CN114382124B - 一种水下铺缆系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下铺缆领域，具体是涉及到一种水下铺缆系统及方法，包括挖沟机和设置在挖沟机尾部的犁刀组件，犁刀组件包括支架、设置于支架两侧的喷射犁刀以及设置与两个喷射犁刀中间的压缆器，还包括直线移动组件和旋转组件，两个喷射犁刀各通过一组直线移动组件和旋转组件设置在支架上，还包括连接支架和挖沟机的基座，所述基座上设置有旋转座，支架旋转设置在旋转座上，还包括驱动件以及用于控制支架与基座自由转动或者锁止锁止结构，本发明两个喷射犁刀可以独立调节其横向位置以及下放和抬升动作，避免在喷射犁刀下放过程中压坏水底线缆，同时，支架可以沿基座自由旋转或者锁止调节角度，在埋线过程且拐弯过程中，犁刀组件的机械结构不会损坏。

Description

一种水下铺缆系统及方法

技术领域

本发明属于水下铺缆领域，具体是涉及到一种水下铺缆系统及方法。

背景技术

海缆埋设至海床下，作业过程非常复杂，在可视环境非常糟糕的海洋环境中，找到预铺在海床上的电缆，找到电缆后，需要将埋设设备顺着电缆走向正直的停靠在电缆的正上方。然后缓慢放下海沟挖掘设备挖掘出海沟，顺势将海缆埋入海缆内。如果埋设设备和海缆的相对位置不友好，那么极有可能在这个过程中直接将海缆压坏，造成巨大损失。另外，在埋设过程总也会由于需要进行转向工作，即当电缆出现轻微弯曲时，车辆应跟随电缆进行挖沟作业，此时会存在需要调整喷射犁刀与整车本体之间的角度，目前难以精准控制调节的角度范围，因此会使得犁刀承受到海沟两侧土壤的挤压力以及与整车连接的应力，这会导致机械件变形损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种便于喷射犁刀与水底线缆对齐及其埋设的水下铺缆系统及方法。

本发明的内容包括挖沟机和设置在挖沟机尾部的犁刀组件，所述犁刀组件包括支架、设置于支架两侧的喷射犁刀以及设置与两个喷射犁刀中间的压缆器，还包括直线移动组件和旋转组件，两个喷射犁刀各通过一组直线移动组件和旋转组件设置在支架上，两组直线移动组件同轴设置用于调节两个喷射犁刀相对宽度和相对位置，旋转组件以直线移动组件移动方向为轴线驱动喷射犁刀转动进行喷射犁刀的下放和抬升动作，还包括连接支架和挖沟机的基座，所述基座上设置有旋转座，支架旋转设置在旋转座上，还包括驱动支架沿旋转座转动的驱动件，以及用于控制支架与基座自由转动或者锁止锁止结构。

更进一步地，所述直线移动组件包括设置在支架上的滑动轴，喷射犁刀端部设置有与滑动轴配合的环套，直线移动组件还包括驱动环套沿滑动轴移动的直线驱动件Ⅰ。

更进一步地，所述旋转组件为两端铰接设置在支架和喷射犁刀上的气缸或液压缸，气缸或液压缸伸缩驱动环套沿滑动轴转动。

更进一步地，所述喷射犁刀包括依次连接环套、连接臂和喷射刀体，所述支架背离直线移动组件一侧设置有铰接座，所述旋转组件两端分别铰接设置在铰接座和连接臂上。

本发明还包括设置在支架上的旋转接头，旋转接头一端连接进水管路，另一端通过管路与喷射犁刀连接。

更进一步地，所述驱动件为两端铰接设置在基座和旋转座上的气缸或液压缸，锁止结构为气缸或液压缸的自锁和非自锁切换结构，包括连接气缸或液压缸缸体两侧的管路和阀门，阀门连通管路使气缸或液压缸非自锁，阀门断开管路使气缸或液压缸自锁。

