CN216712975U - 海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，包括机架和探杆探头，机架的一侧固定安装有配重块，机架的内侧固定安装有调平机构，机架内侧的底部固定安装有夹持器，机架的内侧安装有链条夹紧驱动机构，机架内侧的顶部固定安装有计米器，机架的内侧固定安装有滑轮组，机架的内侧固定安装有液压系统。本实用新型结构紧凑，模块化设计，全程视频监控，工作稳定可靠，能够满足一般的水下静力触探自动连续贯入需要，并且能耗低，性价比高，本实用新型可广泛应用于码头建设、海上风电、跨海桥隧、能源勘探开发、军事后勤保障、海底管线铺设、海上人工岛、海洋牧场、海洋科学研究等一系列海上工程项目静力触探等项目勘测任务。

Description

海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置

技术领域

本实用新型属于静力触探技术领域，具体涉及海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置。

背景技术

静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传感器，通过电子测量仪器将探头受到的贯入阻力记录下来，以反映不同层次土质特征。其主要应用于土层划分，取得各土层工程性质的指标，确定地基土的参数等。相比海底取样分析的方法，海底静力触探具有快速、准确的优点，是海底工程土力学调查的重要手段。在海洋环境实施静力触探作业，国内外有三种施工工艺较为成熟：平台式、海床式和井下式。平台式的主要特点是贯入设备安装在固定平台上，触探操作时探杆需要首先从平台甲板经过水层后才能贯入海底地层；海床式的主要特点是贯入设备稳定支撑于海床面上，将探头直接连续的贯入海底以取得探头所检测到的地层应力；井下式的主要特点是钻探与静力触探相结合的循环贯入方式，触探操作时贯入装置设置于钻杆内部并将探头从钻杆底部经钻头贯入海底地层，而钻探主要负责扫除触探已经完成的地层以便开始下一循环周期的触探操作。综合比较，海床式静力触探无论从技术方面还是从施工方面均具有明显的优势，主要表现在：浅水和深水均可使用，适用范围广；触探基准稳定、触探路径连续；可通过贯入力、自重以及套管的不同配置，适应于不同的探测深度需求；施工难度小、施工成本较低、施工效率高。因此，海床式静力触探是目前国际上使用最为广泛的海洋静力触探施工工艺，其相关设备也最为多种多样。

目前，国外从事海床式静力触探系统的研发、生产和销售，分别为：荷兰辉固公司、荷兰范登堡公司和英国Datem公司等。相应公司的产品几乎承接了我国80%以上的海洋静力触探工作量，但是这些产品都得依赖进口，价格昂贵而且技术保密。因此我国各类海洋工程建设迫切需要性价比高的海底勘测高端装备，来得到准确的海床地质条件情况与具体的物理力学参数。国内的海床式静力触探起步较晚，上世纪七十年代中国科学院海洋研究所研制成功的海底静力触探仪为首要代表，后来研制出了一批适合不同水下工况的海底静力触探系统，这些系统并没有像国外一样得到大规模的推广应用，技术上仍停留在科研水平，实际应用的案例较少，尤其是较大贯入力的海底静力触探系统更少。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，解决了我国各类海洋工程建设迫切需要性价比高的海底勘测高端装备的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，包括机架和探杆探头，所述机架的一侧固定安装有配重块，所述机架的内侧固定安装有调平机构，所述调平机构包括调平油缸、水准仪和倾角传感器，所述水准仪和倾角传感器的输出端均与调平油缸的输入端相连接，所述机架内侧的底部固定安装有夹持器，所述机架的内侧安装有链条夹紧驱动机构，所述链条夹紧驱动机构由两组链轮链条传动机构组成，且两组链轮链条传动机构均包括滑架、滑板、液压马达和减速机、横向张紧装置、夹紧油缸、纵向张紧装置、从动轴轮、链条压板、链条卡瓦和主动轴轮，所述滑板固定滑动安装在滑架的顶部，所述滑板的一侧固定安装有液压马达和减速机、横向张紧装置和纵向张紧装置，所述滑板的另一侧转动安装有从动轴轮和主动轴轮，所述链条卡瓦滑动安装在从动轴轮和主动轴轮的外侧，所述机架内侧的顶部固定安装有计米器，所述机架的内侧固定安装有滑轮组，所述机架的内侧固定安装有液压系统，所述机架的内侧固定安装有电控系统。

