CN111042251A - 大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统及其施工作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统及其施工作业方法，该系统采用模块化设计，包括履带式行进系统、挖掘输送系统、垂直升降系统、旋转系统、固定平台、穿千斤驳接系统、升降平台和控制系统。履带式行进系统性能优良、运动平稳，能够适用于复杂的海底环境；集成化的挖掘输送系统能够满足多种类型土质的挖掘输送施工要求；旋转系统和垂直升降系统相互配合，可在整个挖掘输送系统前部实现全方位挖掘任务；通过模块化、集成化和自动化的设计方法可解决大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘施工难、耗时长等问题，同时提高了大吨位沉船打捞穿千斤作业的时效性及人员的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及疏浚工程技术领域，具体来说，是涉及一种大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统及其施工作业方法。
背景技术
随着全球经济一体化的快速发展，国际海洋运输业已达到了前所未有的繁荣景象，先进的船舶制造技术使得大吨位的新型现代化船舶能够快速投入到海运事业中，然而，由于天气、海浪等不可预见的偶发事件使得船舶失事沉没的海难事故时有发生。沉船打捞是海难事故救助工程中工作量很大的一项工程，在沉船打捞过程中，吊装用的钢缆往往需要沿着特定的轨迹穿过沉船或沉物底部，即沉船打捞的穿千斤作业，穿千斤作业是沉船打捞工程中一项非常关键的技术，往往直接关系到沉船打捞工程的成败。
目前，穿千斤作业的方法主要有拴钢丝缆绳法、潜水员手持攻泥器水下作业法、仿生机器人水下作业法以及水平定向钻进法(HHD)等。拴钢丝缆绳法适用于相对松软的海底，应用环境受限较多。潜水员手持攻泥器水下作业法由于技术相对较为成熟成为目前沉船打捞较为常用的一种作业方式，但它工程量大，其作业时间可能占整个打捞时间的一半以上，如2007年“银锄”号打捞，河水浑浊，每打一道千斤就需每天至少潜水4人次，每天作业大约4小时，共耗时七八天，且当水深超过30m或沉船位置地质较差时，施工困难，潜水员的作业强度大大增加，据统计，在我国穿千斤作业史上已有10多人伤亡。仿生机器人水下作业法以及水平定向钻进法从理论上可以有效替代潜水员手持攻泥器的水下作业，但现有的研究样机还未接受实践的检验，在水下工作的可控性、耐压性、持久稳定性等还需进一步的理论研究和实践检验。
近年来，沉船打捞的技术要求越来越高，如韩国渡轮“世越号”打捞工程，韩国方面要求需要将沉船整体打捞出水，同时尽量保证船体完整不受破坏及失踪人员遗骸不再受到进一步损伤，这给大吨位沉船打捞施工作业提出了极高的要求，尤其是沉船下方的穿千斤作业遇到了极大的挑战。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统，可以使操作人员在水面的母船上通过操作台方便实现大吨位沉船底部硬质土孔道的快速挖掘和泥土的输送，解决大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘施工难、耗时长等问题，同时提高大吨位沉船打捞穿千斤作业的时效性及人员的安全性。
本发明的另一目的是提供上述大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的施工作业方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统，采用模块化设计，包括：履带式行进系统、挖掘输送系统、垂直升降系统、旋转系统、固定平台、穿千斤驳接系统、升降平台和控制系统。
所述履带式行进系统支撑并控制着整个挖掘输送系统的前后运动状态，包括：履带行进驱动系统、履带轮和履带，所述履带行进驱动系统通过控制所述履带轮的前进或后退动作进而带动所述履带进行前后运动。
所述挖掘输送系统是由集成设计在一起的绞刀头、绞刀用电机、泥泵、泥泵用电机组成，所述挖掘输送系统整体安装于旋转系统上并在所述旋转系统的带动下进行左右横扫挖掘施工作业，所述绞刀头由所述绞刀用电机控制旋转进行挖掘作业，所述泥泵用于抽吸所述绞刀头挖掘的泥沙并通过管道输送出去，所述泥泵用电机为所述泥泵提供动力。