更进一步地，所述锁止结构包括设置在基座上带驱动锁止销以及设置在支架上若干个锁止孔，锁止销插入锁止孔以完成支架与基座转动连接的锁止。

更进一步地，所述喷射犁刀外侧或者锁止结构处设置有压力传感器。

本发明还提供一种水下铺缆方法，包括水下铺缆系统，包括如下步骤：

S1、犁刀组件通过挖沟机移动与待挖沟的水底上方；

S2、通过挖沟机初步调整两个喷射犁刀与水底线缆的位置状态，使水底线缆在两个喷射犁刀的长度范围内的部位与两个喷射犁刀在海床上的投影具有一定距离；

S3、下放距离水底线缆较远一侧的喷射犁刀，使其深入海床以下；

S4、挖沟机或直线移动组件驱动另一个喷射犁刀远离水底线缆一定距离，并下放喷射犁刀，使其深入海床以下；

S5、根据需要调节两个喷射犁刀的宽度；

S6、进行开沟埋缆工作。

在步骤S6中，还包括：

S61、挖沟机直行时，锁止结构为锁止状态，支架不可以自由沿基座转动；

S62、在挖沟机进行转向时，锁止结构变换为解锁状态，支架可以自由沿基座转动；

S63、在挖沟机转向结束后，驱动件调节喷射犁刀至合适角度，并再次将锁止结构变化为锁止状态。

本发明的有益效果是，本发明将两个喷射犁刀各通过一组直线移动组件和旋转组件设置于支架上，且可以独立调节其横向位置，以调节其相对宽度或与水底线缆的相对距离，还可以独立调节其下放和抬升动作，实现在降低两个喷射犁刀位置状态调节复杂性的前提下有效提高安全可靠度，避免在喷射犁刀下放过程中压坏水底线缆，具体而言，在实操中，当设备靠近水底线缆后，可以先下放与水底线缆较远侧的喷射犁刀，再调节另一侧喷射犁刀与水底线缆的距离并下放该侧喷射犁刀，最后调节两侧喷射犁刀的合适宽度，以此解决了常规情况下在水底线缆与两个喷射犁刀位置没有完全对齐时，只能通过挖沟机的位置调节实现喷射犁刀与水底线缆的对齐，而挖沟机的移动能耗和复杂程度远高于喷射犁刀的调节，同时，通过挖沟机移动方式实现喷射犁刀与水底线缆的对齐，还会造成水底水源浑浊，严重降低可见度，在前期线缆对齐阶段极大的影响工作进度，本发明通过该方式进而降低能耗，操作复杂性以及提高安全可靠性；

另外，支架通过基座连接挖沟机，且支架可以沿基座自由旋转或者锁止调节角度，以适应不同情况，在驱动件驱动支架沿基座旋转时，可以调整喷射犁刀以及压缆器的摆向，进而便于喷射犁刀与水底线缆的前期对接以及后续埋线过程中的拐弯操作；在埋线过程且拐弯过程中(特别是水底土质过硬)或者水底线缆弯曲的情况下，锁止结构解除锁定，支架可以沿基座自由转动，进而喷射犁刀的可自由左右摆动，可以在土壤两侧的挤压下实现自由运动，即跟随所挖掘的海沟自由摆动，使犁刀组件的机械结构不会受到海沟土壤受到的多余作用力，有效避免挖沟机以及犁刀组件承受过大的应力，导致机械件变形损坏的结果；通过该方法，解决了目前由于水下没有良好的可视环境用于观测电缆走向、挖掘海沟和整车之间的角度关系，从而难以通过计算并控制电缆走向、挖掘海沟和挖沟机之间的角度关系，最终导致碰到上述情况时犁刀组件受力挤压变形损坏的问题。

附图说明

图1为本发明犁刀组件的主视图；

图2为本发明犁刀组件的俯视图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明犁刀组件宽度调节的示意图；

