NO309335B1

NO309335B1 - Excavator for underwater excavation work

Info

Publication number: NO309335B1
Application number: NO990817A
Authority: NO
Inventors: Trond Hystad
Original assignee: Hystad Leif Arne
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2001-01-15
Also published as: NO990817L; WO2000050698A1; AU2833700A; NO990817D0

Description

Denne oppfinnelse vedrører en gravemaskin for installasjon om bord på et overflatefartøy, for eksempel en slepebåt, omfattende et bomverk som ved den ene ende er svingbart opplagret og ved den annen ende bærer en graveskuffe, hvilket bomverk omfatter to langsgående, i fartøyets lengderetning forløpen-de, i det vesentlige parallelle bomarmer som ved et opplagringssted om bord har en tverrgående, fortrinnsvis felles aksling og ved de motsatte ender, et stykke foran baugen, er forbundet ved hjelp av et tverrgående åk. This invention relates to an excavator for installation on board a surface vessel, for example a tugboat, comprising a boom which is pivotably supported at one end and carries a digging bucket at the other end, which boom comprises two longitudinal, in the vessel's longitudinal direction, , essentially parallel boom arms which at a stowage point on board have a transverse, preferably common axle and at the opposite ends, some distance in front of the bow, are connected by means of a transverse yoke.

Slike sjøbaserte gravemaskiner er konstruert med henblikk på å utføre undersjøiske gravearbeider, for eksempel forflytting av masser på sjøbunnen fra ett sted til et annet og for opplasting av masser på/fra sjøbunnen, for eksempel i forbindelse med mudring, molobygging etc. Such sea-based excavators are designed with a view to carrying out underwater excavation work, for example moving masses on the seabed from one place to another and for loading masses onto/from the seabed, for example in connection with dredging, breakwater construction etc.

Et primært formål ved slike gravemaskiner som utfører sitt arbeid på sjøbunnen, har vært å sikre stor (dyp) rekkevidde og stor løftekraft. A primary purpose of such excavators that carry out their work on the seabed has been to ensure a large (deep) reach and large lifting power.

US patentskrift nr. 3,919,790 omhandler således et under-sjøisk oppmudringsapparat som kan være installert på en lek-ter. Dette kjente undervannsapparat er utstyrt med skovlhjul, undervannspumpe og rør som via ledd-dannende rørkoplinger står i forbindelse med kombinerte rørledning-/bomarmelementer hvis øvre ender er svingbare om en felles horisontal akse. Det gaffelformede bomverk svinges ved hjelp av vaiere som fø-rer til heisespill om bord på lekteren. US Patent No. 3,919,790 thus deals with an underwater dredging apparatus which can be installed on a barge. This known underwater device is equipped with a paddle wheel, an underwater pump and pipes which are connected via joint-forming pipe connections to combined pipeline/boom elements whose upper ends are pivotable about a common horizontal axis. The fork-shaped boom is swung using cables that lead to hoists on board the barge.

Et lignende undersjøisk oppmudringsapparat hvis funksjon imidlertid i sin helhet er basert på sugevirkning, er vist og beskrevet i US patentskrift nr. 3,407.520. A similar underwater dredging apparatus, whose function is however entirely based on suction, is shown and described in US Patent No. 3,407,520.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse er det tatt sikte på å tilveiebringe et meget stabilt, særlig side-stabilt, graveaggregat, hvor overflatefartøyets dekksdimensjoner er utnyttet optimalt med henblikk på graveaggregatets rekkevidde, styrke og stabilitet. In accordance with the present invention, the aim is to provide a very stable, particularly laterally stable, digging unit, where the surface vessel's deck dimensions are utilized optimally with a view to the digging unit's range, strength and stability.

Nevnte formål er ifølge oppfinnelsen realisert ved at en sjø-basert gravemaskin utformet i overensstemmelse med de trekk som fremgår av den innledende del av patentkrav 1, i tillegg oppviser de særtrekk som er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. According to the invention, said purpose is realized by a sea-based excavator designed in accordance with the features appearing in the introductory part of patent claim 1, in addition showing the special features stated in the characterizing part of patent claim 1.