所述旋转系统安装在所述升降平台上，所述升降平台与所述垂直升降系统相连接。
其中，所述垂直升降系统由垂直升降轨道组和垂直升降步进电机组成，所述垂直升降步进电机用于控制所述垂直升降轨道组相对运动，所述垂直升降轨道组的一端与所述升降平台相连接，所述垂直升降轨道组的另一端与固定平台相连接，所述固定平台安装在所述履带式行进系统上。
其中，所述旋转系统是由齿轮系驱动电机和旋转齿轮系组成，所述旋转齿轮系与所述挖掘输送系统相连，所述齿轮系驱动电机用于控制所述旋转齿轮系进行左右旋转运动，从而带动所述挖掘输送系统进行左右旋转施工作业。
其中，所述垂直升降轨道组在所述垂直升降步进电机的控制下进行相对运动，从而带动所述升降平台作垂直升降运动，进而实现所述挖掘输送系统在垂直方向上的挖掘施工作业。
所述穿千斤驳接系统位于所述固定平台的末端，用于接沉船打捞作业的钢丝绳索等设备，实现大吨位沉船打捞的穿千斤作业任务。
所述控制系统用于控制各作业模块的启停并协调控制各作业模块。
具体地，所述控制系统可以包括：总控制系统、挖掘输送控制系统、旋转控制系统、垂直升降控制系统和履带行进控制系统。所述挖掘输送控制系统用于控制所述绞刀用电机和泥泵用电机的启停；所述旋转控制系统用于控制所述齿轮系驱动电机的启停；所述垂直升降控制系统用于控制所述垂直升降步进电机的启停；所述履带行进控制系统用于控制所述履带行进驱动系统的启停；所述总控制系统根据整个系统的工作流程对上述各作业模块的进行协调控制。
如上所述的大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的施工作业方法，包括以下步骤：
步骤1：大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统进入待施工作业区域。
步骤2：启动挖掘输送系统进行施工作业。
步骤3：启动旋转系统，将旋转系统的旋转角度设定为左右各20°，通过旋转系统旋转运动控制所述挖掘输送系统进行左右横扫挖掘施工作业，完成一个周期的左右横扫挖掘施工后，进入步骤4。
步骤4：启动垂直升降系统，垂直升降系统带动升降平台下降0.4m，随后，重复进行步骤3直至垂直升降系统运动至最底端，挖掘输送系统在该位置完成一个周期的左右横扫挖掘施工作业后，进入步骤5。
步骤5：启动垂直升降系统，垂直升降系统控制升降平台升至最顶端，履带式行进系统控制着整个挖掘输送系统向前运动，开启下一次的挖掘作业，重复步骤2-至步骤4，直至完成大吨位沉船底部硬质土的挖掘输送任务。
优选地，在进行挖掘作业的同时完成沉船打捞的穿千斤作业任务。
本发明所提出的大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统及其施工作业方法，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的创新与优点在于：(1)整个挖掘输送系统采用模块化和集成化的设计思路，系统稳定性好、可操作性强；(2)采用旋转系统和垂直升降系统相结合的施工方式，可在整个挖掘输送系统前部实现全方位的挖掘施工作业；(3)采用绞刀式挖掘能够高效应对硬质土的施工要求；(4)集成化的挖掘输送系统可减小挖掘输送系统的整体尺寸，并且能够满足多种类型土质的挖掘输送施工要求；(5)履带式行进系统性能优良、运动平稳，能够适用于复杂的海底环境；(6)采用人员远程控制的自动化无人挖掘输送施工作业，可实现挖掘输送系统的连续作业，作业效率高、耗时少、安全可靠性高。
附图说明
图1是本发明大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的一个较优实施例的结构侧视图。
图2是图1中所示实施例的结构俯视图。
图3是本发明大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的一个较优实施例中的旋转系统和垂直升降系统结构示意图。
图4是本发明大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的一个较优实施例的控制系统的结构示意图。
图5是本发明大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的施工作业流程图。
