一种液压驱动的水下构筑物清洗系统及方法与流程

本发明属于水下工程技术领域，具体涉及一种液压驱动的水下构筑物清洗系统及方法。

背景技术：

随着水库大坝的不断建设和投入运行,定期的安全检测将逐步成为新常态。由于堤坝和水库的水下表面受到长期浸泡，表面附着了许多难以清除的贝类、水生植物和水垢等强附着物，影响了水下构筑物探伤过程中的表面裂缝检测。因此，作为堤坝和水库修缮过程中的一道工序，水下构筑物表面清洗的效率直接影响了大坝和水库表面裂缝修护的效率。

现有的水下清洗技术，大多停留在清洁刷具和动力工具用电机驱动的层面，这种驱动方式的不足在于：一是电机质量大，对清洗装置的姿态稳定产生影响；二是传统电机在水下工作对于装置密封性能要求高，成本高，一旦密封措施不到位，会损坏装置，影响修护进度。因而，本发明旨在解决传统水下清洗装置中的电机质量大引起的姿态不易控制的问题及电机水下工作由于装置密封性能而引起的不良问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种能够提高效率，降低危险性，并可以对难除去的污秽物进行有效清洗的液压驱动的水下构筑物清洗系统及方法。

为实现上述目的之一提供一种液压驱动的水下构筑物清洗系统，本发明采用了以下技术方案：

一种液压驱动的水下构筑物清洗系统，其特征在于：包括地面控制装置及水下清洗装置，所述地面控制装置包括位于地面上的液压泵站、上位机单元，所述水下清洗装置包括位于水下互相配合以进行水下构筑物清洗的液压清洗刷单元、液压固定单元、液压移动单元、图像采集单元；其中，所述液压泵站的输入端与上位机单元的输出端电连接，液压泵站的输出端与液压清洗刷单元、液压固定单元、液压移动单元分别电连接，所述图像采集单元的输出端与上位机单元的输入端电连接。该技术方案实现了水下构筑物清洗工作的自动化，保障了水下构筑物表面清洗的效率。

优选的，所述液压清洗刷单元包括朝向待清洗构筑物的多组配合的高速液压马达和清洗刷具；所述高速液压马达的输入端与液压泵站的输出端电连接，高速液压马达的输出端与清洗刷具固连。

优选的，所述液压固定单元包括多个背向待清洗构筑物的水下螺旋桨作为动力源，通过水下螺旋桨的反推作用力将液压清洗刷单元固定在构筑物表面；所述水下螺旋桨包括构成传动配合的液压固定马达和螺旋桨叶，所述液压固定马达的输入端与液压泵站的输出端电连接，液压固定马达的输出端与螺旋桨叶固连。

优选的，所述液压移动单元包括在水下螺旋桨作用下互相配合以在构筑物表面移动的液压驱动轮和万向轮，从而使水下清洗装置在构筑物表面移动以进行定点作业；所述液压驱动轮包括液压移动马达和塑胶轮胎，所述液压移动马达的输入端与液压泵站的输出端电连接，液压移动马达的输出端与塑胶轮胎固连。

进一步的，所述液压移动单元包括朝向待清洗构筑物的两个液压驱动轮和一个万向轮，两个液压驱动轮以差速驱动的方式在构筑物表面移动。

进一步的，所述水下螺旋桨设为呈三角状分布的三个，其中两个靠近液压驱动轮，因为两个液压驱动轮作为系统的动力轮是主要动力来源，这两个水下螺旋桨靠近两个动力轮，能使两个动力轮受力均匀，从而使本系统更加有效的行进和转弯；另一个靠近万向轮，能够配合两个动力轮作用在水下构筑物表面进行移动。该技术方案能够很好的将本系统固定在水下构筑物表面，保障本发明的稳定性及可靠性。

优选的，所述图像采集单元包括朝向待清洗构筑物的高分辨率水下摄像机和水下照明设备，所述水下摄像机通过高速传输线缆与上位机单元电连接，用于实时采集清洗刷单元的水下作业情况。

优选的，该系统中水下清洗装置还包括于采集水下清洗装置在水下作业时姿态信息的姿态采集单元，所述姿态采集单元的输出端通过高速传输线缆与上位机单元的输入端电连接。

进一步的，所述姿态采集单元包括加速度计、陀螺仪、水压计。

本发明的目的之二是提供一种液压驱动的水下构筑物清洗方法，包括如下步骤：

s1、上位机单元实时收集图像采集单元和姿态采集单元获取的图像与姿态信息后，使得地面上的工作人员可实时监控水下清洗装置的工作情况，同时向液压泵站下达控制命令；

s2、上位机单元通过液压泵站控制液压固定单元和液压移动单元协同工作的方式，使液压清洗刷单元固定在水下构筑物的表面特定位置进行作业；并且，上位机单元在得到水下姿态单元的水下姿态信息后，可通过控制液压固定单元各方向水下螺旋桨调整清洗刷单元水下姿态，确保清洗刷单元在正确的姿态下作业。