Ifølge oppfinnelsen er graveskuffen, direkte eller indirekte, svingbart opplagret på det tverrgående åk som forbinder de to foran baugen ragende bomarmender med hverandre. Graveskuffen får derved god bevegelighet og symmetrisk plassering i bomverket, slik at hele graveaggregatet sikres god sidestabili-tet, samtidig som graveskuffens bevegelighet muliggjør for-bedret mekanisk påvirkning av sammenpakkede hauger av masse på sjøbunnen. According to the invention, the digging bucket is, directly or indirectly, pivotally supported on the transverse yoke which connects the two boom ends projecting in front of the bow with each other. The digging bucket thereby has good mobility and a symmetrical position in the boom, so that the entire digging unit is ensured good lateral stability, while the mobility of the digging bucket enables improved mechanical impact of packed piles of mass on the seabed.

Den sjøbaserte gravemaskins svingbare bomverk omfatter to det vesentlige parallelle, langsgående bomarmer som forrest, ved graveskuffen, er forenet ved et tverrgående åk, hvor grave-skuf f en er opphengt med egensvigning om en med nevnte åk pa-rallell akse, mens de i det vesentlige parallelle, langsgående bomarmer bakerst er svingbart opplagret fortrinnsvis via en felles, tverrgående aksling som forløper parallelt med graveskuffens svingeakse. The sea-based excavator's pivoting boom includes two essentially parallel, longitudinal boom arms which at the front, at the digging bucket, are united by a transverse yoke, where the digging bucket is suspended with self-oscillation about an axis parallel to said yoke, while in the substantially parallel, longitudinal boom arms at the rear are pivotably supported, preferably via a common, transverse axle that runs parallel to the digger bucket's pivot axis.

For graveaggregatets svingning og løftekraft, er nevnte tverrgående åk utstyrt med minst ett feste for et heisetau som fører til et kraftig heisespill. For the excavator unit's oscillation and lifting power, said transverse yoke is equipped with at least one attachment for a hoist rope which leads to a powerful hoist winch.

For å utnytte overflatefartøyets dekksdimensjoner maksimalt, i den hensikt å øke graveaggregatets sidestabiltet, løfte-kraft og generelle styrkeegenskaper, blir bomverkets svingeaksling plassert helt akter mens en ledeskive for heisetauet er plassert over dekksnivå, ved eller noe foran fartøyets forreste punkt. Bomverk med opplagringsinnretning, skuffe og heisespill posisjoneres slik at det hele blir speil-symmetrisk om et vertikalt plan igjennom fartøyets midtre langsgående akse. In order to make maximum use of the surface vessel's deck dimensions, with the intention of increasing the dredger's lateral stability, lifting power and general strength characteristics, the boom structure's swing axle is placed completely aft, while a guide sheave for the hoisting rope is placed above deck level, at or somewhat forward of the vessel's forward point. The boom with storage device, bucket and winch are positioned so that the whole is mirror-symmetric about a vertical plane through the vessel's central longitudinal axis.

I graveaggregatets sammentrukne, uvirksomme stilling er det stort sett bare graveskuffen og umiddelbart tilstøtende par-tier som rager utenfor fartøyets omriss. In the collapsed, inactive position of the digging unit, it is mostly only the digging bucket and immediately adjacent parts that protrude beyond the outline of the vessel.

Gravemaskinen ifølge oppfinnelsen blir fortrinnsvis montert på en kraftig, manøvreringsdyktig båt med stor maskinkraft, for eksempel i form av en slepebåt. The excavator according to the invention is preferably mounted on a powerful, manoeuvrable boat with great engine power, for example in the form of a tugboat.

Graveskuffen kan på i og for seg kjent måte ha foroverrettede tenner. Dens egensvingning i forhold til eksempelvis bomarmene kan med fordel iverksettes ved hjelp av trykkfluid-drevne stempelsylindre/teleskopsylindre eller andre forleng-bare/forkortbare aktuatorer hvis ene aksiale ende er leddforbundet med bomverkets tverrgående åk og hvis annen aksiale ende er leddforbundet med graveskuffens bakre veggparti. The digging bucket can, in a manner known per se, have forward-directed teeth. Its self-oscillation in relation to, for example, the boom arms can advantageously be implemented with the help of pressurized fluid-driven piston cylinders/telescopic cylinders or other extendable/shortenable actuators, one axial end of which is articulated with the transverse yoke of the boom and the other axial end of which is articulated with the rear wall part of the digging tray.

