过若干导向滑轮，拉紧由钢缆和弹簧构成的环形结构，从而限制钢缆运动方向，降低钢缆运动自由度，在强风天气下，降低钢缆的震荡幅度，起到稳定高程测量数据的作用，同时在弹簧长时间使用出现松弛时，可通过调整导向滑轮的位置，使得钢缆和弹簧构成的环形结构重新被拉紧，避免钢缆震荡导致高程数据激烈波动。

进一步地，桩架上设有与导向滑轮数量相同的长条形的调节通孔，每一个导向滑轮通过锁紧件安装在对应的调节通孔上，松动锁紧件使得导向滑轮沿调节通孔移动调整。

进一步地，导向滑轮位于钢缆与弹簧形成的环形结构内。

进一步地，导向滑轮的数量为二，两个导向滑轮分别设置在桩架的上部和桩架的下部。

进一步地，第三滑轮组安装在高程编码器内，钢缆与高程编码器之间为可滑动连接。

进一步地，GPS定位装置包括多台GPS，多台GPS设置在船体的船头和船尾。

进一步地，高程编码器为用于探测钢缆绕行行程数据并将其转换成通信信号的编码器。

附图说明

图1为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统的结构示意图；

图2为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统的局部放大示意图；

图3为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统的另一局部放大示意图；

图4为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统中导向滑轮调整位置前的示意图；

图5为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统中导向滑轮调整位置后的示意图。

图中，1-船体，11-桩架，111-调节通孔，12-起重绞车，13-钻杆，14-处理机，15-钢丝绳，16-第一滑轮组，17-搅拌头，21-钢缆，22-第二滑轮组，23-高程编码器，24-连接杆，31-弹簧，32-导向滑轮，321-锁紧件，4-GPS定位装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图3，图1为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统的结构示意图，图2为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统的局部放大示意图，图3为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统的另一局部放大示意图。一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，包括船体1，船体1上设有桩架11和起重绞车12，桩架11上设置有沿着桩架11而同步上升下或同步降的钻杆13及处理机14，起重绞车12通过钢丝绳15及第一滑轮组16控制处理机14连同钻杆13上升或下降。处理机14包括箱架、电机和倾斜仪，箱架的顶端设有吊装滑轮供钢丝绳15绕设，从而起重绞车12可以控制处理机14的上升或下降，电机设置在箱架内部，倾斜仪设置在箱架底部，钻杆13的顶端通过倾斜仪与箱架底部连接，钻杆13底端为用于施工搅拌的搅拌头17，以下用搅拌头17代表钻杆13的底端，搅拌头17通过电机驱动进行钻孔作业。水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统还包括高程编码装置、抗风调节机构、GPS定位装置4和主控电脑，高程编码装置测量处理机14上升和下降的距离数据，GPS定位装置4测量其所在位置的高程数据，主控电脑根据高程编码装置的数据和GPS定位装置4的数据换算出钻杆13的实际高程，抗风调节机构防止由于强风作用下导致高程数据波动，影响施工。

高程编码装置包括钢缆21，固定在桩架11顶部的第二滑轮组22，固定在桩架11底部的第三滑轮组，以及用于探测钢缆21绕行行程距离并将数据传送给主控电脑的高程编码器23，抗风调节机构包括弹簧31，钢缆21的第一端与弹簧31的第一端连接，钢缆21的第二端依次穿过第二滑轮组22和第三滑轮组后与弹簧31的第二端连接成环形结构；钢缆21通过连接杆24与处理机14顶端连接，其中，连接杆24固定在钢缆21靠近弹簧31第一端的位置。具体地，第二滑轮组22包括两个定滑轮，两个定滑轮间隔固定在桩架11顶部。第三滑轮组安装在高程编码器23内，钢缆21与高程编码器23之间为可滑动连接。钢缆21与弹簧31形成的环形结构可绕第二滑轮组22和第三滑轮组滑动，因此主控电脑控制起重绞车12在拉升或下降处理机14时，由于处理机14的顶端通过连接杆24与钢缆21连接，即处理机14的箱架的顶端通过连接杆与钢缆21连接，处理机14在上升或下降的过程中都会带动钢缆21固定连接杆24的位置同步上升或下降，从而带动钢缆21在绕第二滑轮组22和第三滑轮组上运行，从而把处理机14上升或下降的距离转换为钢缆21的滑动距离，而钢缆21是穿过高程编码器23的，因此高程编码器23探测的钢缆21的绕行行程距离即为处理机14上升或下降的距离，高程编码器23将探测的钢缆21行程距离数据转换为电子信号传送给主控电脑，主控电脑结合起重绞车12是在拉升处理机14还是下降处理机14，即可得到处理机14上升的距离或处理机14下降的距离。具体地，所述高程编码器23为用于探测钢缆绕行行程数据并将其转换成通信信号的编码器，因此高程编码器可以采用普通的编码器。通过在钢缆21的第一端和其第二端之间串联一个弹簧31，在钢缆21震荡的过程中，弹簧31可以跟随钢缆21震荡而伸缩，缓冲钢缆21变形，防止在强风作用下，钢缆21震荡导致高程编码器23测值不稳定，从而导致高程数据波动，影响施工。

