CN114892661B - 一种打桩船桩架倒桩装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种打桩船桩架倒桩装置，桩架通过桩架后支脚和液压缸的活塞杆铰接，桩架通过桩架前支脚铰接在象鼻梁的固定支座a上，象鼻梁绞车通过钢丝绳与桩架尾部桁架相连，肋板绞车和中间绞车上设有拉力传感器，托架上设有限位开关。步骤：第一次打桩：保证桩架最大限度的工作；桩架达到最大后倾角度27°；第二次倒桩：以桩架铰接点为中心，控制桩架的倾斜程度；将桩架继续倾倒，直至桩架触碰到托架上面的限位开关时，停止倒桩，第二次倒桩完成；第三次倒桩：根据不同情况，确定是否进行第三次倒桩。不仅保障了在倒桩过程中桩架的安全和磨损，提高了使用寿命，而且桩架放倒过程中减少了人工操作的步骤，降低了风险，保障了工作人员的安全。

Description

一种打桩船桩架倒桩装置与方法

技术领域

本发明涉及打桩船领域，具体是一种打桩船桩架倒桩装置与方法。

背景技术

打桩船是海上常见的打桩设备，一般用于海上作业，通过桩架将桩基安装在海下土层，可在桩基上进行风电作业的安装。在托运过程中，桩架需进行倒桩，倒置于船体之上，方便在海上通航。

由于海上环境恶劣，突发海况对海洋作业有很大影响，所以打桩船需要将桩架倒置于船体，降低船的重心，保障打桩船上设备和工作人员的安全。打桩船在内海通航时，跨海大桥会限制打桩船的通行高度，所以有事需要将打桩船水平放置于船体之上，以降低高度提高通航能力。

目前打桩船的倒桩主要以液压为主动力，滑轮组为辅助动力，桩架倒桩过程配合繁琐，需人工放置支撑杆，使桩架达到某种姿态，倒桩和起桩缓慢，大大影响了作业效率，且人工操作具有危险性，人员安全得不到保障，甚至不能达到水平倒桩。部分打桩船可以实现水平倒桩，但倒桩的高度无法满足内海通航要求，且没有考虑到远海作业时，船上工作人员的生活作息。

在已经公开的文件CN201721613928-打桩船中，此桩架通过油缸和绞车配合，主油缸收缩，将桩架放倒至某一姿态，然后人工放置撑杆，桩架的重量较大，需要较强的体力，支撑住桩架继续放倒，最后利用绞车实现倒桩。倒桩过程中需大量人工操作，无法保障人员的安全，且拆装过程繁琐，需要大量时间，无法实现快速倒桩，大大降低了作业效率。

另外在CN201910188530-架自动卧置装置中，此桩架通过油缸和连杆机构的配合使用，利用滑道将桩架放倒在中间支撑机构，然后利用主液压缸和辅助液压缸，将桩架放倒在尾部支撑机构，最后松开前铰点，固定后铰点，进行桩架的起降作业。此过程解除固定点连接，拆除前、后铰点的铰接轴等步骤，操作繁琐，大大影响作业效率。对于远海作业，船员休息时，桩架依然要水平倒桩，加大了桩架的磨损和减少了使用寿命。

在如何实现打桩船桩架的快速自动起落，提高工作效率，尽量减少人工操作，暂停工作时，桩架实现快速倒桩，以减少磨损，增加其使用寿命，成为了当前研究打桩船桩架倒桩设计，需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种打桩船桩架倒桩装置与方法，不仅保障了在倒桩过程中桩架的安全和磨损，提高了使用寿命，而且桩架放倒过程中减少了人工操作的步骤，降低了风险，保障了工作人员的安全。

