CN103649420B - 带远程操作挖掘车的挖掘机及用该挖掘机***挖掘的方法 - Google Patents

带远程操作挖掘车的挖掘机及用该挖掘机***挖掘的方法 Download PDF

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Abstract

一种挖掘机***（100），用于从海床（110）收集物质（112），包括具有用于储存物质（112）的储料器（116）并具有抽吸管（118）的挖掘船（102），抽吸管在第一管端部（122）处布置成用于将物质（112）排出至储料器（116）中，抽吸管（118）具有用于接收物质（112）的第二管端部（124）。挖掘机***（100）包括具有抽吸头（132）和立管（134）的能远程操作的挖掘车（130），立管在第一立管端部（136）处连接至抽吸头（132）。在使用过程中，能远程操作的挖掘车（130）定位在海床（110）上，并且立管（134）的第二立管端部（138）能释放地连接至第二管端部（124），用于将物质（112）从底部表面（110）引导至储料器（116）。

Description

带远程操作挖掘车的挖掘机及用该挖掘机***挖掘的方法
技术领域
本发明涉及用于从水体（water column）的底部表面收集物质的挖掘机***（dredger system），包括具有用于储存物质的储料器（hopper）和抽吸管的挖掘船，该抽吸管在第一管端部布置成用于将物质排出至储料器中，抽吸管具有用于接收物质的第二端部。
此外，本发明涉及从水体的底部表面收集物质的方法，包括提供具有用于储存物质的储料器的挖掘船，该挖掘船包括抽吸管，该抽吸管在第一管端部布置用于将物质排出至储料器中，并且该抽吸管在第二管端部布置成用于接收物质。
背景技术
这种挖掘船从专利文献EP1857598中是已知的。这里，挖掘船包括抽吸管，该抽吸管在一个管端部处具有用于将物质从水体的底部表面（例如海床）移除的抽吸挖掘头。另一个管端部通过具有枢转轴线的壳体枢转连接至挖掘机壳体，该枢转轴线相对于壳体是横向的。术语“管”在此是指具有隐含刚度的流体运输工具，这种隐含刚度使得在抽吸挖掘操作过程中，抽吸管的形状足够稳定以用于抽吸挖掘头在海床上的受控的定位。术语“管”与术语“软管”相反，该术语“软管”视为相对柔性的流体导管。一般的抽吸挖掘船设置有壳体，用于储存物质的储料器布置在壳体中。枢转接头（其旋转轴线相对于水面基本上水平并且相对于挖掘船壳体横向定向）提供抽吸管与壳体之间的机械连接以及利于将运送的物质通过抽吸管排出至储料器中的流体开孔。如对于一般的抽吸挖掘船是通常的，“储料器”在此视为船壳体的一部分，该储料器成形为接收器以提供用于从海床收集的物质的储存器。
在由EP1857598公开的扩大的挖掘船中，抽吸管具有相当大的长度并且由多个框架加固管区段组成，以便增加可执行挖掘操作的深度。在将要在具有相当地较大深度的水中执行挖掘操作的情况下会产生问题。这种较大的深度可出现在多种操作中，诸如采矿操作、挖掘操作、采砂（sandextraction）等。但是通常，在框架加固抽吸管的长度上的增加会不可避免地导致在深采矿或挖掘操作条件下管和周围框架中的机械压力的增大。因此，用于这种抽吸管构造的最大长度仍是有限的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有挖掘船的挖掘机***，该挖掘机***允许在相当大的深度处进行挖掘操作，而无需对挖掘船进行实质的结构改变。
因此，根据一个方面，提供一种根据权利要求1的前序部分的挖掘机***，其中，该挖掘机***包括具有抽吸头和立管的能远程操作的挖掘车，立管在第一立管端部处与抽吸头流体连通以用于从抽吸头接收物质，其中在使用过程中，能远程操作的挖掘车定位在底部表面上，并且立管的第二立管端部可释放地连接至第二管端部，用于将物质从底部表面引导至储料器。
