一种基于数据实时传输的海床式静力触探装备

1.本发明涉及海底探测设备领域，具体是一种基于数据实时传输的海床式静力触探装备。


背景技术：

2.海洋监测系统的架设、海底资源开采探测设施的建立等诸多海洋工程建设前都需要对海底的土体性质进行调查研究，因此，海底以下数米至数十米的沉积物性质研究对于海洋资源的开发利用、海洋环境监测等各领域的发展都有着重要的意义。海底土体一般为新近的沉积物，厚度大、饱和松散且容易受到扰动，钻探、取样等操作会对土体产生扰动，取样后进行现场观测或室内试验会使土体失水失压，导致海底沉积物土体性质发生变化，无法还原真实环境下海底沉积物土体的性质；海底原位静力触探技术可以实现在海底土体的实际环境中进行测试，可以获得更为真实的土体性质参数。土体静力触探是一种无需取样、适用范围广、快速、经济的土体原位测量方法，在工程地质综合分析评价中有着无可比拟的优越性，而将静力触探技术应用到海底土体勘测能够更加充分地发挥其勘测速度快、效率高的优点，能够在如海底电缆和输油管线的路由调查等应用领域发挥巨大作用。
3.现有的静力触探技术大多采用整长度的平直刚性探杆直接将探头压入海床，存在径向失稳和操作不便的问题，不适用于较深海域的海床沉积物性质参数的勘测；部分静力触探装备采用分段探杆的方式，需要预先穿线并进行人工探杆对接，有较大作业劳动要求，操作过程中存在安全隐患，而且这种探测方法只限于浅水作业环境，并不适用于水深较深的海域；在较深的海域进行静力触探作业需要保证设备的防水性和耐压性，所以大多都是采用数据自容式的探头，此种探头能够较好的采集和存储数据，但是只有将设备打捞上来才能够获得数据，作业效率低，且操作步骤繁琐。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于数据实时传输的海床式静力触探装备，以解决上述背景技术提出的问题；为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数据实时传输的海床式静力触探装备，包括框架，还包括：探杆，所述框架内部设置有油缸立柱，所述油缸立柱上设置有用于存放探杆的探杆库，所述探杆穿出框架的一端设置有探头，所述探头连接有数据传输缆，所述数据传输缆一端连接有排缆机构，能够在探头贯入的过程中将数据传输缆同步放出；旋转接杆机构，所述旋转接杆机构设置在油缸立柱顶部，能够对多个探杆进行对接；移杆机构，设置在油缸立柱上，能够将探杆从探杆库中取出；贯入机构，设置在框架内部，能够将对接后的探杆贯入下方的土层中。
5.在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
在一种可选方案中：所述旋转接杆机构包括液压马达、传动轴、外壳、圆锥滚子轴承、夹紧油缸、旋转卡盘、基座、浮动油缸、接杆机构导轨和浮动油缸支座，所述接杆机构导轨和浮动油缸支座均安装在油缸立柱上，所述接杆机构导轨设置在基座外部，所述浮动油缸支座上铰接有浮动油缸，所述浮动油缸伸缩端与基座相铰接，所述基座一侧设置有外壳，所述外壳内部转动设置有传动轴，所述传动轴穿过外壳和圆锥滚子轴承中部，所述传动轴顶端与液压马达相连接，所述传动轴底端设置有旋转卡盘，两个所述夹紧油缸设置在旋转卡盘上。
6.在一种可选方案中：所述贯入机构包括垂直贯入油缸、贯入夹持油缸、油缸座和底部夹持油缸，所述垂直贯入油缸顶部与油缸立柱相连接，所述垂直贯入油缸伸缩端与油缸座连接，所述油缸座内部设置有贯入夹持油缸，所述底部夹持油缸设置在油缸立柱底部。
7.在一种可选方案中：所述探杆库包括腹板、拨盘、限位盘、护圈支架、管架中轴、护圈、护圈闭合板、限位油缸、拔销油缸、摆动油缸、拔销套和锁紧杆，所述油缸立柱侧壁设置有腹板，两个所述腹板之间设置有护圈支架，两个所述护圈支架与腹板形成一个支撑框架，两个所述腹板之间转动设置有管架中轴，两个所述拨盘固定设置在管架中轴两端，所述管架中轴上固定设置有两个限位盘，所述限位盘上设置有多个用于固定探杆的锁紧杆，所述限位盘外部设置有护圈，两个护圈之间设置有护圈闭合板，所述腹板顶部安装有限位油缸、摆动油缸和拔销套，所述拔销套的一端与摆动油缸相连接，所述拔销套中部设置有拔销油缸。