本发明的技术方案为：一种打桩船桩架倒桩装置，包括托架系统、调整系统、液压系统、控制系统以及滑轮组，托架系统包括安装在船尾的托架和控制室，调整系统包括固定在船体象鼻梁上的象鼻梁绞车、肋板绞车和中间绞车，液压系统包括液压缸，船尾通过象鼻梁安装有桩架，桩架和活塞杆铰接，桩架铰接在象鼻梁的固定支座a上，象鼻梁旁设有象鼻梁绞车和肋板绞车，象鼻梁绞车通过钢丝绳与桩架尾部桁架相连，肋板绞车通过钢丝绳和中间绞车相互配合，肋板绞车和中间绞车上设有拉力传感器，托架上设有限位开关。

进一步地，桩架通过桩架前支脚铰接在象鼻梁的固定支座a上，液压缸通过油缸底座铰接在固定支座b上，桩架通过桩架后支脚和液压缸的活塞杆铰接，活塞杆铰接在桩架的桩架交接点上，中间绞车装在固定支座b的附近，滑轮组包括液压缸与桩架铰接部位的缸体分别装的左滑轮和右滑轮。

进一步地，肋板绞车通过钢丝绳绕过滑轮和船中部两部中间绞车相互配合，中间绞车通过钢丝绳与液压缸上的左滑轮和右滑轮相切相连，右滑轮与象鼻梁肋板上的两部肋板绞车相连，象鼻梁绞车和肋板绞车位于象鼻梁的上部和一侧中部，各个绞车上分别装有控制系统的拉力传感器。

进一步地，拉力传感器在中间绞车侧方与中间绞车中间轴端同轴，限位开关位于托架凹槽中间，限位开关和控制系统连接，限位开关大小为Q，限位开关与托架顶端距离L，P为凹槽中点至顶端距离

进一步地，象鼻梁设置在打桩船的船艏，固定支座a设置在象鼻梁的两侧，托架上设有限位开关，托架安装在打桩船的尾部。

一种打桩船桩架倒桩装置的倒桩方法，包括如下步骤：

第一次打桩：

步骤一：控制液压缸伸长活塞杆长度为a，桩架与液压缸的角度为α1，此时为桩架工作时的最大前倾角度15°，桩架与固定支座铰接，保证桩架最大限度的工作；

步骤二：正常工作时，控制收缩液压缸的活塞杆长度为a，桩架与液压缸的夹角为α2，桩架摆正至正常工作的竖直状态，此时为正常竖直工作状态，a和α的关系为：

步骤三：当桩架停止工作时，则需要将桩架放倒，在步骤一的基础上收紧液压缸的活塞杆，直到液压缸处于完全收紧状态，此时桩架达到最大后倾角度27°，第一次倒桩完成；

第二次倒桩：

步骤一：在完成第一次打桩中步骤二后，进行第二次倒桩，收紧船尾的象鼻梁绞车，然后松开固定支座a与桩架前支脚的铰接，桩腿可以在象鼻梁绞车的调整下移动；

步骤二：根据拉力传感器控制液压缸附近的中间绞车和象鼻梁上的肋板绞车前后钢丝绳的松紧程度，从而改变钢丝绳的长短控制液压缸的倾斜角度，以桩架绞接点为中心，旋转桩架，以此控制桩架的倾斜程度；

步骤三：根据拉力传感器平衡两侧钢丝绳的受力和长度，将桩架继续倾倒，直至桩架触碰到托架上面的限位开关时，限位开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断，停止倒桩，第二次倒桩完成；

第三次倒桩：根据不同情况，确定是否进行第三次倒桩，

(1)桩架工作休息时，此时船的平面与液压缸之间夹角为β，液压缸与象鼻梁之间的夹角为γ，绞车与左滑轮之间距离为b，绞车与右轮滑之间距离为c，桩架依靠托架倾斜放置，有利于继续作业时，更快调整，投入使用。此时b和β的关系为：c和γ的关系为：/>

(2)工作完成返回内海时，则通过控制绞车之间相互调整，此时船的平面与液压缸之间夹角为δ，液压缸与象鼻梁之间的夹角为ε，绞车与左滑轮之间距离为e，绞车与右轮滑之间距离为f，桩架放倒至水平，从而降低桩架重心，提高安全性。此时e与的δ关系为：f与ε的关系为：/>