在使用一般的抽吸挖掘船时，提出的挖掘机***允许达到150至400米或更大的较大挖掘深度。这种抽吸挖掘船通常在抽吸管的第二端部上设置有抽吸头。在提出的***中，抽吸头由具有与挖掘船的抽吸管的第二管端部连接的立管的能远程操作的挖掘车替代。通过使用大体标准的装置，可保留一般挖掘船的功能，同时提供以能远程操作的挖掘车改装挖掘***以用于在任何时刻在较大深度处及在最小的时间量内进行挖掘的的可能性。
在实施方式中，抽吸挖掘船包括具有用于连接至柔性流体导管的弯头的弓形耦接件，其中弓形耦接件与储料器流体连通，其中能远程操作的挖掘车具有能释放地连接至弯头的第二立管端部，并且其中抽吸挖掘船包括用于过滤通过立管和弓形耦接件由挖掘车从底部表面移除至储料器中的物质的另一个泵。
通常，一般抽吸挖掘船还设置有用于连接至流体导管的这种弓形耦接件，该弓形耦接件允许将收集的物质从储料器中排出。在提出的***中，除了第二立管端部与第二抽吸管端部之间的连通性，能远程操作的挖掘车还可使其第二立管端部连接至弓形耦接件的弯头。用于将收集的物质输送至储料器中所需的另一个泵可由已设置在船上的泵构成，用于通过弓形耦接件将挖出的物质从储料器中排出，但是该泵进而还应可反向操作。可替换地，另一个泵可由设置在挖掘船上的额外的泵构成。能远程操作的车的第二立管端部与船的弓形耦接件的弯头之间的连接提供了采用本挖掘船的用于在任何时刻在较大深度处及在最小的时间量内进行挖掘的功能的额外的可能性。
在实施方式中，挖掘机***包括耦接元件，耦接元件的一个端部布置成耦接至第二管端部并且另一个端部布置成耦接至第二立管端部。
挖掘船的抽吸管的第二端部通常适于连接至抽吸头，产生默认的挖掘船组合。通过在能远程操作的挖掘车的立管的端部处提供匹配的耦接元件，默认的挖掘船组合容易地转换至具有能远程操作的挖掘车的挖掘船的加强的挖掘***，而无需另外地调整或对挖掘船进行添加。抽吸管可具有与立管不同的直径。耦接元件可因此具有漏斗形的流动路径以补接（bridge）直径上的差异。
在实施方式中，挖掘机***包括另一个船，其中能远程操作的挖掘车设置有通信缆线，该通信缆线将能远程操作的挖掘车连接至另一个船，用于传输控制或数据信号。
另一个船允许到达和来自能远程操作的挖掘车的控制和/或数据通信，而无需安装用于在挖掘船上操作能远程操作的挖掘车的通信设备。通信缆线提供了在另一个船与能远程操作的挖掘车之间传输控制和/或数据信号的低维护、成本有效的手段，其中传输品质相对独立于挖掘深度。
在挖掘机***的另一个实施方式中，通信缆线设置有终止于通信耦接件中的延伸的上缆线部分，其中延伸的上缆线部分在使用过程中延伸至水体的水面上方。
延伸至水面上方的延伸的上缆线部分允许通信耦接件在挖掘机***的使用过程中保持在水面上方的一位置处。以这样的方式，无需采取昂贵的耐水措施以用于保护该通信耦接免受水造成的磨损。
在挖掘机***的另一个实施方式中，立管在第二立管端部处设置有至少一个浮体，所述浮体用于在能远程操作的挖掘车与挖掘船处于脱离耦接的状态下使第二立管端部保持基本上靠近水面。
当能远程操作的挖掘车相对于挖掘船处于非耦接状态时，浮体提供了用于使第二立管端部保持基本上靠近水面的手段。以这样的方式，立管端部可由挖掘船上的操作人员容易地定位、管理、以及连接至抽吸立管。延伸的上缆线部分可连接至另一个船。可替换地，当未耦接至另一个船时，延伸的上缆线部分上的通信耦接的存在允许通信缆线可连接至浮体或可储存至浮体上或内。
根据挖掘机***的实施方式，能远程操作的挖掘车设置有推进装置。
此外，根据另一个方面，提供一种根据权利要求8的前序部分的从水体的底部表面收集物质的方法，其中：
-提供远程操作的挖掘车，该远程操作的挖掘车定位在底部表面上的并且包括抽吸头和具有第一立管端部的立管，第一立管端部与抽吸头流体连通以用于接收物质；
-建立立管的第二立管端部与抽吸管的第二管端部之间的能释放的连接；
-通过抽吸头将物质从底部表面移除，以及
-引导物质穿过立管和抽吸管进入储料器中。
附图的简要描述
现在将参照示意性附图仅以实例的方式来描述实施方式，在附图中对应的参考符号表示对应的部件，并且在附图中：