优选的，两组所述链轮链条传动机构呈镜像设置在机架的内侧，所述探杆探头夹装在两组链轮链条传动机构之间，所述液压马达和减速机的输出端通过花键安装在主动轴轮的一端。

通过采用上述技术方案，优点在于液压马达和减速机回转带动链条运动，通过夹紧探杆的链条卡瓦带动探杆探头完成向下贯入或向上提升动作。

优选的，两组所述链轮链条传动机构均安装在滑架内侧，所述夹紧油缸的两端分别安装在两组链轮链条机构两侧的滑板上。

通过采用上述技术方案，优点在于两组链轮链条传动机构安装在滑架上，两组夹紧油缸两端分别安装在两组链轮链条机构两侧的滑板上，夹紧油缸伸缩带动链轮链条机构向内向外移动，通过两组相对的链条卡瓦完成夹紧松开探杆的动作。

优选的，所述链条卡瓦包括卡瓦和链条，所述卡瓦固定安装在链条的销轴上，所述卡瓦成V字型，且卡瓦的V型面上镶有四排硬质合金。

通过采用上述技术方案，优点在于卡瓦安装在链条的销轴上与链条一起转动，卡瓦设计成V型能起自动定位作用，在卡瓦的V型面上镶有四排硬质合金，能满足不同直径探杆和套管的卡紧。

优选的，所述机架的底部设置有底板，且底板的顶部固定安装有底横梁，所述配重块的底部开设有凹槽，且凹槽的规格尺寸与底横梁的规格尺寸相适配，所述底横梁插接在凹槽的内部，所述机架的两侧均设置有侧立柱，所述配重块的一侧固定安装有压梁，所述压梁固定安装在侧立柱的一侧，所述配重块的外侧固定安装有缓冲胶条。

通过采用上述技术方案，优点在于配重块的外侧面和上下侧面分别装有缓冲胶条，防止收放时与船体等碰撞损坏设备和仪器，配重块有两种不同重量，根据需要添加合适的配重块。

优选的，所述计米器包括架体，所述架体的一侧固定安装有编码器，所述架体的内侧活动安装有两个计米轮，两个所述计米轮的两端均固定安装有拉簧。

通过采用上述技术方案，优点在于计米器的作用是记录探杆探头下降速度，经编码器返回信号到控制系统，系统修正贯入速度符合要求为止，静力触探自动连续贯入。

优选的，所述调平油缸有四个，四个所述调平油缸呈矩形对称安装在机架的内侧。

通过采用上述技术方案，优点在于可根据水准仪显示和倾角传感器传递的数据，调整相应的调平油缸伸缩完成整个装置调平工作。

优选的，所述探杆探头安装在夹持器的内侧，所述探杆探头安装在计米器的内侧。

通过采用上述技术方案，优点在于计米器的作用是记录探杆探头下降速度，经编码器返回信号到控制系统，系统修正贯入速度符合要求为止，静力触探自动连续贯入。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型结构紧凑，模块化设计，全程视频监控，工作稳定可靠，能够满足一般的水下静力触探自动连续贯入需要，并且能耗低，性价比高，本实用新型可广泛应用于码头建设、海上风电、跨海桥隧、能源勘探开发、军事后勤保障、海底管线铺设、海上人工岛、海洋牧场、海洋科学研究等一系列海上工程项目静力触探等项目勘测任务。

2、通过设置的两组链轮链条传动机构安装在滑架上，两组夹紧油缸两端分别安装在两组链轮链条机构两侧的滑板上，夹紧油缸伸缩带动链轮链条机构向内向外移动，通过两组相对的链条卡瓦完成夹紧松开探杆的动作，液压马达和减速机回转带动链条运动，通过夹紧探杆的链条卡瓦带动探杆探头完成向下贯入或向上提升动作，操作方便，使用简单。