图5为本发明犁刀组件角度调节的示意图；

图6为本发明犁刀组件下放和抬升的示意图；

图7为本发明位于水底线缆上方的俯视示意图；

图8为本发明位于水底线缆上方的主视示意图；

图9为本发明下放较远侧喷射犁刀的俯视示意图；

图10为本发明下放较远侧喷射犁刀的主视示意图；

图11为本发明调节两个喷射犁刀与水底线缆位置的俯视示意图；

图12为本发明调节两个喷射犁刀与水底线缆位置的主视示意图；

图13为本发明下放另一喷射犁刀的俯视示意图；

图14为本发明下放另一喷射犁刀的主视示意图；

图15为本发明调节两个喷射犁刀宽度的俯视示意图；

图16为本发明调节两个喷射犁刀宽度的主视示意图；

图17为本发明水底线缆弯曲的俯视示意图；

图18为本发明中锁止结构的结构示意图；

图19为本发明中压缆器的主视图；

图20为本发明中压缆器的俯视图；

图21为本发明中压缆主体的主视图；

图22为图21中A处的局部放大图；

图23为本发明安装压缆器后的俯视示意图；

图24为本发明安装压缆器后的主视示意图。

在图中，1-喷射犁刀；101-环套；102-连接臂；103-喷射刀体；2-基座；3-旋转座；4-管路；5-阀门；6-支架；601-铰接座；7-旋转接头；8-驱动件；9-直线移动组件；901-滑动轴；902-直线驱动件Ⅰ；10-旋转组件；11-压缆器；1101-压缆主体；11011-侧板；11012-辊筒；11013-导缆槽；11014-减重导流孔；1102-检测传感器；11021-外壳；11022-传感器单元；11023-耐磨底板；1103-支撑底座；1104-伸长臂；1105-限位杆；12-海床；13-直线驱动件Ⅱ；14-挖沟机；15-水底线缆。

具体实施方式

如附图1-24所示，本发明提供一种水下铺缆系统，包括挖沟机14和设置在挖沟机14尾部的犁刀组件，所述犁刀组件包括支架6、设置于支架6两侧的喷射犁刀1以及设置与两个喷射犁刀1中间的压缆器11，还包括直线移动组件9和旋转组件10，两个喷射犁刀1各通过一组直线移动组件和旋转组件设置在支架6上，两组直线移动组件9同轴设置用于调节两个喷射犁刀1相对宽度和相对位置，旋转组件10以直线移动组件移动方向为轴线驱动喷射犁刀1转动进行喷射犁刀1的下放和抬升动作，还包括连接支架6和挖沟机14的基座2，所述基座2上设置有旋转座3，支架6旋转设置在旋转座3上，还包括驱动支架6沿旋转座3转动的驱动件8，以及用于控制支架6与基座2自由转动或者锁止锁止结构。

本发明将两个喷射犁刀1各通过一组直线移动组件9和旋转组件10设置于支架6上，且可以独立调节其横向位置，以调节其相对宽度或与水底线缆15的相对距离，还可以独立调节其下放和抬升动作，实现在降低两个喷射犁刀1位置状态调节复杂性的前提下有效提高安全可靠度，避免在喷射犁刀1下放过程中压坏水底线缆15，具体而言，在实操中，如图7-图16所示，当设备靠近水底线缆15后，可以先下放与水底线缆15较远侧的喷射犁刀1，再调节另一侧喷射犁刀1与水底线缆15的距离并下放该侧喷射犁刀1，最后调节两侧喷射犁刀1的合适宽度，以此解决了常规情况下在水底线缆15与两个喷射犁刀1位置没有完全对齐时，只能通过挖沟机14的位置调节实现喷射犁刀1与水底线缆15的对齐，而挖沟机14的移动能耗和复杂程度远高于喷射犁刀1的调节，同时，通过挖沟机14移动方式实现喷射犁刀1与水底线缆15的对齐，还会造成水底水源浑浊，严重降低可见度，在前期线缆对齐阶段极大的影响工作进度，本发明通过该方式进而降低能耗，操作复杂性以及提高安全可靠性；