图1示意性示出了挖掘***的实施方式的侧视图；
图2示出了可远程操作的挖掘车的侧视图；
图3示意性示出了挖掘***的另一实施方式的侧视图。
附图仅用于说明的目的，并且并不用于限制如由权利要求所主张的范围或保护。
具体实施方式
图1示意性示出了挖掘***100的实施方式的侧视图，该挖掘***用于从水体106的底部表面110收集物质112。在图1和图2中，物质112示出为嵌入底部表面110中的单独的岩石物体。在本说明书中，术语“物质”应广泛地理解为处于底部表面110中或上或者形成底部表面110自身的物体和/或颗粒体积（granulate volume）的集合，即淤泥、砂子、粘土、沉积物、岩石、矿石的碎屑等。在示出的实施方式中，挖掘船102具有挖掘壳体114，该壳体设置有用于储存物质112的储料器116。抽吸管118在第一管端部122处通过枢转连接件120连接至挖掘壳体114，该枢转连接件相对于水面108基本上水平并且相对于挖掘壳体114横向定向。枢转连接件120具有用于引导物质112流过抽吸管118进入储料器116中的开孔，使得第一管端部122有效地布置成用于将物质112排出至储料器116中。抽吸管118具有用于接收物质112的第二端部124。此外，挖掘机组合100包括具有抽吸头132和立管（riser）134的可远程操作的挖掘车130，该立管在第一立管端部136处与抽吸头132流体连通以用于将物质112从抽吸头132输送至第二立管端部138。立管134的至少一部分可由柔性材料（例如橡胶等）构成。在使用过程中，可远程操作的挖掘车130定位在底部表面110上，并且第二立管端部138连接至第二管端部124。
在这种构造中，从底部表面110移除至抽吸头132中的物质112可通过立管134和抽吸管118被引导至储料器116中。
抽吸头132可例如为抽吸拖头或者设置有切割装置（例如鼓式切割机或挖掘轮）的挖掘工具（未示出）。
如图1所示，挖掘船102可包括起重台架126，抽吸管118可通过该起重台架而在基本上水平的静止位置与倾斜的挖掘位置之间移位。
图2示出了根据实施方式的可远程操作的挖掘车130的侧视图。通常，该可远程操作的挖掘车可为履带式牵引装置、遥控船（drone）等。
这里，挖掘机***100包括耦接元件212，该耦接元件一个端部布置成耦接至第二管端部124并且另一个端部布置成耦接至第二立管端部138。耦接元件212可例如包括已知的球式接头。图2中示出的第二立管端部138为至少部分柔性的。
图2中示出的可远程操作的挖掘车130包括抽吸头132，该抽吸头在立管的第一立管端部136处与立管134流体连通。示出的可远程操作的挖掘车设置有泵222，该泵用于产生将物质112从底部表面110输送至抽吸头132中、穿过立管134、到达第二立管端部138、并且进一步到达挖掘船102所需的压力差。如果需要的话，泵222还可相反地操作，用于将物质112沉积回底部表面110上。
图2中示出的挖掘机***100包括另一个船204。另一个船204可设置有用于将可远程操作的挖掘车130部署至水体106中和/或拖出水体的装置（未示出）。另外，可远程操作的挖掘车130设置有将可远程操作的挖掘车130连接至另一个船204的通信缆线214，用于在另一个船204与可远程操作的挖掘车130之间传输控制或数据信号。这里，另一个船204布置成控制可远程操作的挖掘车130和/或布置成保持另一个船204与可远程操作的挖掘车130之间的数据通信连接。
通信缆线214与另一个船204的连接可为永久的。可替换地，通信缆线214可设置有终止在通信耦接（未示出）中的延伸的上缆线部分216，用于可远程操作的挖掘车130与另一个船204之间的可释放的连接。对于具有可释放的通信耦接的通信缆线214，在使用过程中，延伸的上部缆线部分216可延伸至水体106的水面108上方，以用于保护通信耦接免受水的影响。
在挖掘机***100的另一实施方式中，不存在另一个船204，而控制和/或数据通信可替代地建立在挖掘船102与可远程操作的挖掘车130之间。