3、通过设置的卡瓦安装在链条的销轴上与链条一起转动，卡瓦设计成V型能起自动定位作用，在卡瓦的V型面上镶有四排硬质合金，能满足不同直径探杆和套管的卡紧，计米器的作用是记录探杆探头下降速度，经编码器返回信号到控制系统，系统修正贯入速度符合要求为止，静力触探自动连续贯入。

附图说明

图1为本实用新型的正视结构示意图；

图2为本实用新型的侧视结构示意图；

图3为本实用新型的链条卡瓦俯视结构示意图；

图4为本实用新型的计米器俯视结构示意图。

图中：1、机架；2、配重块；3、调平机构；4、链条夹紧驱动机构；5、电控系统；6、计米器；7、滑轮组；8、液压系统；9、夹持器；10、探杆探头；11、滑架；12、滑板；13、液压马达和减速机；14、横向张紧装置；15、夹紧油缸；16、纵向张紧装置；17、从动轴轮；18、链条压板；19、链条卡瓦；20、主动轴轮；21、侧立柱；22、压梁；23、缓冲胶条；24、底横梁；25、调平油缸；26、链条；27、卡瓦；28、编码器；29、计米轮；30、拉簧。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方案中的附图，对本实用新型实施方案中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本实用新型一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本实用新型中的实施方案，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方案，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图4所示，海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，包括机架1和探杆探头10，机架1的一侧固定安装有配重块2，机架1的内侧固定安装有调平机构3，调平机构3包括调平油缸25、水准仪和倾角传感器，水准仪和倾角传感器的输出端均与调平油缸25的输入端相连接，机架1内侧的底部固定安装有夹持器9，机架1的内侧安装有链条夹紧驱动机构4，链条夹紧驱动机构4由两组链轮链条传动机构组成，且两组链轮链条传动机构均包括滑架11、滑板12、液压马达和减速机13、横向张紧装置14、夹紧油缸15、纵向张紧装置16、从动轴轮17、链条压板18、链条卡瓦19和主动轴轮20，滑板12固定滑动安装在滑架11的顶部，滑板12的一侧固定安装有液压马达和减速机13、横向张紧装置14和纵向张紧装置16，滑板12的另一侧转动安装有从动轴轮17和主动轴轮20，链条卡瓦19滑动安装在从动轴轮17和主动轴轮20的外侧，机架1内侧的顶部固定安装有计米器6，机架1的内侧固定安装有滑轮组7，机架1的内侧固定安装有液压系统8，机架1的内侧固定安装有电控系统5。

上述技术方案的工作原理如下：

静力触探装置在水面配有起吊卷扬机架，起吊机架安装在合适的位置，如驳船、升降平台，码头前沿等，卷扬机架底座油缸控制钢台板前伸，起重机将静力触探装置放在卷扬机架基座钢台板上，起吊卷扬机钢丝绳自静力触探装置机架1内侧的滑轮组7内穿好，试验起吊卷扬钢丝绳是否牢固，静力触探装置是否平衡，调整静力触探装置配重块2，检查静力触探装置各模块工作状态，启动液压马达和减速机13运转试验各液压元件是否正常，正常后关掉总开关，起吊卷扬拉起静力触探装置，收回钢台板，卷扬机徐徐下放静力触探装置至水底，接通电源启动监控系统，观察静力触探装置水平状态，启动液压系统调平机构3调平静力触探装置，观察压力补偿装置和液压系统8是否正常，电器控制各模块是否正常，各部正常后，水面上卷扬机架钢台板伸出，卷扬机吊起静力触探用探杆探头10，由自动导卡装置以滑轮组的两根钢丝绳为导向，把探杆探头10送至水下静力触探装置收容口，穿过链条夹紧驱动机构4慢速下入至海底，探杆探头10到位，链条夹紧驱动机构链条4卡瓦19夹紧探杆探头10，液压马达和减速机13运转带动主动轴轮20转动，从而带动从动轴轮17和链条卡瓦19转动，设定链条26传动机构贯入速度（20±5mm/s），正向加压探杆探头10向下贯入，此时计米器6记录探杆探头10下降速度经编码器28返回信号到控制系统，系统修正贯入速度符合要求为止，静力触探自动连续贯入，贯入结束，液压马达和减速机13反转，链条传动机构反向加压，探杆探头10向上运动，完成探杆的提升，水面卷扬配合提升探杆至水面工作台上，卷扬机再提升静力触探装置至水面工作台上，完成整个静力触探贯入工作。