请同时参阅图4和图5，图4为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统中导向滑轮32调整位置前的示意图；图5为本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统中导向滑轮32调整位置后的示意图。抗风调节机构还包括若干导向滑轮32，导向滑轮32通过位置可调的方式安装在桩架11上以用于调节钢缆21绕第二滑轮组22和第三滑轮组运行的松紧度，钢缆21单向绕过导向滑轮32。具体地，导向滑轮21且位于钢缆21与弹簧31形成的环形结构内；具体地，桩架11上设有与导向滑轮32数量相同的长条形的调节通孔111，每一个导向滑轮32通过锁紧件321安装在对应的调节通孔111上，松动锁紧件321使得导向滑轮32沿调节通孔111移动调整。锁紧件321可以使用螺栓，每一个导向滑轮32上设有安装通孔，每一个导向滑轮32通过螺栓安装在对应的调节通孔111上，并通过位于桩架11两侧的两个螺母来锁定，这样不影响导向滑轮32安装在桩架11上之后绕其圆心转动，在需要调节导向滑轮32时，只需要松动位于桩架11远离导向滑轮32一侧的螺母即可。具体地，导向滑轮32的数量为二，两个导向滑轮32分别设置在桩架11的上部和桩架11的下部。通过调整导向滑轮32在桩架11上的安装位置，使导向滑轮32与钢缆21接触，并通过导向滑轮32将钢缆21与弹簧31连接成的环形结构向外拉伸，从而使得钢缆21与弹簧31连接成的环形结构处于拉紧状态，用导向滑轮32限制钢缆21运动方向，降低钢缆21运动自由度，降低钢缆21的震荡幅度，避免钢缆21甩动。同时在本发明长时间使用后，弹簧31或钢缆21出现松弛现象，可以通过重新调整导向滑轮32的位置，重新将弹簧31与钢缆21连接成的环形结构拉紧，避免钢缆震荡导致高程数据激烈波动，使得本发明可以继续使用，延长本发明的使用寿命。导向滑轮32设置在钢缆21与弹簧31连接成的环形结构内且靠近该环形结构远离弹簧31的一侧位置，导向滑轮32的数量可以根据实际来调整，若设置多个导向滑轮32，多个导向滑轮32沿桩架11的轴向设置。

GPS定位装置4安装在船体1上，用于测量该处船体的高程数据，并用于将数据传送给主控电脑。具体地，GPS定位装置4包括多台GPS，多台GPS设置在船体1上开阔的位置，如多台GPS可以设置在船体1的船头和船尾。多台GPS可以避免若有一台GPS损坏，其他GPS也可以继续测量其安装处船体的高程数据。

主控电脑基于由高程编码器23探测的数据及GPS定位装置4测量的数据算出钻杆13的高程，并用于控制起重绞车12的电机正反转。具体地，主控电脑通过变频器与起重绞车12连接，主控电脑向该变频器发送控制信号，变频器执行接收的控制信号，控制起重绞车12的电机正反转。在船体1上安放好多台GPS之后，预先把各GPS与甲板的垂直距离录入主控电脑中，同时把钻杆底端与甲板之间的垂直距离录入电脑，即搅拌头17与甲板的垂直距离，然后主控电脑可以根据各GPS测量其安装处的高程数据，并通过该GPS与甲板之间的垂直距离，换算出甲板的高程。再结合甲板与钻杆13底端的高度差，即可换算出钻杆13底端的高程，即搅拌头17的高程。主控电脑通过控制起重绞车12的电机正反转来控制处理机14的上升或下降。具体地，主控电脑还包括数据存储单元及处理单元，数据存储单元内保存有施工桩桩底高程数据，处理单元基于由高程编码器23探测的钢缆21行程距离数据及GPS定位装置4测量的的高程数据算出钻杆13底端的高程，并通过对比钻杆13底端的高程与施工桩桩底的高程得出钻杆13底端与施工桩桩底的位置偏差，并根据该位置偏差控制起重绞车12的电机正反转，以使钻杆13底端的高程上升或下降到与施工桩桩底的高程相同。以上高程均为绝对标高。施工桩为钻杆13搅拌后形成的水泥施工桩。

