CN113136916B - 采砂平台及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采砂平台及施工方法，它包括船体，在船体的一侧设有输送装置，输送装置的一端伸入水中，另一端越过船舷，用于将泥沙输送到船体内，还设有采砂臂，在采砂臂的自由端设有采砂头，采砂头的活动范围位于输送装置伸入水中一端的附近，采砂头用于将泥沙采挖到输送装置。使用时，放下输送装置，输送装置的底端与河床接触；将采砂臂抬起放置在输送装置的底端的前方，采砂头的尾端靠近或覆盖输送装置的底端；启动采砂头和输送装置，进行采挖；通过以上步骤实现浅河底的快速采砂施工。与泵吸式挖砂相比，能够大幅提高采集的泥沙的浓度，与链斗式相比能耗能够降低至少30%。

Description

采砂平台及施工方法

技术领域

本发明涉及河道治理领域，特别是一种用于河道清淤的采砂平台及施工方法。

背景技术

黄河山东河段平均年淤积3000万方，需要挖沙规模为6400万m³／年，挖沙减淤效率大体上为50%，即减淤1m³，要挖沙约2m³。根据程绍杰等，《黄河下游山东窄河段挖沙固堤减淤的探讨》中，自1950年7月至1998年5月山东黄河河道(高村至利津)共淤积28.5亿m³，年均淤积0.593亿m³，新中国成立后河槽已抬高3～4m，两岸堤防已进行了四次加高加固。经测算，每年每米至少应挖沙70m³~120m³。河道槽深平均1.6~2米左右，挖河断面宜宽浅不宜窄深，开挖河段宜长不宜短。现有技术中的采砂方式常用的有链斗式和泵吸式，均存在各自的技术缺陷。中国专利文献CN203049637U记载了一种链斗式挖沙船，存在的问题是对河床破坏较大，而且采用链斗式的输送结构，因为长距离链斗结构的阻力较大，整体能耗较高。CN206385582U记载了一种深水智能挖沙平台，即采用了泵吸式挖砂的方案，存在的问题是吸取的泥浆含砂量通常不超过30%，而且很难保证能够维持一定浓度，效率较低，吸上来的砂还需要进行远距离管道输送以及泥水分离处理，否则运输不便，而采用全程泵送的方式，一是设备磨损较高，耐用性差，一套泵的泵叶仅能使用3~5天即会损坏，二是效率低、能耗高，施工成本高。上述的两种采砂方式流失均超过50%，即上游采砂导致大量的泥沙淤积在下游缓水位置，导致新的淤积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采砂平台及施工方法，能够以较低的能耗大幅提高采砂效率，优选的方案中，能够避免采砂过程中的水土大量流失，造成新的淤积。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种采砂平台，它包括船体，在船体的一侧设有输送装置，输送装置的一端伸入水中，另一端越过船舷，用于将泥沙输送到船体内，还设有采砂臂，在采砂臂的自由端设有采砂头，采砂头的活动范围位于输送装置伸入水中一端的附近，采砂头用于将泥沙采挖到输送装置。

优选的方案中，所述的输送装置设有斗式输送带，输送装置的一端设有主动辊，另一端设有从动辊，斗式输送带绕过主动辊和从动辊旋转。

优选的方案中，输送装置的一端与船体的边缘铰接，另一端设有坡脚，设有坡脚的一端伸入到水中，并与河底接触；

在船体上设有门架，还设有第二卷扬装置，第二卷扬装置与输送装置的中部位置连接，用于将输送装置起吊或放下。

优选的方案中，所述的采砂头为单个的铰接的采砂挖斗，或者往复运动的采砂挖斗，或者多个循环往复运动的采砂挖斗。

优选的方案中，在船体上设有门架，采砂臂的第一采砂臂与门架铰接，第一采砂臂的端头与第二采砂臂的一端铰接，第二采砂臂的另一端与采砂头铰接；

在第一采砂臂与第二采砂臂之间设有第一液压缸，在第二采砂臂与采砂头之间设有第二液压缸。

优选的方案中，在船体上设有门架，采砂臂的第一采砂臂的中部与门架铰接，第一采砂臂的一端设有配重，第一采砂臂的另一端与第二采砂臂的一端铰接，第二采砂臂的另一端与采砂头铰接；

