CN115839065B - 一种气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法，属于气动冲沙技术领域，包括：水下气动清淤组件；用于驱动水下气动清淤组件移动的行走支撑组件；所述行走支撑组件包括：与水下气动清淤组件固定的两个行走主体；分别与行走主体相连接的两个行走供气管；分别活动连接于行走主体的两个运动杆；分别固定于运动杆的两个行走板；其中，所述行走供气管输入的气体控制两个运动杆的行程、幅度、频率，使两个行走板水下定向行走；该气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法，通过气源装备提供的气动驱动响应速度快，行走支撑组件能够迅速做出反馈。

Description

一种气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法

技术领域

本发明属于气动冲沙技术领域，具体涉及气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法。

背景技术

目前气动冲沙装备的发展经历了两个阶段，从早起掺气拖泥耙到气动旋转式冲沙耙和行走式冲沙耙；

第一个阶段是将传统拖泥船的耙具加入气体动力，改为掺气耙，压缩空气辅助移动的耙齿松动淤积体，使底泥气动并通过水流带至下游；

第二个阶段是固定式气动冲沙装备，在气动冲沙相关参数合适情况下，无需移动耙具的辅助可以直接将底泥扰动至悬浮状态，固定式气动冲沙设备，其理念是将水上空压机等设备以及水下气排设备置于需要清淤的位置，气排沉于河床表面通过在气排的侧向下开孔的方式释放高压气体完成冲沙，泥沙随水库调度可带至下游，气排上配有压重，能使得气排尽量紧贴河床表面并实现自沉，该技术冲沙效率较高，且经济、清洁，目前在闸下、航道等区域已有成功应用；但固定式的气排设备应用场景相对有限，需在应用前提前在水下铺设气排装置，且不具备自动疏浚能力，因此需要研发一种新型的气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法来解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法，以解决不具备自动疏浚能力的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气动控制的自移动水下清淤设备，所述水下清淤设备包括：

水下气动清淤组件；

用于驱动水下气动清淤组件移动的行走支撑组件；

所述行走支撑组件包括：

与水下气动清淤组件固定连接的两个行走主体；

分别与行走主体相连接的两个行走供气管；

分别活动连接于行走主体的两个运动杆；

分别固定于运动杆的两个行走板；

其中，所述行走供气管输入的气体控制两个运动杆的行程、幅度、频率，使两个行走板水下定向行走。

优选的，所述水下气动清淤组件包括：

清淤主体；

连接在清淤主体上的冲沙供气管；

设置于清淤主体并与冲沙供气管相连接的冲沙排气管；所述冲沙排气管将气体从排气孔排出，使底床泥沙启动，启动后的泥沙沿水流方向下游输移。

优选的，所述水下清淤设备还包括：

无人船；

装配于无人船上的气源装备。

优选的，所述气源装备通过管道与行走供气管以及冲沙供气管相连接。

优选的，所述清淤主体为长方体结构，内部设置有隔板将空心区域分隔成两个腔体，两个所述腔体分隔后形成一端开口的长方体结构，所述隔板上插接有冲沙供气管，所述冲沙供气管设置于隔板的中点位置，并与设置在底部的冲沙排气管相连接，且所述冲沙供气管将压缩后的气体输送给冲沙排气管。

优选的，所述清淤主体的两侧分别开设有相对称的两个安装槽，所述安装槽的开口面积为整个清淤主体的7/10,其开口的尺寸与行走主体的尺寸相匹配，所述行走主体为长方体结构，其嵌入安装槽后与所述清淤主体的下端面齐平，且所述行走主体上端面伸出安装槽的高度为整个行走主体高度的2/5,且所述清淤主体的下端面开设有两个用于连接运动杆的通孔，所述运动杆与安装在清淤主体的上端面的行走供气管相连接，所述运动杆的端部与行走板的上端面相连接，所述行走板随运动杆的活动进行上下运动，所述上下运动的行程、幅度、频率通过气体参数控制，实现调节行走支撑组件的行走路径、单步距离，实现水下水下定向行走。