8.在一种可选方案中：所述移杆机构包括立柱连接座、推拉连杆、推拉油缸、推拉油缸座、开合卡爪、卡爪支撑板、卡爪开合油缸和油缸连接板，所述立柱连接座固定设置在油缸立柱上，所述立柱连接座内部设置有推拉油缸座和卡爪支撑板，所述推拉油缸座内部设置有推拉油缸，两个所述卡爪支撑板之间设置有推拉连杆，所述推拉连杆与推拉油缸伸缩端相连接，所述卡爪支撑板内部设置有卡爪开合油缸、油缸连接板和开合卡爪，所述油缸连接板一端与卡爪开合油缸相连接，所述油缸连接板另一端设置与开合卡爪相连接。
9.在一种可选方案中：所述排缆机构包括支撑架、水下电机、减速机、电滑环、滑轨、卷缆滚筒、滑轨导块、往复丝杠、滑块、链轮和传动链，所述支撑架固定设置在框架内部，所述卷缆滚筒通过转动安装在支撑架内部，所述支撑架内部转动设置有往复丝杠，所述水下电机和减速机均设置在支撑架的外部，所述卷缆滚筒两侧均设置有链轮，两个所述链轮外部均设置有传动链，两个所述传动链分别与往复丝杠和减速机输出端相连接，所述往复丝杠上套设有滑块，所述支撑架内部固定设置有滑轨，所述滑轨上滑动套设有导轨滑块，所述滑块与导轨滑块相连接。
10.在一种可选方案中：所述卷缆滚筒一侧设置有电滑环，所述数据传输缆缠绕在卷缆滚筒上，所述数据传输缆一端连接在电滑环的内侧。
11.相较于现有技术，本发明的有益效果如下：1、静力触探装备能够完成探杆的自动对接和贯入，数据传输缆能够在探头贯入的过程中同步放出，使探头贯入过程中采集到的数据信息能够实时回传至计算机，实现了数据的实时传输，极大的简化了海底探测的工作流程，提高了深海沉积物岩土性质勘探工作的效率。
12.2、探杆采用分段式的贯入方式，一次贯入半根探杆的长度，能够使探杆不易发生
贯入方向的横向偏移，提高了探头贯入速度的稳定性，使采集到的数据更加准确可靠。
13.3、单层圆周布置的探杆存储方式使探杆移动的距离大大减小，简化操作流程的同时增加了稳定性，使探杆对接更加精准。
附图说明
14.图1为基于数据实时传输的海床式静力触探装备的整体结构示意图。
15.图2为基于数据实时传输的海床式静力触探装备的工作状态示意图。
16.图3为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中旋转接杆机构的结构示意图。
17.图4为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中旋转接杆机构的剖视图。
18.图5为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中旋转接杆机构与贯入机构的装配示意图。
19.图6为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中贯入机构的局部剖视图。
20.图7为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中探杆库的结构示意图。
21.图8为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中探杆库存储探杆状态的示意图。
22.图9为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中探杆库的部分结构示意图图10为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中移杆机构的结构示意图图11为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中移杆机构的抓取结构剖视图。
23.图12为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中排缆机构的结构示意图。
24.图13为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中排缆机构的主视图。
25.图14为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中排缆机构的左视图图15为基于数据实时传输的海床式静力触探装备中探头与数据传输缆连接示意图。
