CN112319735B - 一种水下泥里全埋物体打捞装备及作业方法 - Google Patents

Abstract

一种水下泥里全埋物体打捞装备，包括缆控打捞潜水器，所述缆控打捞潜水器的顶部通过脐带缆与母船连接，所述母船的甲板上设置有集装箱，操作人员在集装箱内遥控操作缆控打捞潜水器工作，打捞埋在泥沙下面的全埋物体，所述甲板上海安装有绞车和门吊，缆控打捞潜水器通过门吊与绞车实现从母船上的布放回收；为最大降低打捞全埋物体作业对环境影响，减少泥层的挖掘与侵扰，缆控打捞潜水器搭载了一套钻进、松土、抓取一体的打捞作业工具，钻进机构驱动旋转耙杆直达全埋物体位置，不用将泥沙大范围移除，而是在全埋物体垂上位置就地松土，保证打捞机构能钻进至全埋物体位置，机械爪抱住物体后，由钻进机构整体带出泥沙层，实现全埋物体的打捞。

Description

一种水下泥里全埋物体打捞装备及作业方法

技术领域

本发明涉及水下打捞设备技术领域，尤其是一种水下泥里全埋物体打捞装备及作业方法。

背景技术

沉入水底的物体，根据物体被泥沙覆盖的程度一般会出现三种情况，即“非埋物体”、“半埋物体”、“全埋物体”。当如鱼雷、沉管一类的圆柱形、细长形硬质物体躺在水底，未被泥沙覆盖，为非埋物体状态，对于这种情况可以通过潜水器上的打捞物体机械手将物体抓住，然后机械式腕部自动脱开，实现手爪和潜器的分离，工作母船上的绞车借助事先安装在机械手爪上的钢缆完成物体的打捞。当物体有一部分斜插水底，尾部露在泥外，称为半埋物体。

现有技术中，已有相应装置进行打捞，该装置是一种附在被打捞物体上具有挖泥功能和自动进给功能的专业水下作业系统，作业系统在水面作业母船的控制系统遥控下，完成将物体夹紧、清理物体周围泥沙、通过装在水面母船的绞车将物体拖出泥沙并吊回母船甲板。当物体全部埋在湖底泥沙下时，称为全埋物体。目前针对如鱼雷、沉管一类的圆柱形、细长形全埋于水底泥里硬质物体这种全埋物体还无法回收。

发明内容

本申请针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下泥里全埋物体打捞装备及作业方法，从而有效的解决全埋物体位置、姿态、方位的探测技术难题，解决机械抱爪松土入泥、泥下抱合物体、提物体出泥的打捞技术难题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水下泥里全埋物体打捞装备，包括缆控打捞潜水器，所述缆控打捞潜水器的顶部通过脐带缆与母船连接，所述母船的甲板上设置有集装箱，操作人员在集装箱内遥控操作缆控打捞潜水器工作，打捞埋在泥沙下面的全埋物体，所述甲板上海安装有绞车和门吊，缆控打捞潜水器通过门吊与绞车实现从母船上的布放回收；

所述缆控打捞潜水器的结构为：包括载体框架，所述载体框架的底部两侧分别安装有步行履带，所述载体框架的上部两侧分别安装有可调压载水舱，其中一个可调压载水舱一旁固定安装有高压水泵、液压阀箱和水下液压源；所述载体框架的后部固定安装有变压器箱、定位声呐、电控舱和开关电源舱，所述载体框架的顶面中部位置通过支撑架安装有吊装啮合器，所述吊装啮合器上连接脐带缆；所述载体框架的前后端和下方分别安装有探测头，所述载体框架上还安装有水平矢量推进器，所述载体框架的前后端安装有对称的钻进立杆，钻进立杆的两侧分别设置有齿条，还包括钻进立杆驱动马达，所述钻进立杆驱动马达的输出端安装有齿轮，齿轮与齿条配合工作控制钻进立杆上下运动，所述钻进立杆的底部还安装有耙杆转动驱动机构、打捞机械爪和松土耙杆，所述松土耙杆位于两个步行履带之间，同时也在载体框架的底部。