优选的，所述气源装备的气体输入时，气体通过行走供气管作用于行走主体，带动运动杆和行走板向下移动；当停止输入气体，运动杆迅速返回原位置，当两侧气体输入产生时间差，可使得两侧行走板交替向下移动，产生位移动能，带动水下气动清淤组件水下行走。

本发明另提供一种基于气动控制的自移动水下清淤设备的水下自动清淤方法，包括：

勘察水下清淤的工作环境，分析水流特性、泥沙性质与挟沙能力的关系；

根据实测资料和试验室的资料分析并设置水下气动清淤组件的参数、行走支撑组件的参数以及无人船的自动巡航参数；

将气源装备固定于无人船上，配合无人船的自动巡航，行走支撑组件通过气源装备控制气体输出，控制行走支撑组件上下运动的行程、幅度、频率，调节行走支撑组件的行走路径、单步距离，使水下气动清淤组件定向行走，实现无人化清淤。

优选的，所述挟沙能力的分析方法包括：

通过下列公式计算单位水体水流挟沙力；

式中：表示泥沙颗粒容重；

表示水容重；

表示河底糙率；

表示平均流速；

表示水深；

表示泥沙颗粒沉速；

根据长江、黄河的实测资料和试验室的资料分析公式中的系数：

是水流挟沙消耗能量的系数，表示水流挟沙消耗的能量占水流能量的2.3%。

优选的，所述水流特性包括：流速、水深；

所述泥沙性质包括：粒径、容重。

本发明的技术效果和优点：该气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法，通过气源装备提供的气动驱动响应速度快，行走支撑组件能够迅速做出反馈；由于空气的流动损失比较小，可集中供应压缩空气，因此大水深条件下输送压缩空气比较简单且无损耗；通过集成无人船设备，实现无人自动清淤，通过行走支撑组件实现定向行走功能，将气源装备固定于水上无人船上，配合无人船的自动巡航功能，实现无人化清淤能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明水下气动清淤组件和行走支撑组件结构示意图；

图3为本发明自移动水下清淤设备的前视图；

图4为本发明自移动水下清淤设备的左视图；

图5为本发明自移动水下清淤设备的俯视图；

图6为本发明无人船和气源装备连接示意图；

图7为本发明方法的流程图。

图中：1、无人船；2、气源装备；3、水下清淤设备；31、清淤主体；32、运动杆；33、行走主体；34、行走供气管；35、冲沙供气管；36、冲沙排气管；37、行走板；38、隔板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1、图2中所示的一种气动控制的自移动水下清淤设备，包括：

水下气动清淤组件；如图3、图4、图5所示，所述水下气动清淤组件包括：

清淤主体31；所述清淤主体31为长方体结构，内部设置有隔板38将空心区域分隔成两个腔体，两个所述腔体分隔后形成一端开口的长方体结构，所述隔板38上插接有冲沙供气管35，所述冲沙供气管35设置于隔板38的中点位置，并与设置在底部的冲沙排气管36相连接，且所述冲沙供气管35将压缩后的气体输送给冲沙排气管36，所述冲沙排气管36将气体从排气孔排出，使底床泥沙启动，启动后的泥沙沿水流方向下游输移；所述清淤主体31的两侧分别开设有相对称的两个安装槽，所述安装槽的开口面积为整个清淤主体31的7/10,其开口的尺寸与行走主体33的尺寸相匹配，所述行走主体33为长方体结构，其嵌入安装槽后与所述清淤主体31的下端面齐平，且所述行走主体33上端面伸出安装槽的高度为整个行走主体33高度的2/5,且所述清淤主体31的下端面开设有两个用于连接运动杆32的通孔，所述运动杆32与安装在清淤主体31的上端面的行走供气管34相连接，所述运动杆32的端部与行走板37的上端面相连接，所述行走板37随运动杆32的活动进行上下运动，所述上下运动的行程、幅度、频率通过气体参数控制，实现调节行走支撑组件的行走路径、单步距离，实现水下定向行走；