De meget langstrakte, svingbare bomarmers meget vesentlige lengdeutstrekning begunstiger graveaggregatets rekkevidde, idet løftekraften er overlatt til ett eller to heisespill hvis heisetauende(r) er fastgjort sentralt til feste(r) på bomverkets tverrgående åk. Dette forenkler konstruksjoner betydelig i forhold til bruk av helt eller delvis neddykkede drivanordninger. The very elongated, pivoting boom arms' very significant length extension favors the range of the digging unit, as the lifting power is left to one or two hoisting winches whose hoisting rope(s) are attached centrally to attachment(s) on the boom's transverse yoke. This simplifies constructions significantly compared to the use of fully or partially submerged drive devices.

En øvre ledeskive for heisetauet kan med fordel være montert i toppen av en stender/davit plassert i fartøyets forreste punkt, slik at ledeskiven befinner seg i passe høyde over fartøydekket. En slik plassering av ledeskiven(e) for heisetau som fører til en vinsj og med fri ende til nevnte feste på bomverkets tverrgående åk, gir graveaggregatets bomverk stor svingevinkel og dermed stor løftehøyde/rekkevidde, reg-net fra opplagringen på fartøyets hekk og stedet for gravearbeider på sjøbunnen. An upper guide disc for the hoist rope can advantageously be mounted at the top of a stand/davit placed at the forward point of the vessel, so that the guide disc is at the right height above the vessel's deck. Such a placement of the guide disc(s) for the hoisting rope leading to a winch and with the free end to the said attachment on the boom's transverse yoke, gives the excavator's boom a large turning angle and thus a large lifting height/reach, calculated from the storage on the vessel's stern and the place for excavation work on the seabed.

Graveskuffen kan hensiktsmessig være tilordnet et bevegelig lokk som gjøres virksomt ved forflytting av masse i skuffen. Et slikt lokk som med fordel kan være hydraulisk manøvrer-bart, medfører den fordel at masser inneholdende mange små-partikler hindres i å virvles opp. The digging tray can suitably be assigned a movable lid which is made active by moving mass in the tray. Such a lid, which can advantageously be hydraulically manoeuvrable, has the advantage that masses containing many small particles are prevented from being swirled up.

Ved moderat forflyttingsstrekning for masse kan et båt-båret graveaggregat arbeide uten hjelp fra lektere. Masser fra sjø-bunnen kan eventuelt leveres på land og brukes i fyllinger, molobygging etc. In the case of a moderate movement distance for mass, a boat-borne digging unit can work without the help of barges. Masses from the seabed can possibly be delivered on land and used in embankments, breakwater construction, etc.

Den sjøbaserte gravemaskin ifølge oppfinnelsen er spesielt velegnet for masseforflytting og planering av sjøbunn. The sea-based excavator according to the invention is particularly suitable for mass transfer and seabed planning.

Den sjøbaserte gravemaskin ifølge oppfinnelsen betjenes lett av én operatør. The sea-based excavator according to the invention is easily operated by one operator.

En sjøbasert gravemaskin ifølge den foreliggende oppfinnelse kan koples fri fra overflatefartøyet ved å oppheve gravema-skinens forbindelse med båtens hekk ved de to bomarmers felles svingeaksling. A sea-based excavator according to the present invention can be disconnected from the surface vessel by canceling the excavator's connection with the stern of the boat at the joint pivot shaft of the two boom arms.

Graveaggregatet har stor gravekapasitet overfor de fleste typer masser man vil støte på i undersjøisk sammenheng. Spesielt oppnås det en optimal utnyttelse av graveaggregatets kapasitet i forbindelse med opplasting og forflytting av masser som stammer fra sprengt fjell. The digging unit has a large digging capacity for most types of masses that will be encountered in an underwater context. In particular, optimal utilization of the excavator's capacity is achieved in connection with loading and moving masses originating from blasted rock.

I et typisk tilfelle kan båten ha en lengde på 30 meter, en bredde på 8 meter; dyptgående: 4 meter; skyvekraft 15-20 tonn, truster 2-5 tonn, skuffevolum 12-15m<3>, vinsjarrange-ment: minimum 30 tonn; intervall 5-7 minutter (avhengig av transport); kapasitet ca. 150 m<3>/time (arbeidsdybde 0-20 meter) . In a typical case, the boat may have a length of 30 metres, a width of 8 metres; depth: 4 meters; thrust 15-20 tonnes, trusts 2-5 tonnes, bucket volume 12-15m<3>, winch arrangement: minimum 30 tonnes; interval 5-7 minutes (depending on transport); capacity approx. 150 m<3>/hour (working depth 0-20 metres) .