另外，支架6通过基座2连接挖沟机14，且支架6可以沿基座2自由旋转或者锁止调节角度，以适应不同情况，在驱动件8驱动支架6沿基座2旋转时，可以调整喷射犁刀1以及压缆器11的摆向，进而便于喷射犁刀1与水底线缆15的前期对接以及后续埋线过程中的拐弯操作；在埋线过程且拐弯过程中(特别是水底土质过硬)或者水底线缆15弯曲的情况下，锁止结构解除锁定，支架6可以沿基座2自由转动，进而喷射犁刀1的可自由左右摆动，可以在土壤两侧的挤压下实现自由运动，即跟随所挖掘的海沟自由摆动，使犁刀组件的机械结构不会受到海沟土壤受到的多余作用力，有效避免挖沟机以及犁刀组件承受过大的应力，导致机械件变形损坏的结果；通过该方法，解决了目前由于水下没有良好的可视环境用于观测电缆走向、挖掘海沟和整车之间的角度关系，从而难以通过计算并控制电缆走向、挖掘海沟和挖沟机14之间的角度关系，最终导致碰到上述情况时犁刀组件受力挤压变形损坏的问题。

所述直线移动组件9包括设置在支架6上的滑动轴901，喷射犁刀1端部设置有与滑动轴901配合的环套101，直线移动组件9还包括驱动环套101沿滑动轴901移动的直线驱动件Ⅰ902，本实施例中，直线移动组件9的移动便利，直线驱动件Ⅰ902优选采用液压缸，液压缸伸缩，驱动环套101沿滑动轴901直线运动，另外，环套101套接于滑动轴901上，还可以实现喷射犁刀1沿滑动轴901的转动，进而通过环套101和滑动轴901的配置，同时实现喷射犁刀1的滑动和转动配合，便于移动和转动的同轴配置。其中，所述旋转组件10为两端铰接设置在支架6和喷射犁刀1上的气缸或液压缸，配合上环套101和滑动轴901的配置，气缸或液压缸伸缩驱动环套101沿滑动轴901转动，另外，本实施例中，旋转组件10的两端与支架6和喷射犁刀1采用球形铰链连接，使环套101沿滑动轴901滑动后还能够有效配合。

所述喷射犁刀1包括依次连接环套101、连接臂102和喷射刀体103，所述支架6背离直线移动组件9一侧设置有铰接座601，所述旋转组件10两端分别铰接设置在铰接座601和连接臂102上，以此为旋转组件10提供伸缩空间，使喷射刀体103能够在设计角度范围内旋转做抬升和下放运动。

本水下铺缆系统还包括设置在支架6上的旋转接头7，旋转接头7一端连接进水管路，另一端通过管路与喷射犁刀1连接，通过旋转接头7连接进水管路和喷射犁刀1，为喷射犁刀1提供高压水源，避免实际使用过程中进水管路发生扭转、屈曲和打结的问题，延长使用寿命。

所述驱动件8为两端铰接设置在基座2和旋转座3上的气缸或液压缸，优选采用液压缸，便于实现锁止和解锁，具体而言，如图18所示，锁止结构为气缸或液压缸的自锁和非自锁切换结构，包括连接气缸或液压缸缸体两侧的管路4和阀门5，阀门5连通管路4使气缸或液压缸非自锁，阀门5断开管路4使气缸或液压缸自锁，自锁状态时，支架6不可以沿基座2自由转动，且位置进行锁定，方便调节喷射犁刀1的角度和挖沟方向，在非自锁状态时，支架6可以沿基座2自由转动，喷射犁刀1受土壤两侧的挤压使犁刀组件的机械结构不会受到海沟土壤受到的多余作用力，有效避免挖沟机以及犁刀组件承受过大的应力，导致机械件变形损坏的结果。本实施例采用驱动件8作为锁止结构，有效简化整体结构复杂性，操作和控制简单可靠。