连接在清淤主体31上的冲沙供气管35；

设置于清淤主体31并与冲沙供气管35相连接的冲沙排气管36；所述冲沙排气管36将气体从排气孔排出，使底床泥沙启动，启动后的泥沙沿水流方向下游输移；

用于驱动水下气动清淤组件移动的行走支撑组件；

所述行走支撑组件包括：

与水下气动清淤组件固定连接的两个行走主体33；

分别与行走主体33相连接的两个行走供气管34；

分别活动连接于行走主体33的两个运动杆32；

分别固定于运动杆32的两个行走板37；

其中，所述行走供气管34输入的气体控制两个运动杆32的行程、幅度、频率，使两个行走板37水下定向行走；

所述气源装备2的气体输入时，气体通过行走供气管34作用于行走主体33，带动运动杆32和行走板37向下移动；当停止输入气体，运动杆32迅速返回原位置，当两侧气体输入产生时间差，可使得两侧行走板37交替向下移动，产生位移动能，带动水下气动清淤组件水下行走；

如图6所示，无人船1；

装配于无人船1上的气源装备2,所述气源装备2通过管道与行走供气管34以及冲沙供气管35相连接。

本实施例中，所述的无人船1为可搭载自动测深仪及气源装备2为空压机等的大型无人船，水下气动清淤组件及行走支撑组件通过管道同搭载于无人船1上的空压机相连接；

其中水下气动清淤组件通过管道与空压机相连接，压缩后的气体由水下气动清淤组件的排气孔排出，使得底床泥沙启动，配合水库调度，使得启动后的泥沙沿水流方向下游输移，行走支撑组件位于水下气动清淤组件前后各一个，同样通过管道与空压机相连接，通过气体驱动做上下运动，通过控制气体参数，使得行走支撑组件上下运动的行程、幅度、频率不相同，从而行走支撑组件的行走路径、单步距离，实现水下定向行走；

本发明实现定向行走功能，将气排设备的气源装备2固定于水上无人船1上，配合无人船1的自动巡航功能，实现无人化清淤能力。

本发明另提供如图7所示一种气动控制的自移动水下清淤设备的水下自动清淤方法，包括：

勘察水下清淤的工作环境，分析水流特性、泥沙性质与挟沙能力的关系；水流特性包括：流速、水深；泥沙性质包括：粒径、容重；

根据实测资料和试验室的资料分析并设置水下气动清淤组件的参数、行走支撑组件的参数以及无人船1的自动巡航参数；

将气源装备2固定于无人船1上，配合无人船1的自动巡航，行走支撑组件通过气源装备2控制气体输出，控制行走支撑组件上下运动的行程、幅度、频率，调节行走支撑组件的行走路径、单步距离使水下气动清淤组件定向行走，实现无人化清淤。

挟沙能力的分析方法包括：

所述挟沙能力的分析方法包括：

通过下列公式计算单位水体水流挟沙力；

式中：表示泥沙颗粒容重；

表示水容重；

表示河底糙率；

表示平均流速；

表示水深；

表示泥沙颗粒沉速；

根据长江、黄河的实测资料和试验室的资料分析公式中的系数：

是水流挟沙消耗能量的系数，表示水流挟沙消耗的能量占水流能量的2.3%。

该气动控制的自移动水下清淤设备及水下自动清淤方法，通过气源装备2提供的气动驱动响应速度快，行走支撑组件能够迅速做出反馈；由于空气的流动损失比较小，可集中供应压缩空气，因此大水深条件下输送压缩空气比较简单且无损耗；通过集成无人船1设备，实现无人自动清淤，通过行走支撑组件实现定向行走功能，将气源装备2固定于水上无人船1上，配合无人船1的自动巡航功能，实现无人化清淤能力。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种气动控制的自移动水下清淤设备，其特征在于：

