一种高强度岩石的自动化变角度开沟装置

1.本实用新型涉及海洋工程技术领域，特别是一种高强度岩石的自动化变角度开沟装置。


背景技术：

2.在海上石油开发的过程中，海底管道的埋设经过了
①
直接铺设于海底(裸置)、
②
埋设在海底以下较浅沟深；
③
以及较深沟深这三个阶段。目前，随着海上石油开发相关规范的不断完善，国内当前海上石油管道普遍埋设在3-4米的沟深范围，这对传统拖曳式海底管道埋设系统提出了较大挑战。受施工地质复杂性及不均匀性的影响，在现场施工过程中往往遇见海底土质强度超出挖沟机设计施工能力的情况，此时需要进行多次海底开沟作业。
3.目前,国内新铺海管后挖沟作业需求旺盛,开沟器是海底管道挖沟铺设最关键的机器，但国内现有的开沟器绝大多数属于被国外淘汰产品或高价租赁国外设备,国内开沟机在研发过程中存在较多的卡脖子技术，存在很多设计困难,工作能力无法满足行业新的发展需求。主要存在核心问题为：
①
开沟机破土效果差、开沟深度浅；
②
开挖强度低,挖沟后管沟回淤快,常规挖沟作业需要多遍施工才能完成,多遍施工导致挖沟效率低下；
③
开沟作业速度慢，目前一般采用水力射流开沟或机械犁头开挖，且在较为复杂的海域作业难度大。目前，尚缺少开挖高强度岩石的开沟机设备。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种高强度岩石的自动化变角度开沟装置，填补国内超深、高速、高强开挖岩石机器的空白。
5.为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：
6.一种高强度岩石的自动化变角度开沟装置，对称悬挂在管缆铺埋机的开沟机框架两侧，所述高强度岩石的自动化变角度开沟装置包括铰刀固定架和设置于铰刀固定架中的铰刀机构，所述铰刀机构包括铰刀连接架、铰链接在铰刀连接架前后两端的铰刀，位于前端的铰刀通过第一转轴转动安装在铰刀固定架中，所述铰刀连接架上固定有岩石碎块抽吸机构，所述岩石碎块抽吸机构前后两端与两端的铰刀之间分别铰链接有角度调整机构。
7.进一步地，所述铰刀包括铰刀支架、双排齿轮、链条、液压马达、减速齿轮箱、角度传感器、扭矩传感器，所述铰刀支架铰链接在铰刀连接架前后两端，双排齿轮设置为多个且转动安装在铰刀支架上，链条安装在多个双排齿轮上，所述链条外端面设有若干铰刀齿，所述液压马达、减速齿轮箱固定于铰刀支架上，液压马达的动力输出轴与减速齿轮箱的动力输入轴轴向连接，液压马达的动力输出轴上还连接有扭矩传感器和角度传感器，用于监测液压马达的驱动扭矩和开沟机框架与铰刀之间的角度，铰刀一端的双排齿轮轴向固定在减速齿轮箱的动力输出轴上。
8.进一步地，所述岩石碎块抽吸机构包括岩石碎块抽吸主体、设置在岩石碎块抽吸主体两侧底部的抽吸口、与岩石碎块抽吸主体相连的采用液压驱动的渣浆泵或泥沙泵、以
及与渣浆泵或泥沙泵相连的泥水分离设备，所述岩石碎块抽吸主体固定在铰刀连接架上，岩石碎块抽吸主体两侧固定有与抽吸口相连的抽吸臂；所述岩石碎块抽吸主体底部设有耙齿。
9.进一步地，所述角度调整机构包括第一液压推杆和第二液压推杆，所述第一液压推杆底部通过转轴转动连接在岩石碎块抽吸主体后端，第一液压推杆的顶杆端部通过转轴转动连接在位于铰刀连接架后端的铰刀支架上，第二液压推杆的底部通过转轴转动连接在岩石碎块抽吸主体前端，第二液压推杆的顶杆端部通过转轴转动连接在位于铰刀连接架前端的铰刀支架上，第一液压推杆和第二液压推杆根据监测到的液压马达的驱动扭矩和转动角度改变铰刀切削角度。
10.进一步地，所述耙齿末端朝着铰刀固定架向下倾斜布置。
11.与现有技术相比，本实用新型可以根据岩石强度，能够调整液压马达、双排齿轮的转速和扭矩，并且能够调整前段铰刀的转动角度和后段铰刀的转动角度，实现了变角度挖掘，另外，根据液压马达扭矩调整链条上铰刀齿的切削角度，提高了坚硬岩石的切割破碎效率，降低了开沟作业成本，抽吸臂在泥泵抽吸作用下，将铰刀切削下来的岩石碎块，通过岩石碎块抽吸口抽吸出去，从而形成高效稳定的沟槽。
附图说明
12.图1为本实用新型的整体结构示意图。
13.图2为本实用新型的铰刀机构的轴侧图。
14.图3为本实用新型的铰刀机构的主视图。
具体实施方式
15.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定实用新型。
16.如图1-图3所示，一种高强度岩石的自动化变角度开沟装置，对称悬挂在管缆铺埋机的开沟机框架两侧，所述高强度岩石的自动化变角度开沟装置包括铰刀固定架1和设置于铰刀固定架1中的铰刀机构，所述铰刀机构包括铰刀连接架2、铰链接在铰刀连接架2前后两端的铰刀3，位于前端的铰刀3通过第一转轴转动安装在铰刀固定架1中，所述铰刀连接架2上固定有岩石碎块抽吸机构4，所述岩石碎块抽吸机构4前后两端与两端的铰刀3之间分别铰链接有角度调整机构。