在另外一个实施方案中，如图1-4所示，两组链轮链条传动机构呈镜像设置在机架1的内侧，探杆探头10夹装在两组链轮链条传动机构之间，液压马达和减速机13的输出端通过花键安装在主动轴轮20的一端，两组链轮链条传动机构均安装在滑架11内侧，夹紧油缸15的两端分别安装在两组链轮链条机构两侧的滑板12上。

液压马达和减速机13回转带动链条运动，通过夹紧探杆的链条卡瓦19带动探杆探头10完成向下贯入或向上提升动作，两组链轮链条传动机构安装在滑架11上，两组夹紧油缸15两端分别安装在两组链轮链条机构两侧的滑板12上，夹紧油缸15伸缩带动链轮链条机构向内向外移动，通过两组相对的链条卡瓦19完成夹紧松开探杆的动作。

在另外一个实施方案中，如图1-4所示，链条卡瓦19包括卡瓦27和链条26，卡瓦27固定安装在链条26的销轴上，卡瓦27成V字型，且卡瓦27的V型面上镶有四排硬质合金。

卡瓦27安装在链条26的销轴上与链条26一起转动，卡瓦27设计成V型能起自动定位作用，在卡瓦27的V型面上镶有四排硬质合金，能满足不同直径探杆和套管的卡紧。

在另外一个实施方案中，如图1-4所示，机架1的底部设置有底板，且底板的顶部固定安装有底横梁24，配重块2的底部开设有凹槽，且凹槽的规格尺寸与底横梁24的规格尺寸相适配，底横梁24插接在凹槽的内部，机架1的两侧均设置有侧立柱21，配重块2的一侧固定安装有压梁22，压梁22固定安装在侧立柱21的一侧，配重块2的外侧固定安装有缓冲胶条23。

配重块2的外侧面和上下侧面分别装有缓冲胶条23，防止收放时与船体等碰撞损坏设备和仪器，配重块2有两种不同重量，根据需要添加合适的配重块2。

在另外一个实施方案中，如图1-4所示，计米器6包括架体，架体的一侧固定安装有编码器28，架体的内侧活动安装有两个计米轮29，两个计米轮29的两端均固定安装有拉簧30，探杆探头10安装在夹持器9的内侧，探杆探头10安装在计米器6的内侧。