本发明的有益效果在于：本发明的水下构筑物清洗系统，液压泵站驱动各路液压马达，水下清洗装置通过所述液压固定单元和所述液压移动单元协同工作的方式，在水下构筑物表面使用所述液压清洗刷单元进行定点作业；针对水下作业，液压马达相比传统电机质量轻，使用寿命长，有效解决了传统水下清洗装置密封性能方面的问题，安全性能提高。

附图说明

图1为本发明结构的原理框图。

图2、3为本发明不同视角的整体结构示意图。

图中标注符号的含义如下：

1-高速液压马达2-清洗刷具3-万向轮4-液压移动马达

5-塑胶轮胎6-高分辨率水下摄像机7-水下照明设备

8-姿态采集单元9-液压固定马达10-螺旋桨叶

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明中水下构筑物为但不限于堤坝和水库。

一种液压驱动的水下构筑物清洗系统

如图1所示，包括地面控制装置及水下清洗装置，所述地面控制装置包括位于地面上的液压泵站、上位机单元，所述水下清洗装置包括位于水下互相配合以进行水下构筑物清洗的液压清洗刷单元、液压固定单元、液压移动单元、图像采集单元；其中，所述液压泵站的输入端与上位机单元的输出端电连接，液压泵站的输出端与液压清洗刷单元、液压固定单元、液压移动单元分别电连接，所述图像采集单元的输出端与上位机单元的输入端电连接。

其中，液压泵站通过液压胶管，与水下清洗装置内的各路液压马达相连，作为水下清洗装置工作时的动力，通过调节液压泵的流量来调节各路液压马达的转速。

结合图2、3所示，具体的水下清洗装置内各路液压马达如下所述：

液压清洗刷单元包括朝向待清洗构筑物的多组配合的高速液压马达1和清洗刷具2；高速液压马达1的输入端与液压泵站的输出端电连接，高速液压马达1的输出端与清洗刷具2固连。水下清洗装置进行作业时，通过液压泵站提供的液压动力，清洗刷具2高速旋转产生强有力的清洁能力，将水下构筑物表面的强附着物清理干净。

液压固定单元包括多个背向待清洗构筑物的水下螺旋桨作为动力源，通过水下螺旋桨的反推作用力将水下清洗装置固定在构筑物表面；水下螺旋桨包括构成传动配合的液压固定马达9和螺旋桨叶10，液压固定马达9的输入端与液压泵站的输出端电连接，液压固定马达9的输出端与螺旋桨叶10固连。通过液压泵站提供的液压动力带动螺旋桨叶10旋转，螺旋桨旋转形成的反向推力将水下清洗装置向作业地点推进，使液压清洗刷单元贴紧作业区域进行作业。

液压移动单元包括互相配合以在构筑物表面移动的液压驱动轮和万向轮3；液压驱动轮包括液压移动马达4和塑胶轮胎5，液压移动马达4的输入端与液压泵站的输出端电连接，液压移动马达4的输出端与塑胶轮胎5固连。其中，液压移动单元包括朝向待清洗构筑物的两个液压驱动轮和一个万向轮3，两个液压驱动轮以差速驱动的方式在构筑物表面移动，由两个液压驱动轮的转速决定清洗装置的移动轨迹。

上述水下螺旋桨设为呈三角状分布的三个，其中两个靠近液压驱动轮，这两个水下螺旋桨靠近两个动力轮，能使两个动力轮受力均匀，从而使本系统更加有效的行进和转弯；另一个靠近万向轮3，能够配合两个动力轮作用在水下构筑物表面进行移动。

图像采集单元包括朝向待清洗构筑物的高分辨率水下摄像机6和水下照明设备7，水下摄像机通过高速传输线缆与上位机单元电连接，用于实时采集清洗刷单元的水下作业情况；水下照明设备7用于对作业区域进行补光，提高水下摄像机成像质量。

在上述清洗系统中，水下清洗装置还包括于采集水下清洗装置姿态信息的姿态采集单元8，姿态采集单元8的输出端通过高速传输线缆与上位机单元的输入端电连接，将姿态信息实时发送到上位机单元，通过上位机单元的三维模型成像软件，将水下清洗装置的姿态信息实时显示；其中姿态信息包括但不限于水下姿态、水深、工作方向，姿态采集单元8采用的传感器包括但不限于加速度计、陀螺仪、水压计。

上位机单元，用于为地面工作人员提供实时的水下清洗装置的作业情况，根据姿态信息提供实时的水下清洗装置的三维模型，同时提供操作接口，用于开发人员对整套清洗系统的自动化平台搭建。

为减轻重量，水下清洗装置主体采用防腐蚀的铝合金材料。

一种液压驱动的水下构筑物清洗方法

包括如下步骤：

s1、上位机单元实时收集图像采集单元和水下姿态采集单元获取的图像与姿态信息后，使得地面上的工作人员可实时监控水下清洗装置的工作情况，同时向液压泵站下达控制命令；

s2、上位机单元通过液压泵站控制液压固定单元和液压移动单元协同工作，使液压清洗刷单元固定在水下构筑物的表面特定位置进行作业；并且，上位机单元在得到水下姿态单元的水下姿态信息后，可通过控制液压固定单元各方向水下螺旋桨调整清洗刷单元水下姿态，确保清洗刷单元在正确的姿态下作业。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。