在图2中，立管134在第二立管端部138处具有多个浮体220，用于在可远程操作的挖掘车130和挖掘船102处于脱离耦接状态时，使第二立管端部138保持靠近水面108。浮体220可由可连接至第二立管端部138的单个的浮力单元组成。可替换地或附加地，一个或多个浮力结构可与第二立管端部138整体形成。此外，浮体220可具有用于为可远程操作的挖掘车130供应电力和/或喷射水流的耦接元件。延伸的上缆线部分216和处于脱离耦接状态的通信耦接件可连接至浮体220上或可储存在其内。
图2中示出的可远程操作的挖掘车130设置有推进装置224。这里，推进装置224包括履带226，该履带用于在使用过程中沿着运动A的方向驱动可远程操作的挖掘车130。可替换地或附加地，推进装置224可包括其他推进装置，例如阿基米德螺旋器（Archimedes screw）、推进器、轮等。基于推进装置224的履带提供耐用的低维护的推进装置。因此，可远程操作的挖掘车130可在结合挖掘船102的使用过程中以及闲置在水体106的底部110上的非耦接状态下在水下保持相对长的时间。
如图3所示，抽吸挖掘船102的实施方式可具有弓形耦接件228，高压力导管（例如柔性软管或浮动管道）可连接至该弓形耦接件，并且其中弓形耦接件228通过适当的流体通道以这样的方式与储料器116流体连通，即，使得挖出的物质可通过设置在船102上的离心泵232由弓形耦接件228从储料器116中排出。弓形耦接件228可用于将高压力导管附接至挖掘船102，而无需借助另一个船。挖掘船102上的有效的泵232可在超过几千米的距离上通过高压力导管来泵吸物质。这种弓形耦接件228还可设置有用于将挖出物质的排放从储料器116中喷射至岸上的倾斜喷口（“彩虹式”）。弓形耦接件228包括框架234，该框架安装在挖掘船102的弓形件229上。弓形耦接件228还包括用于使高压力导管流体密闭地连接至弓形耦接件228的旋转弯头或转动体230（例如在专利文献EP2148120中描述的转动体）以及用于升高或降低该导管的绞盘236。根据本实施方式，可远程操作的挖掘车130在第二立管端部138处设置有用于可释放地连接至弯头230的耦接装置。抽吸挖掘船102可具有另一个泵，该另一个泵是用于过滤（strain）通过立管134并通过弓形耦接件228由挖掘车130移除至储料器116中的挖出的物质。该另一个泵可由离心泵232形成，该离心泵设置成用于将挖出的物质通过弓形耦接件228从储料器116中排出。如果是这种情况，则另一个泵232需要适于向前的或反向的泵吸动作（尽管反向的泵吸（即该离心泵232的抽吸力）可仍然显著地小于向前的泵吸）。可替换地，可在挖掘船102上设置额外的泵232以便能够将物质泵吸至储料器116中。
根据提出的挖掘机***100，用于从水体106的底部表面110中收集物质112的方法包括提供具有用于储存物质112的储料器116的挖掘船102以及抽吸管118的操作，该抽吸管在第一管端部122处布置成用于将物质112排出至储料器116中。此外，该方法包括提供可远程操作的挖掘车130，该可远程操作的挖掘车定位在底部表面110上并且包括抽吸头132和具有与抽吸头132流体连通的第一立管端部136的立管134。在该方法中，立管134的第二立管端部138连接至抽吸管118的第二管端部124。通过使用挖掘机***100，物质112从底部表面110通过抽吸头132移除，随后物质112通过立管134和抽吸管118被引导至储料器116中。
在该方法的另一实施方式中，抽吸挖掘船102包括具有弯头230的弓形耦接件228，该弯头用于连接至柔性流体导管，其中弓形耦接件228与储料器116流体连通，如在此参照图3所描述的。该方法包括选择性地建立可远程操作的挖掘车130的第二立管端部138与抽吸挖掘船102的第二管端部124或弯头230之间的可释放的连接。一旦该连接建立，物质112则通过抽吸头132从海床110上移除。该物质112通过立管134运送。根据选择的连接类型，挖出的物质通过抽吸管118或弓形耦接件228运送至储料器116中。抽吸挖掘船102可具有另一个泵232，该另一个泵是用于过滤通过立管134并通过弓形耦接件228由挖掘车130移除至储料器116中的挖出的物质所需的。