其中：1、履带式行进系统；2、履带行进驱动系统；3、履带轮；4、挖掘输送系统；5、绞刀头；6、绞刀用电机；7、泥泵；8、泥泵用电机；9、垂直升降系统；10、旋转系统；11、固定平台；12、履带；13、穿千斤驳接系统；14、升降平台；15、齿轮系驱动电机；16、旋转齿轮系；17、垂直升降轨道组；18、垂直升降步进电机；19、总控制系统；20、挖掘输送控制系统；21、旋转控制系统；22、垂直升降控制系统；23、履带行进控制系统。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1-4所示，大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统，是采用模块化设计思路，包括：履带式行进系统1、挖掘输送系统4、垂直升降系统9、旋转系统10、固定平台11、穿千斤驳接系统13、升降平台14和控制系统。
履带式行进系统1包括履带行进驱动系统2、履带轮3和履带12，履带行进驱动系统2控制着履带轮3作前进、后退等动作，履带轮3控制着履带12进行前后运动，履带式行进系统1支撑并控制着整个挖掘输送系统的前后运动状态。
挖掘输送系统4采用集成化的结构设计思路，其由绞刀头5、绞刀用电机6、泥泵7、泥泵用电机8等部件组成，绞刀用电机6控制着绞刀头5的旋转进行挖掘作业，泥泵用电机8为泥泵7提供动力，泥泵7用于抽吸绞刀头5挖掘的泥沙并通过管道输送出去；挖掘输送系统4采用前后紧密衔接的布置方式，在不相互影响的前提下减小了整个挖掘输送系统的整体尺寸；挖掘输送系统4安装于旋转系统10上，通过旋转系统10的旋转完成左右横扫挖掘施工作业。
旋转系统10由齿轮系驱动电机15和旋转齿轮系16组成，旋转齿轮系16与挖掘输送系统4相连，齿轮系驱动电机15控制着旋转齿轮系16作左右旋转运动，旋转齿轮系16带动挖掘输送系统4进行左右旋转施工。
旋转系统10安装于升降平台14上，升降平台14与垂直升降系统9相连接，垂直升降系统9由垂直升降轨道组17和垂直升降步进电机18组成，垂直升降轨道组17一端与升降平台14相连接，另一端与固定平台11相连接，固定平台11安装于履带式行进系统1上。垂直升降步进电机18控制着垂直升降轨道组17的相对运动，垂直升降轨道组17的相对运动带动着升降平台14作垂直升降运动，实现挖掘输送系统4在垂直方向上的挖掘施工作业。
穿千斤驳接系统13位于固定平台11的末端，用于接沉船打捞作业的钢丝绳索等设备，实现大吨位沉船打捞的穿千斤作业任务。
控制系统包括总控制系统19、挖掘输送控制系统20、旋转控制系统21、垂直升降控制系统22、履带行进控制系统23。挖掘输送控制系统20控制着绞刀用电机6和泥泵用电机8的启停；旋转控制系统21控制着齿轮系驱动电机15的启停；垂直升降控制系统22控制着垂直升降步进电机18的启停；履带行进控制系统23控制着履带行进驱动系统2的启停；总控制系统19根据整个系统的工作流程对挖掘输送控制系统20、旋转控制系统21、垂直升降控制系统22和履带行进控制系统23等各分控制系统进行协调控制。
结合图5所示，如上所述的大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的施工作业方法，包括以下步骤：
步骤1：大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统进入待施工作业区域。
步骤2：启动挖掘输送系统4进行施工作业。
步骤3：启动旋转系统10，将旋转系统10的旋转角度设定为左右各20°，通过旋转系统10旋转运动控制所述挖掘输送系统4进行左右横扫挖掘施工作业，完成一个周期的左右横扫挖掘施工后，进入步骤4。
步骤4：启动垂直升降系统9，垂直升降系统9带动升降平台14下降0.4m，随后，重复进行步骤3直至垂直升降系统9运动至最底端，挖掘输送系统4在该位置完成一个周期的左右横扫挖掘施工作业后，进入步骤5。
步骤5：启动垂直升降系统9，垂直升降系统9控制升降平台14升至最顶端，履带式行进系统1控制着整个挖掘输送系统向前运动，开启下一次的挖掘作业，重复步骤2-至步骤4，直至完成大吨位沉船底部硬质土的挖掘输送任务。
在进行挖掘作业的同时完成沉船打捞的穿千斤作业任务。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (4)