Et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform forklares i det etterfølgende under henvisning til medfølgen-de tegninger, hvor: A non-limiting example of a preferred embodiment is explained below with reference to the accompanying drawings, where:

Fig. 1-3 viser sideriss av en sjøbasert gravemaskin ifølge oppfinnelsen båret av et overflatefartøy, mens fig. 4 viser samme fartøy med graveaggregat i planriss ovenfra, idet: Fig. 1 illustrerer graveaggregatet i virksom stilling med graveskuffen i graveposisjon i forhold til masse på sjøbun-nen; Fig. 2 viser graveaggregatet i transportstilling hvor skuffen med masse er orientert med åpningen rettet oppover; Fig. 3 svarer til fig. 2, men viser skuffen i tømmestilling, rettet skrått nedover; Fig. 4 illustrerer graveaggregatets bomverk, svarende i det vesentlige til stillingen ifølge fig. 2. Fig. 1-3 show side views of a sea-based excavator according to the invention carried by a surface vessel, while fig. 4 shows the same vessel with an excavating unit in plan view from above, in that: Fig. 1 illustrates the excavating unit in active position with the excavating bucket in digging position in relation to mass on the seabed; Fig. 2 shows the digging unit in transport position where the bucket with mass is oriented with the opening directed upwards; Fig. 3 corresponds to fig. 2, but shows the tray in the emptying position, directed obliquely downwards; Fig. 4 illustrates the boom structure of the digging unit, essentially corresponding to the position according to fig. 2.

Som det særlig fremgår av fig. 2-4 har et overflatefartøy-båret graveaggregat, generelt betegnet med henvisningstallet 10, en langsgående utstrekning som noe overstiger fartøyets 12 lengde, for eksempel 30 meter. As can be seen in particular from fig. 2-4 has a surface vessel-borne digging unit, generally denoted by the reference number 10, a longitudinal extent which somewhat exceeds the length of the vessel 12, for example 30 metres.

Det fartøy-bårne graveaggregat 10 omfatter et meget lang-strakt bomverk bestående av to i det vesentlige parallelle og i fartøyets 12 lengderetning forløpende, stive bomarmer 14, fig. 4, som via en tverrgående, felles aksling 16 med i ho-vedsak horisontal akse er svingbart opplagret akter, et opplagringssted som er optimalt valgt med hensyn til graveaggregatets rekkevidde. En begrensende faktor for denne rekkevidde er at graveskuffen 18 skal kunne fires ned og hales opp via et punkt 20 som ikke befinner seg for langt foran baugen. Like foran baugen er de to langsgående bomarmer forbundet via et tverrgående åk 22 som har et midtre feste 24. The vessel-borne digging unit 10 comprises a very elongated boom structure consisting of two substantially parallel and running in the longitudinal direction of the vessel 12, rigid boom arms 14, fig. 4, which via a transverse, common axle 16 with a mainly horizontal axis is pivotably stored aft, a storage location that is optimally chosen with regard to the reach of the digging unit. A limiting factor for this range is that the digging tray 18 must be able to be lowered and hauled up via a point 20 which is not too far forward of the bow. Just in front of the bow, the two longitudinal boom arms are connected via a transverse yoke 22 which has a central attachment 24.

Fra fremre baugparti, med relativt steilt foroverskrånende stilling er anordnet en stender 32, som er utformet, posisjo-nert og orientert med henblikk på gunstig angrepspunkt på bomverket ved nedfiring, opphaling og fastholdelse i transportstilling over havflaten. From the forward bow section, with a relatively steep forward sloping position, a strut 32 is arranged, which is designed, positioned and oriented with a view to a favorable point of attack on the boom during lowering, hauling up and retention in a transport position above the sea surface.

Stenderens 32 fremre skråningskant kan eksempelvis strekke seg under samme vinkel til et horisontalplan som selve baugen. The forward sloping edge of the strut 32 can, for example, extend at the same angle to a horizontal plane as the bow itself.

