CN113089590B - 水下移动钻凿平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水下移动钻凿平台。移动模块安装于钻凿模块；第一防水电机固定在支撑板上，第一防水电机的输出轴连接齿轮，支撑板上开有圆通孔，沿圆通孔边缘的支撑板上固定有铁架，铁架上安装有滑轨，夹具上安装有滑块，滑块与滑轨形成滑块滑轨副，夹具侧面安装有齿条，齿条与齿轮形成齿轮齿条传动副，通过第一防水电机旋转带动齿轮旋转，在齿轮齿条传动副作用下以及滑块滑轨副的导向下带动夹具上下运动，进而带动冲击镐上下伸缩完成钻凿工作，冲击镐套装在夹具上并向下穿过圆通孔后露出镐头。本发明的水下移动钻凿平台可以吸附在水坝表面，并能在坝体上进行相应位置的移动以及钻凿，可以适应不同的水下环境，实现对于人工的替代。

Description

水下移动钻凿平台

技术领域

本发明涉及大坝维修的一种平台，具体涉及一种水下移动钻凿平台。

背景技术

由于我国幅员辽阔、水系众多，在水利设施方面的发展已经是非常的成熟，各种堤坝以及相关设施已经变成了河流泄洪的重要措施。但是由于大坝主要的材质以混凝土为主，因此在长年累月的使用过程中，大坝的坝体难免会发生一些裂缝的现象。而这样的坝体裂缝不仅会导致水流的渗出，甚至会因为长期的不维修产生更严重的危害，甚至决堤，可能威胁到河流下游流域人民的安全。

而目前传统维修大坝裂缝的方式主要以潜水员潜入维修为主，通常的步骤是潜水员下潜到相应的裂缝位置，利用水下冲击钻进行凿缝，然后再人工嵌缝修补压实。整个工作过程对于潜水员的要求还是比较高的，尤其是需要技术人员长时间在水下，显然是非常不安全的。

发明内容

为了解决技术背景存在的问题，针对大坝水下部分的维修，本发明提出了一种水下移动钻凿平台，以取代人工钻凿这一环节。

本发明的技术方案如下：

本发明包括钻凿模块和移动模块，移动模块安装于钻凿模块；钻凿模块包括冲击镐、第一防水电机、齿轮、齿条和方形支撑板，第一防水电机固定在方形支撑板上表面，第一防水电机的输出轴连接齿轮，方形支撑板的中心开有圆通孔，沿圆通孔边缘的方形支撑板上间隔均匀地固定安装有三个铁架，每个铁架上安装有一个竖直布置的滑轨，圆形夹具上间隔均匀地安装有三个滑块，滑块与滑轨形成滑块滑轨副，圆形夹具侧面竖直安装有齿条，齿条与齿轮形成齿轮齿条传动副，通过第一防水电机旋转带动齿轮旋转，在齿轮齿条传动副作用下以及滑块滑轨副的导向下带动夹具上下运动，进而带动冲击镐上下伸缩，通过冲击镐的上下伸缩完成钻凿工作。冲击镐的冲击杆竖直套装在圆形夹具上并向下穿过圆通孔后露出冲击镐的镐头；

移动模块包括四个活动组和四个运动组，方形支撑板下表面的四个角均固定有一个方形块，每个方形块上从上往下依次连接一个活动组和一个运动组，每个活动组包括上臂、下臂和第二防水电机，上臂的顶部铰接于各自的方形块上，第二防水电机本体铰接安装在上臂的底部，第二防水电机的输出端和下臂的一端铰接，上臂和下臂通过第二防水电机连接，第二防水电机用来驱动活动组调节角度；每个运动组包括倒U型支撑架、三角履带轮、离心叶片式吸盘和第三防水电机，每个活动组的下臂的另一端与各自的运动组的倒U型支撑架的水平端通过铰链固定连接，倒U型支撑架的两分支端的外侧分别安装一个三角履带轮，倒U型支撑架的两分支端之间从上到下依次安装第三防水电机和离心叶片式吸盘，第三防水电机的输出轴连接三角履带轮。通过调节第三防水电机的转动和转速为三角履带轮提供动力并控制离心叶片式吸盘的吸附力以及整个机构的角度。

通过调节离心叶轮式吸盘的转速控制离心叶轮式吸盘与水下壁面的吸附力，离心叶轮式吸盘的转速越大，其与壁面的吸附力也越大，离心叶轮式吸盘与水下地面之间的间隙越小，其与壁面的吸附力也越大。