还设有立柱，立柱与第一采砂臂之间设有液压缸，或者立柱顶端设有滑轮，第一卷扬装置固设在船体上，第一卷扬装置的钢丝绳绕过滑轮与第一采砂臂连接；

在第一采砂臂与第二采砂臂之间设有第一液压缸，在第二采砂臂与采砂头之间设有第二液压缸；

采砂头设有一个主动链轮和至少两个从动链轮，采砂驱动装置与主动链轮连接，链板绕过主动链轮和从动链轮成大致三角形的结构，沿着链板设有多个采砂挖斗。

优选的方案中，采砂头的两侧设有支架，主动链轮和从动链轮通过轴承支承在支架上，在支架顶部位置设有铰接杆，铰接杆与第二采砂臂的端头铰接，在第二采砂臂的两侧设有延伸杆，延伸杆与第二液压缸的一端铰接，第二液压缸的另一端与支架铰接。

优选的方案中，在船体靠近输送装置的一端还设有围栏，围栏包括位于船体两侧的悬臂梁，悬臂梁的自由端通过横梁或弧形梁互相连接，悬臂梁和横梁或弧形梁的下方设有围栏布，围栏布从输送装置的下方绕过，围栏布的底部设有多个悬重，围栏布使围栏布内侧与外侧的水隔开。

一种采用上述的采砂平台的施工方法，包括以下步骤：S1、将船体移动到采砂现场，下锚固定；

S2、放下输送装置，输送装置的底端与河床接触；

S3、将采砂臂抬起放置在输送装置的底端的前方，采砂头的尾端靠近或覆盖输送装置的底端；

S4、启动采砂头和输送装置，进行采挖；

S5、一段采挖完成后，移动船体进行下一段的采挖；

通过以上步骤实现浅河底的快速采砂施工。

优选的方案中，在步骤4中，第一采砂臂采用自重工作模式，即将自重加载在采砂头上，直至第一采砂臂旋转一定转角。

本发明提供了一种采砂平台及施工方法，通过采用输送装置与采砂臂和采砂头组合的方式，与泵吸式挖砂相比，能够大幅提高采集的泥沙的浓度，与链斗式相比因为输送装置和采砂头各自完成擅长的工作，即输送装置采用输送效果更佳的输送结构，而采砂头则采用更利于挖砂的结构，从而整体提高效率，而且与链斗式相比能耗能够降低至少30%。优选的方案中，设置的围栏能够起到阻挡泥沙流失的效果，在挖砂过程中，围栏内侧的水位略低于围栏外侧的水位，从而能够避免泥沙大量流失，减少因挖砂施工而引起的新的淤积。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的侧视结构示意图。

图2为本发明的挖砂施工时的侧视结构示意图。

图3为本发明中去掉采砂臂的俯视结构示意图。

图4为本发明中采砂臂的俯视结构示意图。

图5为本发明中采砂头的局部放大示意图。

图中：船体1，驱动装置101，溢流舱102，船锚装置103，立柱104，第一卷扬装置105，第二卷扬装置106，门架107，采砂舱108，采砂臂2，第一采砂臂201，配重202，第一液压缸203，第二采砂臂204，第二液压缸205，延伸杆206，采砂驱动装置207，铰接杆208，输送装置3，斗式输送带301，坡脚302，输送装置303，输送装置304，输送装置305，采砂头4，支架41，采砂挖斗42，主动链轮43，从动链轮44，链板45，围栏5，悬重51，悬臂梁52，围栏卷扬装置53，围栏布54，弧形梁55，钢筋格栅56。