其进一步技术方案在于：

所述载体框架通过圆柱形钢管焊接而成。

所述脐带缆上安装有脐带缆浮力球。

所述母船的底部设置有超短基线，超短基线与定位声呐配对使用。

所述探测头共有五只，其中一只布置在缆控打捞潜水器中心位置，另外四只布置在缆控打捞潜水器的四个角位置；单只探测头的安装结构为：包括探测头伸缩油缸，所述探测头伸缩油缸固定在载体框架上，所述探测头伸缩油缸的输出端固定连接探测头。

一种水下泥里全埋物体打捞装备的作业方法，包括如下操作步骤：

通过水面母船布放入水，由定位声呐找到全埋物体准确位置，打捞装备坐底在全埋物体正上方，通过探测头12扫描出全埋物体的埋深、姿态、方向；

通过步行履带行走微调打捞装备姿态与方向，确保打捞装备中纵剖面基本与全埋物体轴线在同一平面；

钻进立杆驱动马达向下推动钻进立杆运动，同时耙杆转动驱动机构驱动松土耙杆旋转，松土耙杆逐渐与钻进立杆同步钻入湖底泥沙；

实时观察松土耙杆与全埋物体的相对姿态与位置，通过前后钻进立杆驱动马达非同步驱动，保证松土耙杆基本与全埋物体轴向平行，并保持安全距离；

耙齿棒接近全埋物体100)时，驱动打捞机械爪翻转，两对机械爪抱住全埋物体后，通过前后钻进杆驱动机构非同步驱动，将全埋物体姿态调为基本水平后，前后钻进杆驱动机构同步反向驱动，将全埋物体100带出湖底泥沙。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过研制了缆控打捞潜水器：搭载一套雷达探测装置，摒弃了常规的水声声呐探测手段，能实时探测出全埋物体的位置、姿态、方位，解决了全埋物体水下探测难题；为最大降低打捞全埋物体作业对环境影响，减少泥层的挖掘与侵扰，缆控打捞潜水器搭载了一套钻进、松土、抓取一体的打捞作业工具，钻进机构驱动旋转耙杆直达全埋物体位置，不用将泥沙大范围移除，而是在全埋物体垂上位置就地松土，保证打捞机构能钻进至全埋物体位置，机械爪抱住物体后，由钻进机构整体带出泥沙层，实现全埋物体的打捞。

本发明主要应用于如鱼雷、沉管一类的圆柱形、细长形全埋于水底泥里硬质物体的打捞。

附图说明

图1为本发明的作业场景图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的作业过程一的结构示意图。

图4为本发明的作业过程二的结构示意图。

图5为本发明的作业过程三的结构示意图。

图6为本发明的作业过程四的结构示意图。

其中：100、全埋物体；101、缆控打捞潜水器；102、母船；

10201、超短基线；10202、门吊；10203、绞车；10204、集装箱；

1、步行履带；2、载体框架；3、水平矢量推进器；4、可调压载水舱；5、变压器箱；6、定位声呐；7、电控舱；8、开关电源舱；9、吊装啮合器；10、脐带缆浮力球；11、脐带缆；12、探测头；13、探测头伸缩油缸；14、水下液压源；15、高压水泵；16、液压阀箱；17、钻进立杆；18、钻进立杆驱动马达；19、耙杆转动驱动机构；20、打捞机械爪；21、松土耙杆。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图6所示，本实施例的水下泥里全埋物体打捞装备，包括缆控打捞潜水器101，缆控打捞潜水器101的顶部通过脐带缆11与母船102连接，母船102的甲板上设置有集装箱10204，操作人员在集装箱10204内遥控操作缆控打捞潜水器101工作，打捞埋在泥沙下面的全埋物体100，甲板上海安装有绞车10203和门吊10202，缆控打捞潜水器101通过门吊10202与绞车10203实现从母船102上的布放回收；