在使用之前，可远程操作的挖掘车130可通过另一个船204（例如起重机船等）部署在水106的底部110上。另一个船204可为挖掘机***100的一部分。另一个船204可设置有用于将可远程操作的挖掘车130部署在水体106中和拖出水体的装置（未示出）。另一个船204布置用于在使用过程中控制可远程操作的挖掘车130和/或保持数据通信连接。出于该目的，可远程操作的挖掘车130可设置有通信缆线214，该通信缆线在使用过程中连接至另一个船204。优选地，可远程操作的挖掘车130对于在底部110上的水下停留相当长的时期而言是足够耐用的。通过在可远程操作的挖掘车130的抽吸管118的第二立管端部138与挖掘船102的抽吸管118的第二管端部124之间建立可释放的连接，允许挖掘船102随意地连接至可远程操作的挖掘车130。如果通过使用挖掘机***100，已将足够量的物质112收集到挖掘船102的储料器116中，则挖掘船102可与可远程操作的挖掘车130脱离连接。在脱离连接的挖掘船102返回至排出位置的同时，可远程操作的挖掘车130可保持在底部表面110上。在清空的挖掘船102返回或另一个挖掘船到达之后，可再次建立可远程操作的挖掘车130与挖掘船102之间的可释放的连接。这里，附接至可远程操作的挖掘车130的立管134的浮体220有利于定位和（重新）连接至可远程操作的挖掘车130。清空的挖掘船102或另一个挖掘船与可远程操作的挖掘车130的重复脱离连接和重新连接允许可远程操作的挖掘车130的连续使用而无需重新部署。
附图元件列表
100  挖掘机***
102  挖掘船
106  水体
108  水面
110  底部表面
112  物质
114  挖掘机壳体
116  储料器
118  抽吸管
120  枢转连接
122  第一管端部
124  第二管端部
126  起重台架
130  可远程操作的挖掘车
132  抽吸头
134  立管
136  第一立管端部
138  第二立管端部
204  另一个船
212  耦接元件
214  通信缆线
220  浮体
222  泵
224  推进装置
226  履带
228  弓形耦接件
229  弓形件
230  弯头
232  船泵
234  框架
236  绞盘

Claims (9)

1.挖掘机***(100)，用于从水体(106)的底部表面(110)收集物质(112)，所述挖掘机***包括具有挖掘机壳体(114)和抽吸管(118)的抽吸挖掘船(102)，所述挖掘机壳体设置有用于储存所述物质(112)的储料器(116)，所述抽吸管在第一管端部(122)处能通过枢转连接件(120)连接至所述挖掘机壳体(114)，所述枢转连接件相对于水面(108)基本上水平并且相对于所述挖掘机壳体(114)横向定向，并且其中，所述抽吸管(118)在所述第一管端部(122)处布置成用于将所述物质(112)排出至所述储料器(116)中，所述抽吸管(118)具有用于接收所述物质(112)的第二管端部(124)，
其特征在于
所述挖掘机***(100)包括具有抽吸头(132)和立管(134)的能远程操作的挖掘车(130)，所述立管在第一立管端部(136)处与所述抽吸头(132)流体连通以用于从所述抽吸头(132)接收所述物质(112)，其中在使用过程中，所述能远程操作的挖掘车(130)定位在所述底部表面(110)上，并且所述立管(134)的第二立管端部(138)能释放地连接至或者能连接至所述第二管端部(124)，以用于将所述物质(112)从所述底部表面(110)引导至所述储料器(116)。