具体实施方式

实施例1：

如图1~5中，一种采砂平台，它包括船体1，优选的本例中采用双体结构的趸船作为采砂平台，在采砂平台的四角设有驱动装置101，本例中的驱动装置101采用能够沿竖直轴转动一定方向的螺旋桨，优选的螺旋桨采用液压马达驱动，由于本发明中的任务是采砂，对船体1的移动速度要求不高，因此，采用四角驱动的方式，移动更为灵活，例如能够方便的实现横向和纵向移动。在船体1上还设有船锚装置103，用于固定船体1。在船体1的一侧设有输送装置3，输送装置3的一端伸入水中，另一端越过船舷，用于将泥沙输送到船体内，还设有采砂臂2，在采砂臂2的自由端设有采砂头4，采砂头4的活动范围位于输送装置3伸入水中一端的附近，采砂头4用于将泥沙采挖到输送装置3。由此结构，将采砂臂2和采砂头4与输送装置3相结合，各自承担擅长的任务，提高各自效率，从而大幅提高采砂效率。本发明结构的优势在于，与链斗式结构相比，本发明能够设置成较宽的输送装置3和采砂头4，一次施工的效率要超过链斗的2~3倍，而由于采砂头4的整体体积缩小，在效率提高的同时，能耗更低，而且操作非常灵活方便。

优选的方案如图1中，所述的输送装置3设有斗式输送带301，斗式输送带301的表面设有用于容纳泥沙的盒子，由此结构大幅提高输送泥沙的效率，而且斗式输送带301主要采用橡胶材质，与链斗相比输送效率更高，自重更轻，能耗更低。输送装置3的一端设有主动辊，主动辊位于靠近船体1顶部的一端，另一端设有从动辊，斗式输送带301绕过主动辊和从动辊旋转。输送装置3的驱动装置采用电机和减速器，电机的输出轴与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴通过联轴器与主动辊连接。

优选的方案如图1、2中，输送装置3的一端与船体1的边缘铰接，在船体1设有采砂舱108，采砂舱108即位于输送装置3的出料口下端，与采砂舱108毗邻的设有溢流舱102，采砂舱108靠近溢流舱102一侧的舱板较低，便于溢流至溢流舱102，溢流舱102内设有多级溢流结构，优选的还设有浅池沉淀结构，通过多级溢流，使清水从溢流舱102排入河道，大幅降低后继泥水长距离输送以及分离的能耗，经过沉淀后的泥沙成团性好，已经能够方便的用挖斗进行转运，以运输船运输至指定堆放位置，与长距离泥浆泵送和后继的泥水分离处理相比，进一步降低了设备投入，而且采砂位置非常灵活，不再受到泥沙输送管道的限制，整体效益更高。输送装置3的另一端设有坡脚302，坡脚302的底部设有一斜面，与输送装置3的倾角大致相当，设有坡脚302的一端伸入到水中，并与河底接触；坡脚302的作用是用于引导采砂头4部分覆盖在输送装置3上方，采砂头4在坡脚302位置的支架41上设有圆弧形的结构，以避免采砂挖斗42与坡脚302之间构成干涉，防止采砂挖斗42被卡住。

如图1中，在船体1上设有门架107，还设有第二卷扬装置106，门架107位于第二卷扬装置106与输送装置3之间，第二卷扬装置106与输送装置3的中部位置连接，用于将输送装置3起吊或放下。在移动船体时，第二卷扬装置106将输送装置3起吊离开河底。

优选的方案中，所述的采砂头4为单个的铰接的采砂挖斗，类似挖机的挖斗。或者往复运动的采砂挖斗，或者多个循环往复运动的采砂挖斗，如图5中所示。

优选的方案如图1、2、4、5中，在船体1上设有门架107，采砂臂2的第一采砂臂201与门架107铰接，第一采砂臂201的端头与第二采砂臂204的一端铰接，第二采砂臂204的另一端与采砂头4铰接；