17.参阅图3，所述铰刀3包括铰刀支架31、双排齿轮32、链条33、液压马达 35、减速齿轮箱、角度传感器、扭矩传感器，所述铰刀支架31铰链接在铰刀连接架2前后两端，双排齿轮32设置为多个且转动安装在铰刀支架31上，链条 33安装在多个双排齿轮32上，所述链条33外端面设有若干铰刀齿34，所述液压马达35、减速齿轮箱固定于铰刀支架31上，液压马达35的动力输出轴与减速齿轮箱的动力输入轴轴向连接，液压马达的动力输出轴上还连接有扭矩传感器和角度传感器，用于监测液压马达的驱动扭矩和开沟机框架与铰刀之间的角度，需要说明的是，如图3所示，前后两个液压马达的动力输出轴上还连接有扭矩传感器和角度传感器，而且扭矩传感器和角度传感器同轴安装；铰刀一端的双排齿轮轴向固定在减速齿
轮箱的动力输出轴上。
18.前后两端的铰刀3通过角度调整机构连接，在实际使用过程中，通过角度调整机构实时驱动前后两端的铰刀3，最终实现铰刀3的变角度挖掘，提高了坚硬岩石的切割破碎效率。
19.参阅图1、图3，所述岩石碎块抽吸机构4包括岩石碎块抽吸主体41、设置在岩石碎块抽吸主体41两侧底部的抽吸口、与岩石碎块抽吸主体相连的采用液压驱动的渣浆泵或泥沙泵、以及与渣浆泵或泥沙泵相连的泥水分离设备，所述岩石碎块抽吸主体41固定在铰刀连接架2上，为了使各部件之间的连接更加稳固，铰刀连接架2与岩石碎块抽吸主体41为一体结构，岩石碎块抽吸主体41 两侧固定有与抽吸口相连的抽吸臂(图3中没有画出抽吸臂，实际抽吸臂安装在图3中的岩石碎块抽吸主体41顶端的开口上)，渣浆泵或泥沙泵抽吸排放的泥水两相流，经过管道输送到后端的泥水分离设备，然后将泥水两相流进行有效分离，固体泥块向下填埋沟槽中的管缆，分离出的水体排放到周围海域，有效地降低了周围海域的污染问题；所述岩石碎块抽吸主体41底部设有耙齿42，如图1、图2所示，耙齿42末端朝着铰刀固定架向下倾斜布置；该耙齿42一方面用于切割海床底部岩石，另一方面用于对大块岩石进行阻挡，防止大块径岩石碎块堵塞抽吸口。
20.所述角度调整机构包括第一液压推杆5和第二液压推杆6，所述第一液压推杆5底部通过转轴转动连接在岩石碎块抽吸主体41后端，第一液压推杆5的顶杆端部通过转轴转动连接在位于铰刀连接架2后端的铰刀支架31上，第二液压推杆6的底部通过转轴转动连接在岩石碎块抽吸主体41前端，第二液压推杆6 的顶杆端部通过转轴转动连接在位于铰刀连接架2前端的铰刀支架31上。角度调整机构通过液压马达传递的扭矩信号，利用液压推杆来驱动前后铰链间的切削夹角，同时调整铰刀切割岩石的角度。
21.在第二液压推杆6的作用下，能够带动岩石碎块抽吸主体随着前端铰刀3 发生转动，从而改变耙齿42挖掘岩石的角度，从而将开出的沟槽中的部分岩石碎块能够清理出沟槽外；岩石碎块抽吸主体41后端通过链接着后端铰刀3，通过第一液压推杆5的抽拉运动，可以改变后端铰刀3与抽吸口的夹角，从而方便快速地将沟槽内的部分岩石碎块在泥泵的吸力作用下通过岩石碎块抽吸口抽走。
22.使用本实用新型进行管缆铺埋时，具体作业过程如下：
23.1、将本实施例的高强度岩石的自动化变角度开沟装置对称悬挂在管缆铺埋机的开沟机框架两侧，整个管缆铺埋机由拖轮运送到作业水域，然后通过船上吊车，将管缆铺埋机下放到指定的海底区域；
24.2、需要开沟时，管缆铺埋机将铰刀下放，铰刀下放的同时，在液压马达的带动下产生转动，转动的铰刀带动刀齿切削破碎土体，同时还能通过第一液压推杆和第二液压推杆来调整前段铰刀的转动角度和后段铰刀的转动角度，从而实现高效快速的切割岩石，随着切削破碎土体的逐渐深入，在海床中形成沟槽；
25.4、在开沟的过程中，抽吸臂在泥泵抽吸作用下，将铰刀切削下来的岩石碎块，通过岩石碎块抽吸口抽吸出去，从而形成高效稳定的沟槽。
26.本实用新型根据开挖土质强度(岩石、硬土)实现了变角度挖掘，提高了坚硬岩石的切割破碎效率，降低了开沟作业成本；本实用新型根据土质强度、开沟深度，有效调节前后铰刀间的角度，实现最高效的岩石切削开沟作业；抽吸臂在泥泵抽吸作用下，将铰刀切
削、破碎后的岩石碎块，通过岩石碎块抽吸口抽吸出去，从而形成高效稳定的沟槽；泥泵抽吸排放的泥水两相流，经过泥水抽吸管道输送到后端的泥水分离设备，然后将泥水两相流进行有效分离，固体泥块向下填埋沟槽中的管缆，分离出的水体排放到周围海域，有效地降低了周围海域的污染问题；铰刀的驱动通过高转速、低扭矩液压马达和减速器驱动，液压动力来源于开沟机的液压动力源，液压马达体积小、功率质量比大，稳定可靠度强，同时自带马达制动性能，无须额外添加马达制动器。
27.本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。