CN113153153A - 一种深水硬岩破碎装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种深水硬岩破碎装置及其使用方法，采用软连接形式将作业平台和破岩装置连接，通过铠装钢缆收放调节破岩装置作业深度，可应对不同深度水域破岩作业，破岩装置可根据作业区域坡度的角度由液压油缸调整破岩作业角度，满足不同坡度下的破岩作业，并且破碎辅助装置以液压冲击锤为作业装置，可满足高硬度岩石破碎需求，且满足环境要求。

Description

一种深水硬岩破碎装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水下破岩施工领域，更具体地，涉及一种深水硬岩破碎装置及其使用方法。

背景技术

随着我国经济社会的发展，近海工程建设不断增加，在近海工程施工过程中，由于水下环境复杂，部分水域施工深度深，岩石硬度高，水下硬岩破碎成为施工的主要难题。

针对水下破岩作业，目前主要破岩手段是通过******，该方法具有简单、作业效率高等优势，但对海洋生态环境破坏严重，并且***还会对工程其他部分造成影响，在无环境要求的水域尚可应用，但目前国内外普遍对环境要求较高，不允许水下***，***碎岩方法已无法满足施工需求。

因此，急需发明一种深水硬岩破碎的装置及方法，以满足实际生产需要。

发明内容

本发明提供一种深水硬岩破碎装置及其使用方法，采用软连接形式，利用铠装管缆连接破碎装置与作业平台，可满足不同深度的水下硬岩高效、精准破碎作业需求，为近海工程建设提供装备和方法保障。

根据本发明的一个方面，提供一种深水硬岩破碎装置，通过铠装管缆与作业平台连接，所述深水硬岩破碎装置包括保护架、提升机构和液压冲击锤，所述保护架与所述作业平台通过钢缆连接，所述保护架的顶部设置有超短基线应答器，所述提升机构包括连接架、提升缸、滑轨和连接滑块，所述滑轨通过所述连接架装设在所述保护架上，所述连接滑块与所述滑轨滑动式相连，所述提升缸底部与所述连接架固定连接，所述提升缸的伸缩杆通过连接板与所述液压冲击锤相连，所述连接滑块与所述液压冲击锤固定连接；所述保护架上还装设有密封盒，所述密封盒内置控制器和与所述控制器连接的传感器，所述提升缸与所述控制器相连，且所述控制器通过所述铠装管缆与所述作业平台相连。

在上述方案基础上优选，所述保护架上还装设有用于探测破岩作业区域的地形环的超声波探测器，所述超声波探测器通过所述铠装管缆与所述作业平台连接。

在上述方案基础上优选，所述传感器包括倾角传感器、位移传感器和压力传感器。

在上述方案基础上优选，所述铠装管缆包括铠装层、与提升缸连接的液压油管、辅助油管和电缆，所述液压油管、所述辅助油管和所述电缆嵌入在所述铠装层内，所述控制器通过所述电缆与所述作业平台连接。

在上述方案基础上优选，所述保护架为截面呈矩形框状结构，所述提升架可拆卸式装设在所述保护架的内侧面，所述保护架的底部四角分别装设有液压油缸，所述液压油缸通过所述铠装管缆与所述作业平台连接。

在上述方案基础上优选，所述保护架的底部装设有法兰结构，所述液压油缸通过所述法兰结构装设在所述保护架上，所述液压油缸内装设有压力传感器和位移传感器。

本发明的一种使用如上所述的深水硬岩破碎装置的方法，包括以下步骤：

步骤A1，作业平台移动至指定位置，控制钢缆和铠装管缆通过伸长，将保护架下放至指定位置，且下放过程中，通过传感器和超短基线应答器，获取其下放位置及地形；

步骤A2，通过超声波探测器获取保护架与海底之间间距，控制保护架底部的液压油缸伸缩使保护架着陆；

步骤A3，通过传感器以获取保护架的倾角、压力和位移数据，通过控制保护架底部的液压油缸伸缩，调整液压冲击锤的角度；

步骤A4，驱动液压冲击锤向硬岩锤击，直至设计深度。

本发明的一种深水硬岩破碎装置及其使用方法，采用软连接形式将作业平台和破岩装置连接，通过钢缆收放调节破岩装置作业深度，可应对不同深度水域破岩作业，破岩装置可根据作业区域坡度的角度由液压油缸调整破岩作业角度，满足不同坡度下的破岩作业，并且破碎辅助装置以液压冲击锤为作业装置，可满足高硬度岩石破碎需求，且满足环境要求。

附图说明

图1为本发明的一种深水硬岩破碎装置的整体结构图；

图2为本发明的提升机构的整体结构图；

图3为本发明的铠装管缆的结构示意图。

图4为本发明的控制***的结构框图；

图5为本发明的深水硬岩破碎装置的使用流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参阅图1并结合图2和图3所示，本发明的一种深水硬岩破碎装置，通过铠装管缆2与作业平台1连接，其中，本发明的深水硬岩破碎装置包括保护架4、提升机构8和液压冲击锤9，保护架4与作业平台1通过钢缆3连接，保护架4的顶部设置有用于实现保护架4定位的超短基线应答器6。