缆控打捞潜水器101的结构为：包括载体框架2，载体框架2的底部两侧分别安装有步行履带1，载体框架2的上部两侧分别安装有可调压载水舱4，其中一个可调压载水舱4一旁固定安装有高压水泵15、液压阀箱16和水下液压源14；载体框架2的后部固定安装有变压器箱5、定位声呐6、电控舱7和开关电源舱8，载体框架2的顶面中部位置通过支撑架安装有吊装啮合器9，吊装啮合器9上连接脐带缆11；载体框架2的前后端和下方分别安装有探测头12，载体框架2上还安装有水平矢量推进器3，载体框架2的前后端安装有对称的钻进立杆17，钻进立杆17的两侧分别设置有齿条，还包括钻进立杆驱动马达18，钻进立杆驱动马达18的输出端安装有齿轮，齿轮与齿条配合工作控制钻进立杆17上下运动，钻进立杆17的底部还安装有耙杆转动驱动机构19、打捞机械爪20和松土耙杆21，松土耙杆21位于两个步行履带1之间，同时也在载体框架2的底部。

载体框架2通过圆柱形钢管焊接而成。

脐带缆11上安装有脐带缆浮力球10。

母船102的底部设置有超短基线10201，超短基线10201与定位声呐6配对使用。

探测头12共有五只，其中一只布置在缆控打捞潜水器101中心位置，另外四只布置在缆控打捞潜水器101的四个角位置；单只探测头12的安装结构为：包括探测头伸缩油缸13，探测头伸缩油缸13固定在载体框架2上，探测头伸缩油缸13的输出端固定连接探测头12。

本实施例的水下泥里全埋物体打捞装备的作业方法，包括如下操作步骤：

通过水面母船102布放入水，由定位声呐6找到全埋物体100准确位置，打捞装备坐底在全埋物体100正上方，通过探测头12扫描出全埋物体100的埋深、姿态、方向；

通过步行履带1行走微调打捞装备姿态与方向，确保打捞装备中纵剖面基本与全埋物体100轴线在同一平面；

钻进立杆驱动马达18向下推动钻进立杆17运动，同时耙杆转动驱动机构19驱动松土耙杆21旋转，松土耙杆21逐渐与钻进立杆17同步钻入湖底泥沙；

实时观察松土耙杆21与全埋物体100的相对姿态与位置，通过前后钻进立杆驱动马达18非同步驱动，保证松土耙杆21基本与全埋物体100轴向平行，并保持安全距离；

耙齿棒接近全埋物体100)时，驱动打捞机械爪20翻转，两对机械爪抱住全埋物体100后，通过前后钻进杆驱动机构非同步驱动，将全埋物体100姿态调为基本水平后，前后钻进杆驱动机构同步反向驱动，将全埋物体100带出湖底泥沙。

本发明的具体结构和功能如下：

缆控打捞潜水器101为一台履带步行的水下作业潜水器，通过脐带缆11与母船102连接，提供电力与控制信号，母船102上的操作人员在甲板控制集装箱10204中，遥控操作缆控打捞潜水器101打捞埋在泥沙下面的全埋物体100，缆控打捞潜水器101通过门吊10202与绞车10203实现从母船102上的布放回收。

缆控打捞潜水器101主要由步行履带1、载体框架2、水平矢量推进器3、可调压载水舱4、变压器箱5、定位声呐6、电控舱7、开关电源舱8、吊装啮合器9、脐带缆浮力球10、脐带缆11、探测头12、探测头伸缩油缸13、水下液压源14、高压水泵15、液压阀箱16、钻进立杆17、钻进立杆驱动马达18、耙杆转动驱动机构19、打捞机械爪20、松土耙杆21等部件组成。

通过步行履带1实现缆控打捞潜水器101前进、后退、转向等水底运动。

载体框架2是缆控打捞潜水器101的设备安装平台，所有设备均安装在载体框架2上。

通过可调压载水舱4与高压水泵15组成的浮力调节系统，实现缆控打捞潜水器101水下浮力调节，调节至中性浮力状态，四台水平矢量推进器3能推动潜水器101浮游航行，在水中布放回收过程中也起到防止缆控打捞潜水器101自旋转的作用。

定位声呐6与母船102上的超短基线10201配对使用，确定缆控打捞潜水器101水下实时位置。

变压器箱5装有变压器，用于将水面高压电转为水下设备用的低压电。

电控舱7为缆控打捞潜水器101下位机组件，处理控制信号与探测信号。

开关电源舱8装有开关电源模块，用于提供水下低压直流电。

吊装啮合器9用于缆控打捞潜水器101从母船102布放与回收。

脐带缆11与母船102连接，提供电力与控制信号。

脐带缆浮力球10布置在靠近缆控打捞潜水器101一端的位置，使缆控打捞潜水器101端连接的一端脐带缆11形成马鞍形态的中性浮力状态，减少脐带缆11对缆控打捞潜水器101浮游航行的干扰。