本发明的有益之处：1、本发明通过将桩架后支脚和活塞杆铰接，活塞杆通过油缸底座和固定支座铰接，桩架前支脚和象鼻梁铰接，通过桩架围绕固定支座b进行转动，能够实现对桩架的倾斜，方便快速起桩，投入工作，使作业效率得到很大的提高。

2、本发明托架上设有限位开关装置，检测到某一指定位置停止倒桩，限位开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断，不仅保障了在倒桩过程中桩架的安全和磨损，防止倒装的时候接触托架，造成磨损，提高了使用寿命，而且桩架放倒过程中减少了人工操作的步骤，降低了风险，保障了工作人员的安全。

3、本发明通过拉力传感器和绞车之间的配合，使得拉力传感器平衡钢丝绳的受力和长度，防止钢丝绳受力不均，释放不对应的长度，桩架碰到限位开关，则命令倒装停止，无需放置撑杆机构，简化了操作步骤和方式，操作过程简单，可以快速的实现桩架的倒桩。

附图说明

图1：打桩船倒桩装置总体分布图；

图2：打桩船桩架倾斜工作示意图；

图3：打桩船桩架正常工作示意图；

图4：打桩船第一次倒桩示意图；

图5：打桩船第二次倒桩示意图；

图6：打桩船绞车与液压缸连接示意图；

图7：打桩船休息倒桩示意图；

图8：打桩船水平倒桩示意图；

图9：打桩船上绞车分布示意图；

图10-11：绞车上拉力传感器的安装示意图；

图12：为限制开关安装示意图；

图13：限位开关俯视图；

图14：托架剖视图；

其中：11.托架，12.控制室，21.象鼻梁，22.固定支座a，23.桩架，30.桩架前支脚，31.桩架后支脚，32.桩架铰接点，33.活塞杆，34.变幅液压缸，35.油缸底座，36.固定支座b，41.象鼻梁绞车，42.肋板绞车，43.右滑轮，44.左滑轮，45.中间绞车，46.钢丝绳，51.拉力传感器，52.限位开关。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

如图1-14所示，一种打桩船桩架倒桩装置，包括托架系统、调整系统、液压系统、控制系统以及滑轮组，托架系统包括安装在船尾的托架11和控制室12，托架11下方设置了控制室12及员工宿舍等生活场所，使此种打桩船适用于各种远海作业，对我国长期开发海上资源具有重要意义。调整系统包括固定在船体象鼻梁21上的象鼻梁绞车41、肋板绞车42和中间绞车45，液压系统包括液压缸34，控制系统包括拉力传感器51，滑轮组包括固定在液压缸34上的滑轮，船尾通过象鼻梁21安装有桩架，其特征在于：桩架11通过桩架后支脚31和液压缸34的活塞杆33铰接，从而实现桩架23的竖立、倾斜、倒桩等工况，桩架11通过桩架前支脚30铰接在象鼻梁21的固定支座a22上，象鼻梁21的上部和一侧中部分别设有象鼻梁绞车42和肋板绞车42，象鼻梁绞车41通过钢丝绳46与桩架23尾部桁架相连，以此控制桩架23底部与象鼻梁21两侧固定支座22的距离和位置，肋板绞车42通过钢丝绳46绕过滑轮和船中部两部中间绞车45相互配合，使桩架23达到平衡，放倒至理想倒桩状态，肋板绞车42和中间绞车上设有拉力传感器51，以此控制倒桩时液压缸的倾斜角度，使桩架23达到理想的倒桩状态，当桩架23触碰到托架11上的限位开关52，则停止倒桩。

液压缸34通过油缸底座35铰接在固定支座b36上，活塞杆33铰接在桩架23的桩架交接点31上，中间绞车45装在固定支座b36的附近，滑轮组包括液压缸34与桩架23铰接部位的缸体分别装的左滑轮44和右滑轮43。

