一种航道硬质土层疏浚设备及疏浚方法与流程

本技术涉及航道疏浚，更具体地说，涉及一种航道硬质土层疏浚设备及疏浚方法。

背景技术：

1、绞吸式挖泥船用途广泛，可以在江河湖海中作业，用以清淤，航道挖掘，吹填造地。在特殊情况下绞吸式挖泥船上安装大功率绞刀设备，不需爆破即可挖掘玄武岩和石灰石等岩石地层。

2、绞吸式挖泥船工作效率高，产量大，泵距远。大型的绞吸式挖泥船每小时产量可达几千立方米；把泥沙或碎岩物料依靠强大动力通过泥泵和排泥管线，泵送出几千米之外。

3、绞吸式挖泥船操作简单，易于控制。挖泥船依靠船艉的台车使钢桩定位和步进，利用绞刀臂架两测钢缆与固定于挖槽两测的锚，靠铰车牵引，两厢摆动绞切泥沙物料，在一定的控制摆角下工作，将绞动的物料，经过输泥管泵到堆积场。挖泥船的步进是由两根桩交替运动，迈步向前。

4、在挖泥过程，绞吸式挖泥船的钢缆承重大，尤其在滑轮处，钢缆弯曲角度达到90°及以上，反复曲折使得钢缆容易断裂，危险系数大，需要经常维修。

技术实现思路

1、鉴于一些绞吸式挖泥船需要安装钢缆来驱动绞臂旋转，由于钢缆承重大，尤其在滑轮处，钢缆弯曲角度达到90°及以上，反复曲折拉伸导致钢缆容易断裂，危险系数大，需要经常维修的状况，本技术提出了一种不使用钢缆的航道硬质土层疏浚设备，以改善该状况。

2、第一方面，本技术提出了一种航道硬质土层疏浚设备，并采用如下技术方案。

3、一种航道硬质土层疏浚设备，包括船体、转动轴装置、第一螺旋桨、第二螺旋桨、绞臂装置、管道和泵。所述转动轴装置安装在所述船体的一端。所述绞臂装置安装在所述船体的另一端。所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨分别安装在所述船体的两侧。所述绞臂装置包括悬臂、第一旋转驱动器和绞刀。所述悬臂的上端连接于所述船体，下端连接所述第一旋转驱动器。所述第一旋转驱动器的输出端连接所述绞刀。所述管道的入口端设置于邻近所述绞刀的位置。所述泵安装在所述管道中。

4、通过采用上述技术方案，悬臂吊装着第一旋转驱动器，第一旋转驱动器驱动绞刀以绞碎硬质土层，以转动轴装置锁定船体的一端，通过第一螺旋桨、第二螺旋桨可以驱动船体的另一端运动，即驱动了船体旋转，即沿旋转运动的船头弧形轨迹来绞碎航道硬质土层。该疏浚设备在绞碎土层过程使用第一螺旋桨、第二螺旋桨来驱动绞刀在航道土层中的弧形轨迹运动，不需要在绞刀臂两侧安装一伸一缩的钢缆来驱动绞刀臂旋转，改善了在挖泥过程，绞吸式挖泥船需要安装承重大、易断裂的钢缆来驱动绞臂装置进行旋转的状况，提升了安全系数，降低了设备维修概率，降低了维护成本和维修时长。

5、作为该航道硬质土层疏浚设备的一种优选结构，所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨分别正对所述绞臂装置连接于所述船体的位置的两侧。

6、通过采用上述技术方案，伸入水中的绞臂装置为船体旋转的最大阻力源，将所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨分别正对所述绞臂装置连接于所述船体的位置的两侧，第一螺旋桨和第二螺旋桨克服船体旋转阻力的效率最高，提高了能效，降低驱动过程的结构损伤。

7、作为该航道硬质土层疏浚设备的一种优选结构，所述疏浚设备还包括第二旋转驱动器。所述第二旋转驱动器安装在所述船体上。所述悬臂的上端连接于所述第二旋转驱动器。所述第二旋转驱动器的旋转方向为沿船头至船尾的方向。