提升机构8包括连接架11、提升缸13、滑轨17和连接滑块，滑轨17通过连接架11装设在保护架4上，连接滑块与滑轨17滑动式相连，提升缸13底部通过端部法兰与连接架11固定连接，提升缸13的伸缩杆通过连接板14与液压冲击锤9相连，如图2所示，其中，连接滑块包括上滑块12和下滑块15，液压冲击锤9与上滑块12和下滑块15固定相连，而连接板14设置在上滑块12和下滑块15之间，连接板14与液压冲击锤9固定连接，当提升缸13的伸缩杆收缩时，可以带动连接板14上下运动，从而带动液压冲击锤9相对连接架11上下运动，实现其锤击破碎的目的。

其中，本发明的保护架4上还装设有密封盒7，密封盒7本身采用防腐处理，而密封盒7内置控制器101和与控制器101连接的传感器，提升缸13与控制器101相连，且控制器101通过铠装管缆2与作业平台1相连。

在本发明的深水硬岩破碎装置在海水中下放时，可以利用作业平台1上的绞车配合钢缆3和铠装管缆2收放，以保证保护架4下放时，铠装管缆2也同步下放，防止铠装管缆2受力而影响其使用。

本发明的保护架4上还装设有用于探测破岩作业区域的地形环的超声波探测器，超声波探测器通过铠装管缆2与作业平台1连接，使用过程中，可以通过超声波探测器以获取保护架4与海底硬岩之间的距离，初步探测作业水域水底地形，以实现控制保护架4的软着陆，防止其产生抖动影响保护架4上的其它部件的精度。

本发明的传感器包括倾角传感器106、位移传感器105和压力传感器104，通过倾角传感器106可以获取保护架4着陆后的倾角，利用压力传感器104获取压力值，并结合位移传感器105装设在每一个液压油缸103的支腿上，以测量支腿油缸伸缩量及外载荷。

其中，密封盒7中还安装有液压多路阀102，多路阀102用于控制提升缸13和液压油缸103，多路阀102总流量输入输出口连接铠装缆中各油缸进回油管路，每阀对应一个油缸，其中多路阀102接受控制器101的指令进行换向动作，控制油缸的伸缩运动。

本发明的铠装管缆2包括铠装层18、与提升缸13连接的液压油管19、辅助油管20和电缆21，液压油管19、辅助油管20和电缆21嵌入在铠装层18内，控制器101通过电缆21与作业平台1连接。

使用时，控制器101接受倾角传感器106、位移传感器105以及压力传感器104的数据，并通过铠装缆中的电缆21与作业平台1传输数据，接受作业平台1操作指令，根据控制指令，结合深水硬岩破碎装置状态，进行调平控制、特定倾角状态控制、破岩、提升液压冲击锤9进行拔钎控制等。

其中，本发明的保护架4为截面呈矩形框状结构，提升架可拆卸式装设在保护架4的内侧面，使得液压冲击锤9处于保护架4的中部，以防止海底的杂物对液压冲击锤9及其它零部件产生损伤。

值得说明的是，本发明的保护架4采用方管型材焊接而成，并做密封处理。并在保护架4的底部四角分别装设有液压油缸103，液压油缸103通过铠装管缆2与作业平台1连接。通过液压油缸103的设计，以实现保护架4在海底的软着陆，并且在液压冲击锤9进行冲击时，可以通过液压油缸103的伸缩，以实现对钻孔位移的补充，使其破碎硬岩时，操作更加稳定。

优选的，本发明保护架4的底部装设有法兰结构，液压油缸103通过法兰结构装设在保护架4上，液压油缸103内装设有压力传感器104和位移传感器105。通过压力传感器104和位移传感器105可以实现对液压油缸103伸缩量及外载荷的实时监控。

如图5所示，本发明的一种使用如上的深水硬岩破碎装置的方法，包括以下步骤：

步骤A1，作业平台1移动至指定位置，控制钢缆3和铠装管缆2通过伸长，将保护架4下放至指定位置，且下放过程中，通过传感器和超短基线应答器6，获取其下放位置及地形；

步骤A2，通过超声波探测器获取保护架4与海底之间间距，控制保护架4底部的液压油缸103伸缩使保护架4着陆；

步骤A3，通过传感器以获取保护架4的倾角、压力和位移数据，通过控制保护架4底部的液压油缸103伸缩，调整液压冲击锤9的角度；

步骤A4，驱动液压冲击锤9向硬岩锤击，直至设计深度。

请参阅图4所示，深水硬岩破碎装置的控制***，控制器101接受压力传感器104、位移传感器105、倾角传感器106以及超声波传感器107数据，与作业平台1工控机100通过CAN总线，接受控制指令，进而对深水硬岩破碎装置的提升缸13和液压油缸103进行控制，液压冲击锤9的工作通过作业平台1上的工控机100进行控制，并且***有手动和自动两种控制模式，其中自动为***根据状态信息，结合内置程序进行的控制，手动控制是通过手动按钮或手柄直接进行控制，使其操作使用更加灵活方便。