2.根据权利要求1所述的挖掘机***(100)，其中，所述抽吸挖掘船(102)包括具有用于连接至柔性流体导管的弯头(230)的弓形耦接件(228)，其中所述弓形耦接件(228)与所述储料器(116)流体连通，其中在使用过程中，所述能远程操作的挖掘车(130)使得所述第二立管端部(138)能释放地连接至所述弯头(230)，并且其中所述抽吸挖掘船(102)包括另一个泵(232)，所述另一个泵用于过滤通过所述立管(134)和所述弓形耦接件(228)由所述挖掘车(130)从所述底部表面(110)移除至所述储料器(116)中的所述物质(112)。
3.根据权利要求1或2所述的挖掘机***(100)，其中，所述挖掘机***(100)包括耦接元件(212)，所述耦接元件的一个端部布置成耦接至所述第二管端部(124)并且所述耦接元件的另一个端部布置成耦接至所述第二立管端部(138)。
4.根据权利要求1或2所述的挖掘机***(100)，包括另一个船(204)，其中所述能远程操作的挖掘车(130)设置有通信缆线(214)，所述通信缆线将所述能远程操作的挖掘车(130)连接至所述另一个船(204)，以用于传输控制或数据信号。
5.根据权利要求4所述的挖掘机***(100)，其中，所述通信缆线(214)设置有终止于一通信耦接件中的延伸的上缆线部分(216)，其中所述延伸的上缆线部分(216)在使用过程中延伸至所述水体(106)的水面(108)上方。
6.根据权利要求1或2所述的挖掘机***(100)，其中，所述立管(134)在所述第二立管端部(138)处或附近设置有至少一个浮体(220)，所述浮体用于在所述能远程操作的挖掘车(130)与所述挖掘船(102)处于脱离耦接的状态下使所述第二立管端部(138)保持基本上靠近所述水面(108)。
7.根据权利要求1或2所述的挖掘机***(100)，其中，所述能远程操作的挖掘车(130)设置有推进装置(224)。
8.从水体(106)的底部表面(110)收集物质(112)的方法，包括：
-提供具有挖掘机壳体(114)的抽吸挖掘船(102)，所述挖掘机壳体设置有用于储存所述物质(112)的储料器(116)，所述挖掘船(102)包括抽吸管(118)，所述抽吸管在第一管端部(122)处能通过枢转连接件(120)连接至所述挖掘机壳体(114)，所述枢转连接件相对于水面(108)基本上水平并且相对于所述挖掘船壳体(114)横向定向，并且其中，所述抽吸管(118)在第一管端部(122)处布置成用于将所述物质(112)排出至所述储料器(116)中，并且所述抽吸管在第二管端部(124)处布置成用于接收所述物质(112)，
其特征在于
-提供远程操作的挖掘车(130)，所述远程操作的挖掘车定位在所述底部表面(110)上并且包括抽吸头(132)和具有第一立管端部(136)的立管(134)，所述第一立管端部与所述抽吸头(132)流体连通以用于接收所述物质(112)；
-建立所述立管(134)的第二立管端部(138)与所述抽吸管(118)的第二管端部(124)之间的能释放的连接；
-通过所述抽吸头(132)将所述物质(112)从所述底部表面(110)去除，以及
-引导所述物质(112)穿过所述立管(134)和所述抽吸管(118)而进入所述储料器(116)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述抽吸挖掘船(102)包括具有用于连接至柔性流体导管的弯头(230)的弓形耦接件(228)，其中所述弓形耦接件(228)与所述储料器(116)流体连通，其中所述方法包括：
-选择性地建立所述远程操作的挖掘车(130)的第二立管端部(138)与所述抽吸挖掘船(102)的第二管端部(124)或弯头(230)之间的能释放的连接；
-通过所述抽吸头(132)将所述物质(112)从所述底部表面(110)移除，以及
-引导所述物质(112)穿过所述立管(134)和所述抽吸管(118)或所述弓形耦接件(228)而进入所述储料器(116)中。
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