8、通过采用上述技术方案，可以沿船体前后方向调整绞刀的位置，对局部土层进行补充绞碎作业。

9、作为该航道硬质土层疏浚设备的一种优选结构，所述绞臂装置还包括感应水底距离的声波测距传感器和伸缩驱动器。所述疏浚设备还包括控制系统。所述声波测距传感器和所述伸缩驱动器均电连接于所述控制系统。所述伸缩驱动器安装在所述悬臂和所述第一旋转驱动器之间。所述伸缩驱动器的输出端连接所述第一旋转驱动器。所述声波测距传感器直接或间接的固定于所述伸缩驱动器的输出端。

10、通过采用上述技术方案，由于存在水位涨落、不同航道区域的水深不同等因素，在疏浚作业过程中，绞刀相对于土层的位置容易发生改变，设置声波测距传感器，可以监测声波测距传感器至水底的距离，以根据测试的距离调整绞刀的深度，使绞刀始终以固定的深度或者根据地况等设定的深度插入土层中对土层进行绞碎。

11、作为该航道硬质土层疏浚设备的一种优选结构，所述绞臂装置还包括导水盖。所述绞刀包括多条刀带、若干刀头和镂空架。所述多条刀带朝一个方向相互聚集固定，朝另一个方向发散并均固定于所述镂空架。每条所述刀带上固定有多个所述刀头。所述导水盖覆盖在所述镂空架之外。所述第一旋转驱动器的输出端穿过所述导水盖并连接于所述镂空架。所述导水盖还开设有导水孔。所述管道的入口端连通所述导水孔。

12、通过采用上述技术方案，管道可以近距离实时抽取绞刀绞碎的土层碎块，效率高。管道和绞臂装置相互固定、相互配合并且互不干扰运行。

13、作为该航道硬质土层疏浚设备的一种优选结构，所述绞臂装置还包括防水套筒。所述防水套筒密封连接于所述悬臂至所述导水盖上，将所述伸缩驱动器和所述第一旋转驱动器包裹其中。所述防水套筒具有第一密封伸缩段。所述管道具有能和所述第一密封伸缩段同步伸缩运动的第二密封伸缩段。所述声波测距传感器安装在所述第一密封伸缩段至所述导水盖之间的所述防水套筒外壁上，声波传播方向平行于所述防水套筒并且穿过所述绞刀旁侧。

14、通过采用上述技术方案，防水套筒和管道均能跟随伸缩驱动器进行同步伸缩运动，并且在伸缩过程保持密封状态，加强了对伸缩驱动器和第一旋转驱动器等的防水保护，并且保持了泵对绞碎物较高的抽吸效率。

15、作为该航道硬质土层疏浚设备的一种优选结构，所述防水套筒包括上套筒和下套筒。所述下套筒插入所述上套筒之中。所述上套筒密封包裹所述悬臂。所述下套筒密封连接所述导水盖。所述上套筒的内壁开设滑槽。所述下套筒的外壁具有侧向凸出的滑块。所述滑块插入所述滑槽之中。在所述滑槽之外，所述上套筒和所述下套筒之间通过密封圈进行连接。所述滑槽的长度≥所述伸缩驱动器的最大伸缩距离。所述上套筒和所述下套筒相互嵌套部分为所述第一密封伸缩段。所述声波测距传感器安装在所述下套筒的外壁上，并在所述下套筒最大限度的插入所述上套筒的位置时，所述声波测距传感器依然处在所述上套筒之外。

16、通过采用上述技术方案，伸缩驱动器可以自由伸缩，并且其伸缩运动可以带动下套筒相对上套筒进行无缝伸缩运动，保持对悬臂至导水盖之间部件的密封包裹，有效阻止了水对内部的伸缩驱动器、第一旋转驱动器等的侵蚀。