本发明的深水硬岩破碎装置的工作原理由以下几部分组成：

作业平台1根据工作任务要求，移动至需破岩的水域，并通过船用吊机将辅助装置下放，在此过程中铠装管缆2与钢缆3的下放速度同步，确保钢缆3为主要受力元件，此时通过超声波传感器107，初步探测作业水域水底地形，并根据地形提前调整液压油缸103的伸缩量，在保护架4触底后停止下放。

进一步的，深水硬岩破碎装置中的控制器101根据作业平台1工控机100的指令和保护架4的倾角、压力和位移传感器105数据，做出调平或特定姿态控制，在调整过程中钢缆需持续受力，保证深水硬岩破碎装置不发生倾翻。

在确定好辅助装置的位姿之后，控制器101接受作业平台1工控机100指令，控制提升缸13向内缩，松开液压冲击锤9连接板14，液压冲击锤9沿提升机构8滑轨17向下运动，直至液压锤钎杆顶至需破碎岩石岩面。

然后在作业平台1上操作液压冲击锤9启动，进行破岩，在作业过程中，根据位移传感器105计算液压冲击锤9的破岩深度，在到达设定位置后，液压冲击锤9停止工作，进一步的提升油缸外伸，液压冲击锤9连接板14顶升滑块对液压冲击锤9进行拔钎，在拔钎后，液压支撑机构恢复原状。

进一步的根据工程任务设定，将辅助装置移动至下一个破岩位置进行上述破岩循环工作。

本发明的一种深水硬岩破碎装置及其使用方法，采用软连接形式将作业平台1和破岩装置连接，通过铠装钢缆收放调节破岩装置作业深度，可应对不同深度水域破岩作业，破岩装置可根据作业区域坡度的角度由液压油缸103调整破岩作业角度，满足不同坡度下的破岩作业，并且破碎辅助装置以液压冲击锤9为作业装置，可满足高硬度岩石破碎需求，且满足环境要求。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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 (7)

1.一种深水硬岩破碎装置，通过铠装管缆与作业平台连接，其特征在于，所述深水硬岩破碎装置包括保护架、提升机构和液压冲击锤，所述保护架与所述作业平台通过钢缆连接，所述保护架的顶部设置有超短基线应答器，所述提升机构包括连接架、提升缸、滑轨和连接滑块，所述滑轨通过所述连接架装设在所述保护架上，所述连接滑块与所述滑轨滑动式相连，所述提升缸底部与所述连接架固定连接，所述提升缸的伸缩杆通过连接板与所述液压冲击锤相连，所述连接滑块与所述液压冲击锤固定连接；所述保护架上还装设有密封盒，所述密封盒内置控制器和与所述控制器连接的传感器，所述提升缸与所述控制器相连，且所述控制器通过所述铠装管缆与所述作业平台相连。

2.如权利要求1所述的一种深水硬岩破碎装置，其特征在于，所述保护架上还装设有用于探测破岩作业区域的地形环的超声波探测器，所述超声波探测器通过所述铠装管缆与所述作业平台连接。

3.如权利要求1所述的一种深水硬岩破碎装置，其特征在于，所述传感器包括倾角传感器、位移传感器和压力传感器。

4.如权利要求3所述的一种深水硬岩破碎装置，其特征在于，所述铠装管缆包括铠装层、与提升缸连接的液压油管、辅助油管和电缆，所述液压油管、所述辅助油管和所述电缆嵌入在所述铠装层内，所述控制器通过所述电缆与所述作业平台连接。

5.如权利要求1所述的一种深水硬岩破碎装置，其特征在于，所述保护架为截面呈矩形框状结构，所述提升架可拆卸式装设在所述保护架的内侧面，所述保护架的底部四角分别装设有液压油缸，所述液压油缸通过所述铠装管缆与所述作业平台连接。

6.如权利要求5所述的一种深水硬岩破碎装置，其特征在于，所述保护架的底部装设有法兰结构，所述液压油缸通过所述法兰结构装设在所述保护架上，所述液压油缸内装设有压力传感器和位移传感器。

7.一种使用如权利要求1所述的深水硬岩破碎装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1，作业平台移动至指定位置，控制钢缆和铠装管缆通过伸长，将保护架下放至指定位置，且下放过程中，通过传感器和超短基线应答器，获取其下放位置及地形；

步骤A2，通过超声波探测器获取保护架与海底之间间距，控制保护架底部的液压油缸伸缩使保护架着陆；

步骤A3，通过传感器以获取保护架的倾角、压力和位移数据，通过控制保护架底部的液压油缸伸缩，调整液压冲击锤的角度；

步骤A4，驱动液压冲击锤向硬岩锤击，直至设计深度。

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