中间绞车45通过钢丝绳46与变幅液压缸34上的左滑轮44和右滑轮43相切相连，右滑轮43与象鼻梁21肋板上的两部肋板绞车42相连，各个绞车上分别装有拉力传感器51。

拉力传感器51在中间绞车45侧方与中间绞车45中间轴端同轴，限位开关52位于托架11凹槽中间，限位开关和控制系统连接，限位开关大小为Q，限位开关52与托架11顶端距离L，P为凹槽中点至顶端距离

象鼻梁21设置在打桩船的船艏，固定支座a22设置在象鼻梁21的两侧，托架23上设有限位开关51，托架11安装在打桩船的尾部，保护桩架安全倒桩，托架11的下方为工作人员的生活工作区以及控制室12，限位开关51方便在打桩船上的工作人员做远海项目时，在船上的工作休息与生活起居。

一种打桩船桩架倒桩装置的倒桩方法，包括如下步骤：

第一次打桩：

步骤一：控制液压缸34伸长活塞杆33长度为a1，桩架23与液压缸34的角度为α1，此时为桩架23工作时的最大前倾角度15°，桩架23与固定支座22铰接，保证桩架最大限度的工作；

步骤二：正常工作时，控制收缩液压缸34的活塞杆33长度为a2，桩架23与液压缸的夹角为α2，桩架23摆正至正常工作的竖直状态，此时为正常竖直工作状态，a和α的关系为：

步骤三：当桩架23停止工作时，则需要将桩架23放倒，在步骤一的基础上收紧液压缸34的活塞杆33，直到液压缸34处于完全收紧状态，此时桩架23达到最大后倾角度27°，第一次倒桩完成；

第二次倒桩：

步骤一：在完成第一次打桩中步骤二后，进行第二次倒桩，收紧船尾的象鼻梁绞车41，然后松开固定支座a22与桩架前支脚30的铰接，桩腿可以在象鼻梁绞车41的调整下移动；

步骤二：根据拉力传感器51控制液压缸34附近的中间绞车45和象鼻梁21上的肋板绞车42前后钢丝绳46的松紧程度，从而改变钢丝绳46的长短控制液压缸34的倾斜角度，以桩架绞接点32为中心，旋转桩架23，以此控制桩架23的倾斜程度；

步骤三：根据拉力传感器51平衡两侧钢丝绳46的受力和长度，将桩架23继续倾倒，直至桩架23触碰到托架11上面的限位开关52时，限位开关52的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断，停止倒桩，第二次倒桩完成；

第三次倒桩：根据不同情况，确定是否进行第三次倒桩，

(1)桩架23工作休息时，此时船的平面与液压缸34之间夹角为β，液压缸34与象鼻梁21之间的夹角为γ，绞车45与左滑轮44之间距离为b，绞车42与右轮滑之间距离为c，桩架23依靠托架11倾斜放置，有利于继续作业时，更快调整，投入使用。此时b和β的关系为：c和γ的关系为：/>

(2)工作完成返回内海时，则通过控制绞车之间相互调整，此时船的平面与液压缸34之间夹角为δ，液压缸34与象鼻梁21之间的夹角为ε，绞车45与左滑轮44之间距离为e，绞车42与右轮滑之间距离为f，桩架23放倒至水平，从而降低桩架23重心，提高安全性。此时e与的δ关系为：f与ε的关系为：

Claims (4)