本发明水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统的实施过程为：在船体1的船头和船尾设置多台GPS，主控电脑记录各GPS与甲板之间的垂直距离；然后调整导向滑轮32在桩架11上的安装位置，使得钢缆21与弹簧31连接成的环形结构处于拉紧状态，主控电脑通过起重绞车12将处理机14拉升至最高处，并将此处作为初始位置，主控电脑记录高程编码器23的初始值，以及搅拌头17与甲板之间的高度差；主控电脑读取各GPS的高程数据以及各GPS与甲板之间的垂直距离，换算出搅拌头17的高程，处理机14处于最高处时，算出的搅拌头17的高程为搅拌头17的初始高程；当钻杆13在下降的过程中，主控电脑通过高程编码器23传送的钢缆21绕行行程距离，得到即处理机14的下降距离，根据初始位置搅拌头17与甲板的距离得出搅拌头17与甲板的实时距离，再读取各GPS的高程数据以及各GPS与甲板之间的垂直距离，即可换实时算出搅拌头17的实际高程，或者是根据搅拌头17的初始高程与处理机14下降的距离可直接得出搅拌头17的实际高程。同时主控电脑根据搅拌头17的实际高程判断施工桩长是否达到设计要求，即判断搅拌头17的实际高程是否达到施工桩桩底的高程，若是，则主控电脑控制起重绞车12停止运行。若否，则通过对比钻杆13底端的高程与施工桩桩底的高程得出钻杆13底端与施工桩桩底的位置偏差，并根据该位置偏差控制起重绞车12的电机正反转，以使钻杆13底端的高程上升或下降到与施工桩桩底的高程相同。在本发明长时间使用后，若弹簧31或钢缆21出现松弛现象，重新调整导向滑轮32在桩架11上的安装位置，使得弹簧31与钢缆21连接成的环形结构再次处于拉紧状态，将处理机14拉升至最高处，重新记录高程编码器23的初始值。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：通过GPS定位装置4将测量其安装处船体的高程数据传送给主控电脑，通过高程编码装置将处理机14与钻杆13的升降转换为钢缆21的滑动距离，并通过高程编码器23将测量的钢缆行程距离传送给主控电脑，主控电脑换可算出钻杆13底端的高程，以此可以判断施工桩长是否达到设计要求，满足施工的需要；在钢缆21中串联一弹簧31，弹簧31能缓冲钢缆21的变形，在强风天气下，钢缆21震荡导致的钢缆21摆动或由处理机14带动的钢缆21摆动都可由弹簧31吸收，钢缆21震荡不会直接传导到高程编码器23，起到稳定高程测量数据的作用，避免了由于强风天气导致高程数据激烈波动，使得水下深层水泥搅拌桩在强风天气中能正常施工，保证施工质量和施工进度。本发明结构简单，可操作性强，高程数据稳定效果好，能在强风天气中正常施工，提高了施工的精准度。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，包括船体，所述船体上设有桩架和起重绞车，所述桩架上设置有沿着桩架而同步上升或同步下降的钻杆及处理机，所述起重绞车通过钢丝绳及第一滑轮组控制处理机连同钻杆上升或下降；其特征在于，还包括高程编码装置、抗风调节机构、GPS定位装置和主控电脑，所述高程编码装置包括钢缆，固定在所述桩架顶部的第二滑轮组，固定在所述桩架底部的第三滑轮组，以及用于探测钢缆绕行行程距离的高程编码器，所述抗风调节机构包括弹簧和若干导向滑轮，所述钢缆的第一端与弹簧的第一端连接，所述钢缆的第二端依次穿过第二滑轮组和第三滑轮组后与弹簧的第二端连接成环形结构；所述导向滑轮通过位置可调的方式安装在桩架上以用于调节钢缆绕第二滑轮组和第三滑轮组运行的松紧度，所述钢缆单侧绕过导向滑轮；

所述钢缆通过连接杆与处理机顶端连接，其中，连接杆固定在钢缆靠近弹簧第一端的位置；

所述GPS定位装置安装在船体上，用于测量该处船体的高程数据；

所述高程编码器与主控电脑通过信号连接并将探测到的钢缆行程数据传送到主控电脑；

所述GPS定位装置与主控电脑通过信号连接并将测量到的高程数据传送到主控电脑；

所述主控电脑包括数据存储单元及处理单元，所述数据存储单元内保存有施工桩桩底高程数据，所述处理单元基于由高程编码器探测的钢缆行程距离数据及GPS定位装置测量的高程数据算出钻杆底端的高程，并通过对比钻杆底端的高程与施工桩桩底的高程得出钻杆底端与施工桩桩底的位置偏差，并根据该位置偏差控制起重绞车的电机正反转，以使钻杆底端的高程上升或下降到与施工桩桩底的高程相同。

2.根据权利要求1所述的水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，其特征在于，所述桩架上设有与导向滑轮数量相同的长条形的调节通孔，每一个所述导向滑轮通过锁紧件安装在对应的调节通孔上，松动所述锁紧件使得导向滑轮沿调节通孔移动调整。

3.根据权利要求1所述的水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，其特征在于，所述导向滑轮位于钢缆与弹簧形成的环形结构内。

4.根据权利要求1所述的水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，其特征在于，所述导向滑轮的数量为二，两个所述导向滑轮分别设置在桩架的上部和桩架的下部。

5.根据权利要求1所述的水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，其特征在于，所述第三滑轮组安装在高程编码器内，所述钢缆与高程编码器之间为可滑动连接。

6.根据权利要求1所述的水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，其特征在于，所述GPS定位装置包括多台GPS，多台所述GPS设置在船体的船头和船尾。

7.根据权利要求1所述的水下深层水泥搅拌船抗风高程计量系统，其特征在于，所述高程编码器为用于探测钢缆绕行行程数据并将其转换成通信信号的编码器。