液压冲击镐自带防水，能够进行深水作业并实现水下钻凿，钻凿模块可以根据情况更换携带的工具，并且该部分结构可以根据需要更换携带的工具。

通过第二防水电机的转动控制移动模块的角度以调节钻凿平台的角度，实现对于大坝裂缝钻凿时角度的调节。

液压冲击镐和齿轮齿条进行连接，不仅可以保证提供一个伸缩的自由度，而且齿轮齿条传动可以承受冲击振动的能力比较强，可以支持钻凿机构在水下完成钻凿工作。利用水下伺服舵机驱动液压冲击镐，具有角度和电流传感器，可以用于示教控制和力反馈。离心叶片式吸盘和履带轮的组合可以给整个平台提供700N的吸附力和500N的摩擦力，实现在水下坝体表面的行进。

通过第二防水电机控制活动组旋转实现活动组角度的调整以满足钻凿平台能够在15cm落差阶梯壁面上运动。

所述的离心叶片式吸盘有一个自由度，在离心叶片式吸盘的圆周侧对称安装两个辅助轮，两个辅助轮之间的连线与两个三角履带轮之间的连线垂直。两个辅助轮保证能够适应凹凸不平的水下地面环境。

所述的铰链的圆周侧对称安装两个阻尼弹簧，保证行进过程中的稳定性。

还包括控制仓，冲击镐圆周侧的方形支撑板对称地开设有两个通孔，每个通孔中安装有一个控制仓，第一防水电机、第二防水电机、第三防水电机和离心叶片式吸盘的电机均与控制仓电连接。

离心叶片式吸盘的边缘沿圆周间隔均匀地布置有吸力检测模块。

所述的吸力检测模块包括橡胶和应变片，应变片安装在橡胶内，离心叶片式吸盘与水下地面接触的位置安装橡胶，离心叶片式吸盘靠近水下地面的位置安装橡胶，通过测量橡胶的形变程度完成对吸附力的测量，然后反馈至控制仓后进行离心叶片式吸盘转速的调节。

在钻凿平台上安装浮力材料，保证整个钻凿移动平台在水中的浮力略大于重力，实现其在水中的运动。

本发明具有的有益效果是：

水下移动钻凿平台可以吸附在水坝表面，并在水下的坝体表面进行需要的移动，同时可以在水下进行一定角度的钻凿功能。

附图说明

图1为本发明水下移动钻凿平台俯视图；

图2为本发明水下移动钻凿平台左视图；

图3为本发明水下移动钻凿平台主视图；

图4为本发明水下移动钻凿平台运动组的具体结构图。

图中，1方形支撑板、2控制仓、3冲击镐、4齿条、5第一防水电机、6第二防水电机、7第三防水电机、8辅助轮、9离心叶片式吸盘、10三角履带轮、11铰链、12阻尼弹簧、13吸力检测模块、14齿轮、15倒U型支撑架。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍。

如图1所示，本发明包括钻凿模块和移动模块，移动模块安装于钻凿模块；钻凿模块包括冲击镐3、第一防水电机5、齿轮14、齿条4和方形支撑板1，第一防水电机5固定在方形支撑板1上表面，第一防水电机5的输出轴连接齿轮14，方形支撑板1的中心开有圆通孔，沿圆通孔边缘的方形支撑板1上间隔均匀地固定安装有三个铁架，每个铁架上安装有一个竖直布置的滑轨，圆形夹具上间隔均匀地安装有三个滑块，滑块与滑轨形成滑块滑轨副，圆形夹具侧面竖直安装有齿条4，齿条4与齿轮14形成齿轮齿条传动副，通过第一防水电机5旋转带动齿轮14旋转，在齿轮齿条传动副作用下以及滑块滑轨副的导向下带动夹具上下运动，进而带动冲击镐3上下伸缩，通过冲击镐3的上下伸缩完成钻凿工作。冲击镐3的冲击杆竖直套装在圆形夹具上并向下穿过圆通孔后露出冲击镐3的镐头；