计米器6的作用是记录探杆探头10下降速度，经编码器返回信号到控制系统，系统修正贯入速度符合要求为止，静力触探自动连续贯入。

在另外一个实施方案中，如图1-4所示，调平油缸25有四个，四个调平油缸25呈矩形对称安装在机架1的内侧。

可根据水准仪显示和倾角传感器传递的数据，调整相应的调平油缸25伸缩完成整个装置调平工作。

本实用新型的工作原理及使用流程：静力触探装置在水面配有起吊卷扬机架，起吊机架安装在合适的位置，如驳船、升降平台，码头前沿等，卷扬机架底座油缸控制钢台板前伸，起重机将静力触探装置放在卷扬机架基座钢台板上，起吊卷扬机钢丝绳自静力触探装置机架1内侧的滑轮组7内穿好，试验起吊卷扬钢丝绳是否牢固，静力触探装置是否平衡，调整静力触探装置配重块2，检查静力触探装置各模块工作状态，启动液压马达和减速机13运转试验各液压元件是否正常，正常后关掉总开关，起吊卷扬拉起静力触探装置，收回钢台板，卷扬机徐徐下放静力触探装置至水底，接通电源启动监控系统，观察静力触探装置水平状态，启动液压系统调平机构3调平静力触探装置，观察压力补偿装置和液压系统8是否正常，电器控制各模块是否正常，各部正常后，水面上卷扬机架钢台板伸出，卷扬机吊起静力触探用探杆探头10，由自动导卡装置以滑轮组的两根钢丝绳为导向，把探杆探头10送至水下静力触探装置收容口，穿过链条夹紧驱动机构4慢速下入至海底，探杆探头10到位，链条夹紧驱动机构4链条卡瓦19夹紧探杆探头10，液压马达和减速机13运转带动主动轴轮20转动，从而带动从动轴轮17和链条卡瓦19转动，设定链条26传动机构贯入速度（20±5mm/s），正向加压探杆探头10向下贯入，此时计米器6记录探杆探头10下降速度经编码器28返回信号到控制系统，系统修正贯入速度符合要求为止，静力触探自动连续贯入，贯入结束，液压马达和减速机13反转，链条传动机构反向加压，探杆探头10向上运动，完成探杆的提升，水面卷扬配合提升探杆至水面工作台上，卷扬机再提升静力触探装置至水面工作台上，完成整个静力触探贯入工作。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方案，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施方案进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，包括机架（1）和探杆探头（10），其特征在于：所述机架（1）的一侧固定安装有配重块（2），所述机架（1）的内侧固定安装有调平机构（3），所述调平机构（3）包括调平油缸（25）、水准仪和倾角传感器，所述水准仪和倾角传感器的输出端均与调平油缸（25）的输入端相连接，所述机架（1）内侧的底部固定安装有夹持器（9），所述机架（1）的内侧安装有链条夹紧驱动机构（4），所述链条夹紧驱动机构（4）由两组链轮链条传动机构组成，且两组链轮链条传动机构均包括滑架（11）、滑板（12）、液压马达和减速机（13）、横向张紧装置（14）、夹紧油缸（15）、纵向张紧装置（16）、从动轴轮（17）、链条压板（18）、链条卡瓦（19）和主动轴轮（20），所述滑板（12）固定滑动安装在滑架（11）的顶部，所述滑板（12）的一侧固定安装有液压马达和减速机（13）、横向张紧装置（14）和纵向张紧装置（16），所述滑板（12）的另一侧转动安装有从动轴轮（17）和主动轴轮（20），所述链条卡瓦（19）滑动安装在从动轴轮（17）和主动轴轮（20）的外侧，所述机架（1）内侧的顶部固定安装有计米器（6），所述机架（1）的内侧固定安装有滑轮组（7），所述机架（1）的内侧固定安装有液压系统（8），所述机架（1）的内侧固定安装有电控系统（5）。

2.根据权利要求1所述的海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，其特征在于：两组所述链轮链条传动机构呈镜像设置在机架（1）的内侧，所述探杆探头（10）夹装在两组链轮链条传动机构之间，所述液压马达和减速机（13）的输出端通过花键安装在主动轴轮（20）的一端。

3.根据权利要求1所述的海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，其特征在于：两组所述链轮链条传动机构均安装在滑架（11）内侧，所述夹紧油缸（15）的两端分别安装在两组链轮链条机构两侧的滑板（12）上。

4.根据权利要求1所述的海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，其特征在于：所述链条卡瓦（19）包括卡瓦（27）和链条（26），所述卡瓦（27）固定安装在链条（26）的销轴上，所述卡瓦（27）成V字型，且卡瓦（27）的V型面上镶有四排硬质合金。

5.根据权利要求1所述的海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，其特征在于：所述机架（1）的底部设置有底板，且底板的顶部固定安装有底横梁（24），所述配重块（2）的底部开设有凹槽，且凹槽的规格尺寸与底横梁（24）的规格尺寸相适配，所述底横梁（24）插接在凹槽的内部，所述机架（1）的两侧均设置有侧立柱（21），所述配重块（2）的一侧固定安装有压梁（22），所述压梁（22）固定安装在侧立柱（21）的一侧，所述配重块（2）的外侧固定安装有缓冲胶条（23）。

6.根据权利要求1所述的海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，其特征在于：所述计米器（6）包括架体，所述架体的一侧固定安装有编码器（28），所述架体的内侧活动安装有两个计米轮（29），两个所述计米轮（29）的两端均固定安装有拉簧（30）。

7.根据权利要求1所述的海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，其特征在于：所述调平油缸（25）有四个，四个所述调平油缸（25）呈矩形对称安装在机架（1）的内侧。

8.根据权利要求1所述的海床式链夹紧驱动连续贯入静力触探装置，其特征在于：所述探杆探头（10）安装在夹持器（9）的内侧，所述探杆探头（10）安装在计米器（6）的内侧。

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