在第一采砂臂201与第二采砂臂204之间设有第一液压缸203，在第二采砂臂204与采砂头4之间设有第二液压缸205。

优选的方案中，在船体1上设有门架107，采砂臂2的第一采砂臂201的中部与门架107铰接，第一采砂臂201的一端设有配重，第一采砂臂201的另一端与第二采砂臂204的一端铰接，第二采砂臂204的另一端与采砂头4铰接；

还设有立柱104，立柱104与第一采砂臂201之间设有液压缸；或者另一可选的方案中，立柱104顶端设有滑轮，第一卷扬装置105固设在船体1上，第一卷扬装置105的钢丝绳绕过滑轮与第一采砂臂201连接；本例中采用第一卷扬装置105的方案，由此结构，在采砂过程中，使第一卷扬装置105的钢丝绳保持松弛即可进入到自重工作模式。

在第一采砂臂201与第二采砂臂204之间设有第一液压缸203，在第二采砂臂204与采砂头4之间设有第二液压缸205；

采砂头4设有一个主动链轮43和至少两个从动链轮44，采砂驱动装置207与主动链轮43连接，本例中的采砂驱动装置可选的有三种驱动方式，一种是采用电机、减速器驱动主动链轮43的结构，另一种是液压马达驱动主动链轮43的结构，还有一种是将电机设置在第二采砂臂204上水面以上的位置，电机通过减速器和传动链与主动链轮43连接，驱动主动链轮43旋转。链板45绕过主动链轮43和从动链轮44成大致三角形的结构，沿着链板45设有多个采砂挖斗42。由于采砂头4的整体体积较小，操作非常灵活。

优选的方案中，采砂头4的两侧设有支架41，主动链轮43和从动链轮44通过轴承支承在支架41上，在支架41顶部位置设有铰接杆208，铰接杆208与第二采砂臂204的端头铰接，在第二采砂臂204的两侧设有延伸杆206，延伸杆206与第二液压缸205的一端铰接，第二液压缸205的另一端与支架41铰接。优选的，支架41靠近输送装置3的一端设有圆弧结构，在该位置采砂挖斗42没有突出支架41，以免与输送装置3的坡脚302结构形成干涉。

优选的方案如图1~3中，在船体1靠近输送装置3的一端还设有围栏5，围栏5包括位于船体两侧的悬臂梁52，悬臂梁52的自由端通过横梁或弧形梁55互相连接，悬臂梁52和横梁或弧形梁55的下方设有围栏布54，围栏布54从输送装置3的下方绕过，构成围绕输送装置3和采砂头4的封闭结构，围栏布54的底部设有多个悬重51，围栏布54使围栏布54内侧与外侧的水隔开。由此结构，避免了在采砂过程中，大量泥沙随着水流失，造成下游淤积。优选的，在悬臂梁52还设有多个围栏卷扬装置53，用于将围栏布54卷起，便于船体1的移动。在横梁或弧形梁55还设有钢筋格栅56，

实施例2：

一种采用上述的采砂平台的施工方法，包括以下步骤：S1、将船体1移动到采砂现场，下锚固定；

S2、放下输送装置3，输送装置3的底端与河床接触；

S3、将采砂臂2抬起放置在输送装置3的底端的前方，采砂头4的尾端靠近或覆盖输送装置3的底端；

S4、启动采砂头4和输送装置3，进行采挖；采挖过程中，如图1、2中，采砂头4将泥沙堆积在输送装置3的斗式输送带301上，被斗式输送带301输送到采砂舱108内；

优选的方案中，采砂过程中，第一采砂臂201采用自重工作模式，即使第一卷扬装置105的钢丝绳松弛，第一采砂臂201即将自重加载在采砂头4上，直至第一采砂臂旋转一定转角。优选的，在第一采砂臂201与门架107之间的铰接位置设有角度传感器，用于检测第一采砂臂201的角度，当达到一定转角，则表示该处的位置的采砂已经达到一定深度，可以移动船体1到新的采砂段。通过控制第一液压缸203和第二液压缸205，可以调整采砂头4的位置。当采砂头4如图2中，部分的覆盖输送装置3的坡脚302，采砂效率达到最高。