探测头12共五只，其中一只探头布置在潜水器中心位置，为雷达波发射头，另外四只探头布置在潜水器四角位置，为雷达波接收头。通过五只探测头12立体布置，实现全埋于水底泥沙下的物体位置、姿态、方位等信息探测。

四只雷达波接收头安装在探测头伸缩油缸13上，在作业过程通过探测头伸缩油缸13伸出，使雷达波接收头更接近水底，便于增强接收雷达波信号。

水下液压源14、液压阀箱16用于为缆控打捞潜水器101相关液压执行机构提供液压动力。

钻进立杆17、钻进立杆驱动马达18、耙杆转动驱动机构19、打捞机械爪20、松土耙杆21则组成钻进、松土、抓取一体的打捞作业工具。

钻进立杆17分为上下独立两段，立杆轴向两侧开有齿轮孔，作业时通过两段通过螺纹连接为一体，穿过钻进立杆驱动马达18与齿轮啮合，当两台驱动马达对转时，驱动钻进立杆17向上或者向下轴向运动。

松土耙杆21穿过两套耙杆转动驱动机构19，由耙杆转动驱动机构19内部马达齿轮驱动松土耙杆21旋转运动，刨松泥沙，便于钻进立杆17驱动松土耙杆21整体往泥沙深处钻进，到达埋于泥沙下物体位置。

打捞机械爪20总四只，分为两组安装在耙杆转动驱动机构19上，由耙杆转动驱动机构19里马达驱动旋转，向下钻进时，打捞机械爪20处于向上翻转位置，减小钻进阻力，碰触到全埋物体100时，向下翻转，两只打捞机械爪20抱合住泥沙下的全埋物体100。

如图3-图6所示，作业过程如下：

一)母船102就位至全埋物体100位置上方；

二)缆控打捞潜水器101布放入水，缆控打捞潜水器101通过探测头12找到泥沙下全埋物体100准确位置；

三)缆控打捞潜水器101坐底在全埋物体100正上方，通过探测头12测出泥沙下物体埋深、姿态、方向；

四)通过步行履带1行走微调潜水器姿态与方向，确保缆控打捞潜水器101中纵剖面基本与泥沙下全埋物体100轴线在同一平面；

五)钻进立杆驱动马达18向下推动钻进立杆17向下运动，同时耙杆转动驱动机构19驱动松土耙杆21旋转，松土耙杆21逐渐与钻进立杆17同步钻入湖底泥沙；

六)实时观察松土耙杆21与泥沙下全埋物体100的相对姿态与位置，通过前后钻进立杆驱动马达18非同步驱动，保证松土耙杆21基本与泥沙下全埋物体100轴向平行，并保持安全距离；

七)松土耙杆21接近泥沙下物体时，驱动打捞机械爪20翻转。

八)两对打捞机械爪20抱住泥沙下全埋物体100后，通过前后钻进立杆驱动马达18非同步驱动，将全埋物体100姿态调为基本水平后，前后钻进立杆驱动马达18同步反向驱动，将全埋物体100向上整体带出湖底泥沙层。

九)缆控打捞潜水器101携带打捞出泥沙层的全埋物体100，由通过门吊10202、绞车10203、脐带缆11等布放回收组件整体吊回母船102的甲板，完成全埋物体100的打捞。

本发明通过缆控打捞潜水器101：搭载一套雷达探测装置，摒弃了常规的水声声呐探测手段，能实时探测出全埋物体100的位置、姿态、方位，解决了全埋物体100水下探测难题。为最大降低打捞全埋物体100作业对环境影响，减少泥层的挖掘与侵扰，缆控打捞潜水器101搭载了一套钻进、松土、抓取一体的打捞作业工具，钻进机构驱动旋转耙杆直达全埋物体100位置，不用将泥沙大范围移除，而是在全埋物体100垂上位置就地松土，保证打捞机构能钻进至全埋物体100位置，机械爪抱住全埋物体100后，由钻进机构整体带出泥沙层，实现全埋物体100的打捞。相应的，采用相同的步骤也能完成半埋物体、非埋物体的打捞。