Stenderen 32 bærer i sin øvre, frie ende en ledeskive 30 for et heisetau 26 hvis ene ende er fastgjort til festet 24 på tverråket 22, fig. 4, og hvis annen ende fører til et heisespill 28. Det kan selvsagt anordnes to vinsjer hvis vaiere løper over hver sin av to fortrinnsvis parallelle, koaksiale ledeskiver 30 anordnet i toppen av en bred, felles stender, og hvor de frie vaierender fører til hvert sitt feste, svarende til 24, i samme avstand fra tverråkets 22 midtpunkt. The upright 32 carries at its upper, free end a guide disc 30 for a hoisting rope 26, one end of which is attached to the attachment 24 on the cross yoke 22, fig. 4, and whose other end leads to a winch 28. Two winches can of course be arranged whose cables run over each of two preferably parallel, coaxial guide discs 30 arranged at the top of a wide, common post, and where the free cable ends lead to each its attachment, corresponding to 24, at the same distance from the center point of the cross yoke 22.

Skuffen 18 har foroverrettede tenner 34 og er svingbart opphengt mellom to V-formede armer 36 hvis ene ender er stivt festet til bomverkets tverråk 22 og hvis andre ender er leddforbundet med skuffesidene. Svingeaksen for skuffens 18 egensvingning i enden av det svingbare bomverk 10, er betegnet med 37. The drawer 18 has forward-directed teeth 34 and is pivotably suspended between two V-shaped arms 36, one end of which is rigidly attached to the boom frame crossbar 22 and the other end of which is articulated with the drawer sides. The pivot axis for the self-oscillation of the bucket 18 at the end of the pivotable boom 10 is denoted by 37.

To parallelle hydrauliske stempelsylindre 38 som strekker seg i bomverkets lengderetning og er speilsymmetrisk plassert i forhold til et vertikalplan gjennom båtens lengdemidtakse, er med sine aksiale ender leddforbundet med dels tverråket 22, dels skuffens 18 bakre vegg. Two parallel hydraulic piston cylinders 38 which extend in the longitudinal direction of the boom and are mirror-symmetrically positioned in relation to a vertical plane through the longitudinal center axis of the boat, are articulated with their axial ends partly to the transverse yoke 22, partly to the rear wall of the bucket 18.

Det sjøbaserte graveaggregats/-maskins virkemåte ved å be-trakte fig. 3 i forbindelse med fig. 1 og 2, idet den i fig. 3 viste tømmestilling en fordelaktig ved skuffens nedfiring til en arbeidsplass på sjøbunnen 40 hvor skuffen 18 er brakt i angrepsstilling foran masse 42. The operation of the sea-based digging unit/machine by considering fig. 3 in connection with fig. 1 and 2, as the one in fig. 3 showed an advantageous emptying position during the bucket's descent to a workplace on the seabed 40 where the bucket 18 is brought into attack position in front of mass 42.

Som følge av den enkle oppbygging av graveaggregatet, vil dette lett kunne demonteres fra fartøyet slik at dette kan benyttes til andre typer oppdrag. As a result of the simple structure of the digging unit, it will be easy to dismantle from the vessel so that it can be used for other types of tasks.

Claims

1. Excavator for installation on board a surface vessel (12), for example a tugboat, comprising a boom (10) which is pivotably supported at one end and carries a digging bucket (18) at the other end, which boom (10) comprises two longitudinal, running in the longitudinal direction of the vessel, essentially parallel boom arms (14) which at a storage location on board have a transverse, preferably common shaft (16) and at the opposite ends, a short distance in front of the bow, are interconnected by by means of a transverse yoke (22), characterized in that the digging bucket (18), directly or indirectly, is pivotally supported on the transverse yoke (22).

2. Excavator according to claim 1, characterized in that the digging bucket (18) is pivotally supported (37) at the front ends of preferably V-shaped arms (36) whose rear ends are connected to said transverse yoke (22), and that with the rear wall of the bucket (18) and with said yoke (22) are articulated drivable extendable/shortenable actuators, for example in the form of hydraulic piston/telescopic cylinders (38), for swinging the bucket (18) about its swing axis (37) in relation to the transverse yoke (22).

3. Excavator according to claim 1 or 2, characterized in that the bucket (18) is oriented as in the case of a front digger in the digging unit.

4. Excavator according to any of the preceding claims, characterized in that the digging unit itself, including the boom (10), bucket (18) and the bucket's (18) drive members/piston cylinders (38), has only one mounting location completely aft of the vessel (12 ).