S5、一段采挖完成后，移动船体1进行下一段的采挖；

通过以上步骤实现浅河底的快速采砂施工。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采砂平台，其特征是：它包括船体（1），在船体（1）的一侧设有输送装置（3），输送装置（3）的一端伸入水中，另一端越过船舷，用于将泥沙输送到船体内，还设有采砂臂（2），在采砂臂（2）的自由端设有采砂头（4），采砂头（4）的活动范围位于输送装置（3）伸入水中一端的附近，采砂头（4）用于将泥沙采挖到输送装置（3）；

所述的输送装置（3）设有斗式输送带（301），输送装置（3）的一端设有主动辊，另一端设有从动辊，斗式输送带（301）绕过主动辊和从动辊旋转；

输送装置（3）的一端与船体（1）的边缘铰接，另一端设有坡脚（302），设有坡脚（302）的一端伸入到水中，并与河底接触；

在船体（1）上设有门架（107），还设有第二卷扬装置（106），第二卷扬装置（106）与输送装置（3）的中部位置连接，用于将输送装置（3）起吊或放下；

在船体（1）上设有门架（107），采砂臂（2）的第一采砂臂（201）的中部与门架（107）铰接，第一采砂臂（201）的一端设有配重，第一采砂臂（201）的另一端与第二采砂臂（204）的一端铰接，第二采砂臂（204）的另一端与采砂头（4）铰接；

还设有立柱（104），立柱（104）与第一采砂臂（201）之间设有液压缸，或者立柱（104）顶端设有滑轮，第一卷扬装置（105）固设在船体（1）上，第一卷扬装置（105）的钢丝绳绕过滑轮与第一采砂臂（201）连接；

在第一采砂臂（201）与第二采砂臂（204）之间设有第一液压缸（203），在第二采砂臂（204）与采砂头（4）之间设有第二液压缸（205）；

采砂头（4）设有一个主动链轮（43）和至少两个从动链轮（44），采砂驱动装置（207）与主动链轮（43）连接，链板（45）绕过主动链轮（43）和从动链轮（44）成大致三角形的结构，沿着链板（45）设有多个采砂挖斗（42）；

采砂头（4）的两侧设有支架（41），主动链轮（43）和从动链轮（44）通过轴承支承在支架（41）上，在支架（41）顶部位置设有铰接杆（208），铰接杆（208）与第二采砂臂（204）的端头铰接，在第二采砂臂（204）的两侧设有延伸杆（206），延伸杆（206）与第二液压缸（205）的一端铰接，第二液压缸（205）的另一端与支架（41）铰接；

在船体（1）靠近输送装置（3）的一端还设有围栏（5），围栏（5）包括位于船体两侧的悬臂梁（52），悬臂梁（52）的自由端通过横梁或弧形梁（55）互相连接，悬臂梁（52）和横梁或弧形梁（55）的下方设有围栏布（54），围栏布（54）从输送装置（3）的下方绕过，围栏布（54）的底部设有多个悬重（51），围栏布（54）使围栏布（54）内侧与外侧的水隔开；

在悬臂梁（52）还设有多个围栏卷扬装置（53），用于将围栏布（54）卷起，便于船体（1）的移动。

2.一种采用权利要求1所述的采砂平台的施工方法，其特征是包括以下步骤：S1、将船体（1）移动到采砂现场，下锚固定；

S2、放下输送装置（3），输送装置（3）的底端与河床接触；

S3、将采砂臂（2）抬起放置在输送装置（3）的底端的前方，采砂头（4）的尾端靠近或覆盖输送装置（3）的底端；

S4、启动采砂头（4）和输送装置（3），进行采挖；

S5、一段采挖完成后，移动船体（1）进行下一段的采挖；

通过以上步骤实现浅河底的快速采砂施工。

3.根据权利要求2所述的一种采砂平台的施工方法，其特征是：在步骤S4中，第一采砂臂（201）采用自重工作模式，即将自重加载在采砂头（4）上，直至第一采砂臂旋转一定转角。

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