水下气动清淤组件；

用于驱动水下气动清淤组件移动的行走支撑组件；

所述行走支撑组件包括：

与水下气动清淤组件固定连接的两个行走主体（33）；

分别与行走主体（33）相连接的两个行走供气管（34）；

分别连接于行走主体（33）的两个运动杆（32）；

分别固定于运动杆（32）的两个行走板（37）；

其中，所述行走供气管（34）输入的气体控制两个行走板（37）水下定向行走；

无人船（1）；

装配于无人船（1）上的气源装备（2）；所述气源装备（2）通过管道与行走供气管（34）以及冲沙供气管（35）相连接；所述气源装备（2）的气体输入时，气体通过行走供气管（34）作用于行走主体（33），带动运动杆（32）和行走板（37）向下移动；当停止输入气体，运动杆（32）迅速返回原位置，当两侧气体输入产生时间差，可使得两侧行走板（37）交替向下移动，产生位移动能，带动水下气动清淤组件水下行走；所述水下气动清淤组件包括：

清淤主体（31）；

连接在清淤主体（31）上的冲沙供气管（35）；

设置于清淤主体（31）并与冲沙供气管（35）相连接的冲沙排气管（36）；

所述冲沙排气管（36）将气体从排气孔排出，使底床泥沙启动，启动后的泥沙沿水流方向下游输移；所述清淤主体（31）为长方体结构，内部设置有隔板（38）将空心区域分隔成两个腔体，两个所述腔体分隔后形成一端开口的长方体结构，所述隔板（38）上插接有冲沙供气管（35），所述冲沙供气管（35）设置于隔板（38）的中点位置，并与设置在底部的冲沙排气管（36）相连接，且所述冲沙供气管（35）将压缩后的气体输送给冲沙排气管（36）；所述清淤主体（31）的两侧分别开设有相对称的两个安装槽，所述安装槽的开口面积为整个清淤主体（31）的7/10,其开口的尺寸与行走主体（33）的尺寸相匹配，所述行走主体（33）为长方体结构，其嵌入安装槽后与所述清淤主体（31）的下端面齐平，且所述行走主体（33）上端面伸出安装槽的高度为整个行走主体（33）高度的2/5,且所述清淤主体（31）的下端面开设有两个用于连接运动杆（32）的通孔，所述运动杆（32）与安装在清淤主体（31）的上端面的行走供气管（34）相连接，所述运动杆（32）的端部与行走板（37）的上端面相连接，所述行走板（37）随运动杆（32）的活动进行上下运动，所述上下运动的行程、幅度、频率通过气体参数控制，实现调节行走支撑组件的行走路径、单步距离。

2.基于权利要求1所述气动控制的自移动水下清淤设备的水下自动清淤方法，其特征在于：包括：

勘察水下清淤的工作环境，分析水流特性、泥沙性质与挟沙能力的关系；

根据实测资料和试验室的资料分析并设置水下气动清淤组件的参数、行走支撑组件的参数以及无人船（1）的自动巡航参数；

将气源装备（2）固定于无人船（1）上，配合无人船（1）的自动巡航，行走支撑组件通过气源装备（2）控制气体输出，控制行走支撑组件上下运动的行程、幅度、频率，调节行走支撑组件的行走路径、单步距离，使水下气动清淤组件定向行走，实现无人化清淤。

3.根据权利要求2中所述的水下自动清淤方法，其特征在于：所述挟沙能力的分析方法包括：

通过下列公式计算单位水体水流挟沙力 ；

式中：表示泥沙颗粒容重；

表示水容重；

表示河底糙率；

表示平均流速；

表示水深；

表示泥沙颗粒沉速；

根据长江、黄河的实测资料和试验室的资料分析公式中的系数：

；是水流挟沙消耗能量的系数，表示水流挟沙消耗的能量占水流能量的2.3%。

4.根据权利要求2中所述的水下自动清淤方法，其特征在于：所述水流特性包括：流速、水深；所述泥沙性质包括：粒径、容重。

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