所述锁止结构包括设置在基座2上带驱动锁止销以及设置在支架6上若干个锁止孔，锁止销插入锁止孔以完成支架6与基座2转动连接的锁止，采用该方式锁止稳定可靠。

所述喷射犁刀1外侧或者锁止结构处设置有压力传感器，可用于实时方案喷射犁刀1所受到的压力，当压力传感器建检测到喷射犁刀1承受到海沟两侧土壤的挤压力过大以及与挖沟机14连接的应力过大时，锁止结构解开支架6和基座的锁止，使支架6可以沿基座自由旋转，同时降低挖沟机14的移动速度，提供更多的挖沟时间。

本发明还提供一种水下铺缆方法，其特征是，包括水下铺缆系统，包括如下步骤：

S1、犁刀组件通过挖沟机14移动与待挖沟的水底上方；

S2、通过挖沟机14初步调整两个喷射犁刀1与水底线缆15的位置状态，使水底线缆15在两个喷射犁刀1的长度范围内的部位与两个喷射犁刀1在海床12上的投影具有一定距离，如图6和图7所示，水底线缆15可以与两个喷射犁刀1具有一定倾角，仅需在两个喷射犁刀1的长度方位内，喷射犁刀1下放过程中不会与水底线缆15解除即可；

S3、下放距离水底线缆15较远一侧的喷射犁刀1，使其深入海床12以下，如图9和图10所示，先下放距离水底线缆15较远一侧的喷射犁刀1，可以极大程度上避免喷射犁刀1压伤水底线缆15；

S4、挖沟机14或直线移动组件9驱动另一个喷射犁刀1远离水底线缆15一定距离，并下放喷射犁刀1，使其深入海床12以下，如图11和图12所示，本步骤中，优选通过直线移动组件9驱动另一喷射犁刀1远离水底线缆15一定距离，降低能耗，同时检索操作的影响，避免挖沟机14进行移动；

S5、根据需要调节两个喷射犁刀1的宽度，如图13-图16所示，在两个喷射犁刀1均下放之后，通过直线移动组件9调节两个喷射犁刀1的宽度，最终使两个喷射犁刀1在能够很好埋设水底线缆15的最小宽度下进行工作，降低能耗，提高工作效率；

S6、进行开沟埋缆工作。

上述方法解决了挖沟机14操作喷射犁刀1与水底线缆15对齐困难，复杂效率低的问题，同时可以有效避免喷射犁刀1下放过程中压坏水底线缆15的可能性，另外，配合压缆器11及其上方的检测传感器1102，解决了水下视野不佳，难以确定水底线缆15状况的问题。

本方法还包括：

S61、挖沟机14直行时，锁止结构为锁止状态，支架6不可以自由沿基座2转动；

S62、在挖沟机14进行转向时，锁止结构变换为解锁状态，支架6可以自由沿基座2转动；其具体操作依据可以根据设置在喷射犁刀1外侧或者锁止结构处的压力传感器，在压力传感器反映到喷射犁刀1承受到海沟两侧土壤的挤压力过大以及与挖沟机14连接的应力过大时，锁止结构解开支架6和基座的锁止，使支架6可以沿基座自由旋转，反之则不进行动作；

S63、在挖沟机14转向结束后，驱动件8调节喷射犁刀1至合适角度，并再次将锁止结构变化为锁止状态。

通过该方法，保证结构的稳定可靠性，解决了由于水下没有良好的可视环境用于观测水底线缆15走向、挖掘海沟和挖沟机14之间的角度关系，使犁刀组件可能会受到挤压力造成破坏的问题。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的保护范围限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入本申请的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水下铺缆系统，其特征是，包括挖沟机（14）和设置在挖沟机（14）尾部的犁刀组件，所述犁刀组件包括支架（6）、设置于支架（6）两侧的喷射犁刀（1）以及设置与两个喷射犁刀（1）中间的压缆器（11），还包括直线移动组件（9）和旋转组件（10），两个喷射犁刀（1）各通过一组直线移动组件和旋转组件设置在支架（6）上，两组直线移动组件（9）同轴设置用于调节两个喷射犁刀（1）相对宽度和相对位置，旋转组件（10）以直线移动组件移动方向为轴线驱动喷射犁刀（1）转动进行喷射犁刀（1）的下放和抬升动作，还包括连接支架（6）和挖沟机（14）的基座（2），所述基座（2）上设置有旋转座（3），支架（6）旋转设置在旋转座（3）上，还包括驱动支架（6）沿旋转座（3）转动的驱动件（8），以及用于控制支架（6）与基座（2）自由转动或者锁止的锁止结构；