1.一种大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统，其特征在于，采用模块化设计，包括：履带式行进系统(1)、挖掘输送系统(4)、垂直升降系统(9)、旋转系统(10)、固定平台(11)、穿千斤驳接系统(13)、升降平台(14)和控制系统；
所述履带式行进系统(1)支撑并控制着整个挖掘输送系统的前后运动状态，包括：履带行进驱动系统(2)、履带轮(3)和履带(12)，所述履带行进驱动系统(2)通过控制所述履带轮(3)的前进或后退动作进而带动所述履带(12)进行前后运动；
所述挖掘输送系统(4)是由集成设计在一起的绞刀头(5)、绞刀用电机(6)、泥泵(7)、泥泵用电机(8)组成，所述挖掘输送系统(4)整体安装于旋转系统(10)上并在所述旋转系统(10)的带动下进行左右横扫挖掘施工作业，所述绞刀头(5)由所述绞刀用电机(6)控制旋转进行挖掘作业，所述泥泵(7)用于抽吸所述绞刀头(5)挖掘的泥沙并通过管道输送出去，所述泥泵用电机(8)为所述泥泵(7)提供动力；
旋转系统(10)安装在升降平台(14)上，所述升降平台(14)与垂直升降系统(9)相连接；
所述垂直升降系统(9)由垂直升降轨道组(17)和垂直升降步进电机(18)组成，所述垂直升降步进电机(18)用于控制所述垂直升降轨道组(17)相对运动，所述垂直升降轨道组(17)的一端与所述升降平台(14)相连接，所述垂直升降轨道组(17)的另一端与固定平台(11)相连接，所述固定平台(11)安装在所述履带式行进系统(1)上；
所述旋转系统(10)是由齿轮系驱动电机(15)和旋转齿轮系(16)组成，所述旋转齿轮系(16)与所述挖掘输送系统(4)相连，所述齿轮系驱动电机(15)用于控制所述旋转齿轮系(16)进行左右旋转运动，从而带动所述挖掘输送系统(4)进行左右旋转施工作业；
所述垂直升降轨道组(17)在所述垂直升降步进电机(18)的控制下进行相对运动，从而带动所述升降平台(14)作垂直升降运动，进而实现所述挖掘输送系统(4)在垂直方向上的挖掘施工作业；
所述穿千斤驳接系统(13)位于所述固定平台(11)的末端，用于接沉船打捞作业的钢丝绳索等设备，实现大吨位沉船打捞的穿千斤作业任务；
所述控制系统用于控制各作业模块的启停并协调控制各作业模块。
2.如权利要求1所述的大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统，其特征在于：所述控制系统包括：
挖掘输送控制系统(20)，用于控制所述绞刀用电机(6)和泥泵用电机(8)的启停；
旋转控制系统(21)，用于控制所述齿轮系驱动电机(15)的启停；
垂直升降控制系统(22)，用于控制所述垂直升降步进电机(18)的启停；
履带行进控制系统(23)，用于控制所述履带行进驱动系统(2)的启停；以及
总控制系统(19)，根据整个系统的工作流程对所述挖掘输送控制系统(20)、旋转控制系统(21)、垂直升降控制系统(22)和履带行进控制系统(23)进行协调控制。
3.一种如权利要求1所述的大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统的施工作业方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：大吨位沉船底部硬质土孔道挖掘输送系统进入待施工作业区域；
步骤2：启动挖掘输送系统(4)进行施工作业；
步骤3：启动旋转系统(10)，将旋转系统(10)的旋转角度设定为左右各20°，通过旋转系统(10)旋转运动控制所述挖掘输送系统(4)进行左右横扫挖掘施工作业，完成一个周期的左右横扫挖掘施工后，进入步骤4；
步骤4：启动垂直升降系统(9)，垂直升降系统(9)带动升降平台(14)下降0.4m，随后，重复进行步骤3直至垂直升降系统(9)运动至最底端，挖掘输送系统(4)在该位置完成一个周期的左右横扫挖掘施工作业后，进入步骤5；
步骤5：启动垂直升降系统(9)，垂直升降系统(9)控制升降平台(14)升至最顶端，履带式行进系统(1)控制着整个挖掘输送系统向前运动，开启下一次的挖掘作业，重复步骤2-至步骤4，直至完成大吨位沉船底部硬质土的挖掘输送任务。
4.如权利要求3所述的施工作业方法，其特征在于：在进行挖掘作业的同时完成沉船打捞的穿千斤作业任务。
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