17、作为该航道硬质土层疏浚设备的一种优选结构，所述转动轴装置包括第一定位桩、第二定位桩和两组夹紧升降机构。所述船体的尾部设置两个竖向的穿孔。两个所述穿孔的连线垂直于所述船体的船头至船尾的方向。所述第一定位桩和所述第二定位桩分别穿过两个所述穿孔。每组所述夹紧升降机构均包括升降组件和夹紧组件。所述升降组件安装在所述船体上，所述夹紧组件安装在所述升降组件上。所述第一定位桩的两侧设置一组所述升降组件和所述夹紧组件的组合件。所述第二定位桩的两侧设置另一组所述升降组件和所述夹紧组件的组合件。

18、通过采用上述技术方案，该疏浚设备可以自由切换第一定位桩或第二定位桩来定位，使得船体可以逐步前行，对前方区域进行土层绞碎作业。

19、第二方面，本技术提出一种航道硬质土层疏浚方法，该疏浚方法基于上述包含声波测距传感器和伸缩驱动器的疏浚设备对航道硬质土层进行疏浚。所述疏浚方法包括：关闭所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨，所述转动轴装置将所述船体转动固定在水中，所述绞臂装置插入水中，启动所述绞刀自转并驱动所述绞刀插入水底表层土中，将接触到的硬质土层绞碎，所述泵抽取被绞碎的硬质土层物质，通过管道排放至疏浚区域以外的位置，启动所述第一螺旋桨或者所述第二螺旋桨，使得所述绞刀以所述转动轴装置为轴心而旋转，对航道硬质土层进行绞碎。所述声波测距传感器感应水底距离：若感应的距离在设定的距离范围之内，所述伸缩驱动器保持不动。若感应的距离在设定的距离范围之外，则所述控制系统输出指令，控制所述伸缩驱动器进行伸缩运动，使得所述声波测距传感器感应的水底距离在设定的距离范围之内。

20、通过采用上述技术方案，转动轴装置将所述船体转动固定在水中，第一螺旋桨或者第二螺旋桨能驱动船体旋转，使得绞刀可以大范围的绞碎硬质土层，并且通过声波测距传感器和伸缩驱动器可设定绞刀插入土层的深度，能有效的绞碎硬质土层，通过管道和泵及时抽走绞碎物，从而疏浚了航道。

21、第三方面，本技术提出一种航道硬质土层疏浚方法，该疏浚方法基于所述转动轴装置包括第一定位桩、第二定位桩和两组夹紧升降机构的疏浚设备。所述疏浚方法包括：关闭所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨，将所述第一定位桩插入土层中使得所述船体转动固定在水中，所述绞臂装置插入水中，启动所述绞刀并驱动所述绞刀插入水底表层土中，将接触到的土层绞碎，所述泵抽取被绞碎的硬质土层，通过管道排放至其他位置，启动所述第一螺旋桨，使得所述绞刀以所述第一定位桩为轴心而旋转，以对航道硬质土层进行绞碎。旋转一段弧形后，在推进方向上，所述第二定位桩相比所述第一定位桩更靠前，关闭所述第一螺旋桨，并将所述第二定位桩插入水底土层中，将所述第一定位桩拔离土层，启动所述第二螺旋桨，使得所述绞刀以所述第二定位桩为轴心反向旋转。重复以上步骤，对航道土层进行绞碎抽离。

22、通过采用上述技术方案，切换第一定位桩和第二定位桩，以在前的定位桩为轴心进行旋转，使船体一边前进一边对硬质土层进行绞碎和清理作业，疏浚航道的覆盖面广，疏浚自动化率高。

23、综上所述，本技术的航道硬质土层疏浚设备和施工方法具有如下有益效果：

24、该疏浚设备在绞碎土层过程使用第一螺旋桨、第二螺旋桨来驱动绞刀的弧形轨迹运动，不需要在绞刀臂两侧安装伸缩钢缆来驱动绞刀的弧形轨迹运动，避免了钢缆容易断裂的问题，降低了设备维修率，提升了安全系数，提升了设备的有效性。