所述喷射犁刀（1）外侧或者锁止结构处设置有压力传感器，所述压力传感器用于感知所述喷射犁刀（1）受到的压力并与所述锁止结构配合。

2.如权利要求1所述的水下铺缆系统，其特征是，所述直线移动组件（9）包括设置在支架（6）上的滑动轴（901），喷射犁刀（1）端部设置有与滑动轴（901）配合的环套（101），直线移动组件（9）还包括驱动环套（101）沿滑动轴（901）移动的直线驱动件Ⅰ（902）。

3.如权利要求2所述的水下铺缆系统，其特征是，所述旋转组件（10）为两端铰接设置在支架（6）和喷射犁刀（1）上的气缸或液压缸，气缸或液压缸伸缩驱动环套（101）沿滑动轴（901）转动。

4.如权利要求3所述的水下铺缆系统，其特征是，所述喷射犁刀（1）包括依次连接的环套（101）、连接臂（102）和喷射刀体（103），所述支架（6）背离直线移动组件（9）一侧设置有铰接座（601），所述旋转组件（10）两端分别铰接设置在铰接座（601）和连接臂（102）上。

5.如权利要求1所述的水下铺缆系统，其特征是，还包括设置在支架（6）上的旋转接头（7），旋转接头（7）一端连接进水管路，另一端通过管路与喷射犁刀（1）连接。

6.如权利要求1所述的水下铺缆系统，其特征是，所述驱动件（8）为两端铰接设置在基座（2）和旋转座（3）上的气缸或液压缸，锁止结构为气缸或液压缸的自锁和非自锁切换结构，包括连接气缸或液压缸缸体两侧的管路（4）和阀门（5），阀门（5）连通管路（4）使气缸或液压缸非自锁，阀门（5）断开管路（4）使气缸或液压缸自锁。

7.如权利要求1所述的水下铺缆系统，其特征是，所述锁止结构包括设置在基座（2）上带驱动锁止销以及设置在支架（6）上若干个锁止孔，锁止销插入锁止孔以完成支架（6）与基座（2）转动连接的锁止。

8.一种水下铺缆方法，其特征是，包括如权利要求1-7任一项所述的水下铺缆系统，包括如下步骤：

S1、犁刀组件通过挖沟机（14）移动于待挖沟的水底上方；

S2、通过挖沟机（14）初步调整两个喷射犁刀（1）与水底线缆（15）的位置状态，使水底线缆（15）在两个喷射犁刀（1）的长度范围内的部位与两个喷射犁刀（1）在海床（12）上的投影具有一定距离；

S3、下放距离水底线缆（15）较远一侧的喷射犁刀（1），使其深入海床（12）以下；

S4、挖沟机（14）或直线移动组件（9）驱动另一个喷射犁刀（1）远离水底线缆（15）一定距离，并下放喷射犁刀（1），使其深入海床（12）以下；

S5、根据需要调节两个喷射犁刀（1）的宽度；

S6、进行开沟埋缆工作。

9.如权利要求8所述的水下铺缆方法，其特征是，在步骤S6中，还包括：

S61、挖沟机（14）直行时，锁止结构为锁止状态，支架（6）不可以自由沿基座（2）转动；

S62、在挖沟机（14）进行转向时，锁止结构变换为解锁状态，支架（6）可以自由沿基座（2）转动；

S63、在挖沟机（14）转向结束后，驱动件（8）调节喷射犁刀（1）至合适角度，并再次将锁止结构变化为锁止状态。