1.一种打桩船桩架倒桩装置，包括托架系统、调整系统、液压系统、控制系统以及滑轮组，所述托架系统包括安装在船尾的托架和控制室，所述调整系统包括固定在船体象鼻梁上的象鼻梁绞车、肋板绞车和中间绞车，所述液压系统包括液压缸，所述船尾通过象鼻梁安装有桩架，其特征在于：所述桩架和活塞杆铰接，所述桩架铰接在象鼻梁的固定支座a上，所述象鼻梁旁设有象鼻梁绞车和肋板绞车，所述象鼻梁绞车通过钢丝绳与桩架尾部桁架相连，所述肋板绞车通过钢丝绳和中间绞车相互配合，所述肋板绞车和中间绞车上设有拉力传感器，所述托架上设有限位开关，所述桩架通过桩架前支脚铰接在象鼻梁的固定支座a上，所述液压缸通过油缸底座铰接在固定支座b上，所述桩架通过桩架后支脚和液压缸的活塞杆铰接，所述活塞杆铰接在桩架的桩架交接点上，所述中间绞车装在固定支座b的附近，所述滑轮组包括液压缸与桩架铰接部位的缸体分别装的左滑轮和右滑轮，所述肋板绞车通过钢丝绳绕过滑轮和船中部两部中间绞车相互配合，所述中间绞车通过钢丝绳与液压缸上的左滑轮和右滑轮相切相连，所述右滑轮与象鼻梁肋板上的两部肋板绞车相连，所述象鼻梁绞车和肋板绞车分别位于象鼻梁的上部和一侧中部，各个绞车上分别装有控制系统的拉力传感器，所述拉力传感器在中间绞车侧方与中间绞车中间轴端同轴。

2.根据权利要求1所述的一种打桩船桩架倒桩装置，其特征在于：所述限位开关位于托架凹槽中间，所述限位开关和控制系统连接，所述限位开关大小为Q，所述限位开关与托架顶端距离为L，P为凹槽中点至顶端距离，三者关系为Q＜L＜。

3.根据权利要求1所述的一种打桩船桩架倒桩装置，其特征在于：所述象鼻梁设置在打桩船的船艏，所述固定支座a设置在象鼻梁的两侧，所述托架安装在打桩船的尾部。

4.一种运用权利要求1所述的一种打桩船桩架倒桩装置的倒桩方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一次打桩：

步骤一：控制液压缸伸长活塞杆长度为a，桩架与液压缸的角度为，此时为桩架工作时的最大前倾角度15°，桩架与固定支座铰接，保证桩架最大限度的工作；

步骤二：正常工作时，控制收缩液压缸的活塞杆长度为a，桩架与液压缸的夹角为，桩架摆正至正常工作的竖直状态，此时为正常竖直工作状态，a和/>的关系为：

；

步骤三：当桩架停止工作时，则需要将桩架放倒，在步骤一的基础上收紧液压缸的活塞杆，直到液压缸处于完全收紧状态，此时桩架达到最大后倾角度27°，第一次倒桩完成；

第二次倒桩：

步骤一：在完成第一次打桩中步骤二后，进行第二次倒桩，收紧船尾的象鼻梁绞车，然后松开固定支座a与桩架前支脚的铰接，桩腿可以在象鼻梁绞车的调整下移动；

步骤二：根据拉力传感器控制液压缸附近的中间绞车和象鼻梁上的肋板绞车前后钢丝绳的松紧程度，从而改变钢丝绳的长短控制液压缸的倾斜角度，以桩架铰接点为中心，旋转桩架，以此控制桩架的倾斜程度；

步骤三：根据拉力传感器平衡两侧钢丝绳的受力和长度，将桩架继续倾倒，直至桩架触碰到托架上面的限位开关时，限位开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断，停止倒桩，第二次倒桩完成；

第三次倒桩：根据不同情况，确定是否进行第三次倒桩，

（1）桩架工作休息时，此时船的平面与液压缸之间夹角为β，液压缸与象鼻梁之间的夹角为γ，绞车与左滑轮之间距离为b，绞车与右轮滑之间距离为c，桩架依靠托架倾斜放置，有利于继续作业时，更快调整，投入使用。此时b和β的关系为：，c和γ的关系为：/>；

（2）工作完成返回内海时，则通过控制绞车之间相互调整，此时船的平面与液压缸之间夹角为δ，液压缸与象鼻梁之间的夹角为ε，绞车与左滑轮之间距离为e，绞车与右轮滑之间距离为f，桩架放倒至水平，从而降低桩架重心，提高安全性，此时e与δ的关系为：， f与/>的关系为：/>。