如图2和图3所示，移动模块包括四个活动组和四个运动组，方形支撑板1下表面的四个角均固定有一个方形块，每个方形块上从上往下依次连接一个活动组和一个运动组，每个活动组包括上臂、下臂和第二防水电机6，上臂的顶部铰接于各自的方形块上，第二防水电机6本体铰接安装在上臂的底部，第二防水电机6的输出端和下臂的一端铰接，上臂和下臂通过第二防水电机6连接，第二防水电机6用来驱动活动组调节角度；每个运动组包括倒U型支撑架15、三角履带轮10、离心叶片式吸盘9和第三防水电机7，每个活动组的下臂的另一端与各自的运动组的倒U型支撑架15的水平端通过铰链11固定连接，倒U型支撑架15的两分支端的外侧分别安装一个三角履带轮10，倒U型支撑架15的两分支端之间从上到下依次安装第三防水电机7和离心叶片式吸盘9，第三防水电机7的输出轴连接三角履带轮10。

具体实施中，每个三角履带轮10包括履带和履带包裹的三个轮子，第三防水电机7的输出轴与远离冲击镐3镐头一侧的三角履带轮10中的最上面的轮子连接，最上面的轮子带动下面的两个轮子转动进而带动靠近冲击镐3镐头一侧的三角履带轮10的履带和履带包裹的三个轮子转动。通过调节第三防水电机7的转动和转速为三角履带轮10提供动力并控制离心叶片式吸盘9的吸附力以及整个机构的角度。

通过调节离心叶轮式吸盘9的转速控制离心叶轮式吸盘9与水下壁面的吸附力，离心叶轮式吸盘9的转速越大，其与壁面的吸附力也越大，离心叶轮式吸盘9与水下地面之间的间隙越小，其与壁面的吸附力也越大。

液压冲击镐3自带防水，能够进行深水作业并实现水下钻凿，钻凿模块可以根据情况更换携带的工具，并且该部分结构可以根据需要更换携带的工具。

通过第二防水电机6的转动控制移动模块的角度以调节钻凿平台的角度，实现对于大坝裂缝钻凿时角度的调节。

液压冲击镐3和齿轮齿条进行连接，不仅可以保证提供一个伸缩的自由度，而且齿轮齿条传动可以承受冲击振动的能力比较强，可以支持钻凿机构在水下完成钻凿工作。利用水下伺服舵机驱动液压冲击镐3，具有角度和电流传感器，可以用于示教控制和力反馈。离心叶片式吸盘9和履带轮10的组合可以给整个平台提供700N的吸附力和500N的摩擦力，实现在水下坝体表面的行进。

通过第二防水电机6控制活动组旋转实现活动组角度的调整以满足钻凿平台能够在15cm落差阶梯壁面上运动。

如图2所示，离心叶片式吸盘9有一个自由度，在离心叶片式吸盘9的圆周侧对称安装两个辅助轮8，两个辅助轮8之间的连线与两个三角履带轮10之间的连线垂直。两个辅助轮8保证能够适应凹凸不平的水下地面环境。

如图4所示，铰链11的圆周侧对称安装两个阻尼弹簧12，保证行进过程中的稳定性。离心叶片式吸盘9的边缘沿圆周间隔均匀地布置有吸力检测模块13，吸力检测模块13包括橡胶和应变片，应变片安装在橡胶内，离心叶片式吸盘9与水下地面接触的位置安装橡胶，离心叶片式吸盘9靠近水下地面的位置安装橡胶，通过测量橡胶的形变程度完成对吸附力的测量，然后反馈至控制仓2后进行离心叶片式吸盘9转速的调节。

本发明还包括控制仓2，冲击镐3圆周侧的方形支撑板1对称地开设有两个通孔，每个通孔中安装有一个控制仓2，第一防水电机5、第二防水电机6、第三防水电机7和离心叶片式吸盘的电机均与控制仓2电连接。

本发明的水下移动钻凿平台在工作时通过齿轮齿条副控制冲击镐3在竖直方向进行运动，由第一防水电机5控制整个冲击镐的伸缩运动，到达指定位置时伸出进行工作。第二防水电机6主要作用是为移动平台提供一个旋转自由度，这样在凹凸不平的水下表面上可以用一定的适应能力，保证整个钻凿平台可以跨越落差在15cm以内的障碍。第三防水电机7主要用于驱动履带轮10，带动整个履带在水下平面上行进，履带主要提供平台移动过程中所需要的摩擦力，离心叶片式吸盘9则用于提供移动平台在水流较大情况下的吸附力，并且平衡在工作时冲击镐3带来的震动，为整个钻凿平台提供一定的稳定性。平台运动组主要通过铰链11和阻尼弹簧12和活动组进行连接，阻尼弹簧12主要用于保证行进过程中的稳定性，防止在曲率过大表面行进过程中整个平台的颠簸出现。吸力检测模块13主要有应变片和橡胶块组成，安装在吸盘和壁面接触的中间，通过应变片测定出橡胶块形变的大小计算出吸盘与壁面之间的吸附力大小，再根据传至控制仓2的数据调节吸盘转速以获得合适的吸附力。