Claims (6)

1.一种水下泥里全埋物体打捞装备，其特征在于：包括缆控打捞潜水器(101)，所述缆控打捞潜水器(101)的顶部通过脐带缆(11)与母船(102)连接，所述母船(102)的甲板上设置有集装箱(10204)，操作人员在集装箱(10204)内遥控操作缆控打捞潜水器(101)工作，打捞埋在泥沙下面的全埋物体(100)，所述甲板上海安装有绞车(10203)和门吊(10202)，缆控打捞潜水器(101)通过门吊(10202)与绞车(10203)实现从母船(102)上的布放回收；

所述缆控打捞潜水器(101)的结构为：包括载体框架(2)，所述载体框架(2)的底部两侧分别安装有步行履带(1)，所述载体框架(2)的上部两侧分别安装有可调压载水舱(4)，其中一个可调压载水舱(4)一旁固定安装有高压水泵(15)、液压阀箱(16)和水下液压源(14)；所述载体框架(2)的后部固定安装有变压器箱(5)、定位声呐(6)、电控舱(7)和开关电源舱(8)，所述载体框架(2)的顶面中部位置通过支撑架安装有吊装啮合器(9)，所述吊装啮合器(9)上连接脐带缆(11)；所述载体框架(2)的前后端和下方分别安装有探测头(12)，所述载体框架(2)上还安装有水平矢量推进器(3)，所述载体框架(2)的前后端安装有对称的钻进立杆(17)，钻进立杆(17)的两侧分别设置有齿条，还包括钻进立杆驱动马达(18)，所述钻进立杆驱动马达(18)的输出端安装有齿轮，齿轮与齿条配合工作控制钻进立杆(17)上下运动，所述钻进立杆(17)的底部还安装有耙杆转动驱动机构(19)、打捞机械爪(20)和松土耙杆(21)，所述松土耙杆(21)位于两个步行履带(1)之间，同时也在载体框架(2)的底部。

2.如权利要求1所述的一种水下泥里全埋物体打捞装备，其特征在于：所述载体框架(2)通过圆柱形钢管焊接而成。

3.如权利要求1所述的一种水下泥里全埋物体打捞装备，其特征在于：所述脐带缆(11)上安装有脐带缆浮力球(10)。

4.如权利要求1所述的一种水下泥里全埋物体打捞装备，其特征在于：所述母船(102)的底部设置有超短基线(10201)，超短基线(10201)与定位声呐(6)配对使用。

5.如权利要求1所述的一种水下泥里全埋物体打捞装备，其特征在于：所述探测头(12)共有五只，其中一只布置在缆控打捞潜水器(101)中心位置，另外四只布置在缆控打捞潜水器(101)的四个角位置；单只探测头(12)的安装结构为：包括探测头伸缩油缸(13)，所述探测头伸缩油缸(13)固定在载体框架(2)上，所述探测头伸缩油缸(13)的输出端固定连接探测头(12)。

6.一种利用权利要求1所述的水下泥里全埋物体打捞装备的作业方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

通过水面母船(102)布放入水，由定位声呐(6)找到全埋物体(100)准确位置，打捞装备坐底在全埋物体(100)正上方，通过探测头(12)扫描出全埋物体(100)的埋深、姿态、方向；

通过步行履带(1)行走微调打捞装备姿态与方向，确保打捞装备中纵剖面基本与全埋物体(100)轴线在同一平面；

钻进立杆驱动马达(18)向下推动钻进立杆(17)运动，同时耙杆转动驱动机构(19)驱动松土耙杆(21)旋转，松土耙杆(21)逐渐与钻进立杆(17)同步钻入湖底泥沙；

实时观察松土耙杆(21)与全埋物体(100)的相对姿态与位置，通过前后钻进立杆驱动马达(18)非同步驱动，保证松土耙杆(21)基本与全埋物体(100)轴向平行，并保持安全距离；

耙齿棒接近全埋物体(100)时，驱动打捞机械爪(20)翻转，两对机械爪抱住全埋物体(100)后，通过前后钻进杆驱动机构非同步驱动，将全埋物体(100)姿态调为基本水平后，前后钻进杆驱动机构同步反向驱动，将全埋物体100带出湖底泥沙。

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