具体实施中，还要在钻凿平台上安装浮力材料，保证整个钻凿移动平台在水中的浮力略大于重力，实现其在水中的运动，工作时移动机构吸附在水坝表面上，利用履带轮实现水下移动钻凿平台的移动，到达工作区域后，钻凿机构上通过移动部位防水电机6的旋转调整将冲击镐3对准需要钻凿的部位进行工作。

Claims (8)

1.一种水下移动钻凿平台，其特征在于：包括钻凿模块和移动模块，移动模块安装于钻凿模块；

钻凿模块包括冲击镐(3)、第一防水电机(5)、齿轮(14)、齿条(4)和方形支撑板(1)，第一防水电机(5)固定在方形支撑板(1)上表面，第一防水电机(5)的输出轴连接齿轮(14)，方形支撑板(1)的中心开有圆通孔，沿圆通孔边缘的方形支撑板(1)上间隔均匀地固定安装有铁架，铁架上安装有竖直布置的滑轨，圆形夹具上间隔均匀地安装有滑块，滑块与滑轨形成滑块滑轨副，圆形夹具侧面竖直安装有齿条(4)，齿条(4)与齿轮(14)形成齿轮齿条传动副，冲击镐(3)的冲击杆竖直套装在圆形夹具上并向下穿过圆通孔后露出冲击镐(3)的镐头；

移动模块包括四个活动组和四个运动组，方形支撑板(1)下表面的四个角均固定有一个方形块，每个方形块上从上往下依次连接一个活动组和一个运动组，每个活动组包括上臂、下臂和第二防水电机(6)，上臂的顶部铰接于方形块上，第二防水电机(6)本体铰接安装在上臂的底部，第二防水电机(6)的输出端和下臂的一端铰接；每个运动组包括倒U型支撑架(15)、三角履带轮(10)、离心叶片式吸盘(9)和第三防水电机(7)，下臂的另一端与倒U型支撑架(15)的水平端通过铰链(11)固定连接，倒U型支撑架(15)的两分支端的外侧分别安装一个三角履带轮(10)，倒U型支撑架(15)的两分支端之间从上到下依次安装第三防水电机(7)和离心叶片式吸盘(9)，第三防水电机(7)的输出轴连接三角履带轮(10)；

通过第二防水电机(6)的转动控制移动模块的角度以调节钻凿平台的角度，实现对于大坝裂缝钻凿时角度的调节；

通过第二防水电机(6)控制活动组旋转实现活动组角度的调整以满足钻凿平台能够在15cm落差阶梯壁面上运动。

2.根据权利要求1所述的水下移动钻凿平台，其特征在于：通过调节离心叶轮式吸盘(9)的转速控制离心叶轮式吸盘(9)与水下壁面的吸附力。

3.根据权利要求1所述的水下移动钻凿平台，其特征在于：液压冲击镐(3)自带防水，能够进行深水作业并实现水下钻凿。

4.根据权利要求1所述的水下移动钻凿平台，其特征在于：所述的离心叶片式吸盘(9)有一个自由度，在离心叶片式吸盘(9)的圆周侧对称安装两个辅助轮(8)，两个辅助轮(8)之间的连线与两个三角履带轮(10)之间的连线垂直。

5.根据权利要求1所述的水下移动钻凿平台，其特征在于：所述的铰链(11)的圆周侧对称安装两个阻尼弹簧(12)。

6.根据权利要求1所述的水下移动钻凿平台，其特征在于：还包括控制仓(2)，冲击镐(3)圆周侧的方形支撑板(1)对称地开设有两个通孔，每个通孔中安装有一个控制仓(2)。

7.根据权利要求1所述的水下移动钻凿平台，其特征在于：离心叶片式吸盘(9)的边缘沿圆周间隔均匀地布置有吸力检测模块(13)。

8.根据权利要求7所述的水下移动钻凿平台，其特征在于：所述的吸力检测模块(13)包括橡胶和应变片，应变片安装在橡胶内，离心叶片式吸盘(9)与水下地面接触的位置安装橡胶。

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