26.附图标记注释：框架1、旋转接杆机构2、液压马达2-1、传动轴2-2、外壳2-3、圆锥滚子轴承2-4、夹紧油缸2-5、旋转卡盘2-6、基座2-7、浮动油缸2-8、接杆机构导轨2-9、浮动油缸支座2-10、移杆机构3、立柱连接座3-1、推拉连杆3-2、推拉油缸3-3、推拉油缸座3-4、开合卡爪3-5、卡爪支撑板3-6、卡爪开合油缸3-7、油缸连接板3-8、贯入机构4、垂直贯入油缸4-1、油缸立柱4-2、贯入夹持油缸4-3、油缸座4-4、底部夹持油缸4-5，探杆库5、腹板5-1、拨盘5-2、限位盘5-3、护圈支架5-4、管架中轴5-5、护圈5-6、护圈闭合板5-7、限位油缸5-8、拔销油缸5-9、摆动油缸5-10、拔销套5-11、锁紧杆5-12、排缆机构6、支撑架6-1、水下电机6-2、减速机6-3、电滑环6-4、滑轨6-5、卷缆滚筒6-6、滑轨导块6-7、往复丝杠6-8、滑块6-9、链轮6-10、传动链6-11、探杆7、探头8、水密接插件8-1、数据传输缆9。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
29.如图1-4所示，为本发明一个实施例提供的一种基于数据实时传输的海床式静力
触探装备，包括框架1，还包括：探杆7，框架1用于整体设备的支撑和保护，框架1内部安装有防腐蚀的锌块，框架1外部安装有橡胶防撞条，在发生碰撞时起到缓冲作用，探杆7的下端设置有锥形外螺纹，上端设置有锥形内螺纹，探杆7之间可以通过螺纹连接，所述框架1内部设置有油缸立柱4-2，所述油缸立柱4-2上设置有用于存放探杆7的探杆库5，所述探杆7穿出框架1的一端设置有探头8，静力触探探头8为带有数据传输缆9的土体数据采集传感器，通过静力触探探头8对原位土工数据进行采集，通过数据传输缆9将采集的数据回传至位于海面作业船上的计算机中，静力触探探头8能够对锥尖阻力、侧部摩擦力、孔隙水压力、电阻率等数据进行测量采集，探杆7与探头8之间设置有水密接插件8-1，数据传输缆9插在水密接插件8-1上，数据传输缆9通过探杆7上的侧开空穿出，数据传输缆9上端连接有排缆机构6，能够在探头8贯入的过程中将数据传输缆9同步放出；旋转接杆机构2，所述旋转接杆机构2设置在油缸立柱4-2顶部，能够对多个探杆7进行对接；移杆机构3，设置在油缸立柱4-2上，能够将探杆7从探杆库5中取出；贯入机构4，设置在框架1内部，能够将对接后的探杆7贯入下方的土层中。
30.如图3-4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述旋转接杆机构2包括液压马达2-1、传动轴2-2、外壳2-3、圆锥滚子轴承2-4、夹紧油缸2-5、旋转卡盘2-6、基座2-7、浮动油缸2-8、接杆机构导轨2-9和浮动油缸支座2-10，所述接杆机构导轨2-9和浮动油缸支座2-10均安装在油缸立柱4-2上，所述接杆机构导轨2-9设置在基座2-7外部，所述浮动油缸支座2-10上铰接有浮动油缸2-8，所述浮动油缸2-8伸缩端与基座2-7相铰接，外壳2-3通过法兰连接与基座2-7连接，所述外壳2-3内部转动设置有传动轴2-2，所述传动轴2-2穿过外壳2-3和圆锥滚子轴承2-4中部，所述传动轴2-2顶端与液压马达2-1相连接，传动轴2-2通过法兰连接与旋转卡盘2-6连接，两个夹紧油缸2-5对称布置并通过螺栓连接安装于旋转卡盘2-6上，液压马达2-1通过传动轴2-2带动旋转卡盘2-6转动，旋转卡盘2-6上的夹紧油缸2-5推动卡爪夹紧探杆7，通过卡盘的旋转带动探杆7转动，再配合浮动油缸2-8收缩，带动旋转接杆机构2整体在接杆机构导轨2-9的引导下向下移动，实现探杆7之间的螺纹快速对接。
31.如图5-6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述贯入机构4包括垂直贯入油缸4-1、贯入夹持油缸4-3、油缸座4-4和底部夹持油缸4-5，所述垂直贯入油缸4-1通过法兰连接与油缸立柱4-2连接，所述垂直贯入油缸4-1伸缩端通过螺栓连接与油缸座4-4连接，所述油缸座4-4内部设置有两对贯入夹持油缸4-3，贯入夹持油缸4-3通过螺栓固定安装在油缸座4-4内部，所述底部夹持油缸4-5通过螺栓连接设置在油缸立柱4-2底部；旋转接杆机构2完成上下探杆7的对接过程后，垂直贯入油缸4-1收缩，带动油缸座4-4和贯入夹持油缸4-3上移到既定位置，由贯入夹持油缸4-3将中间的探杆7夹紧，垂直贯入油缸4-1再次伸长，将探杆7缓慢贯入下方的土层中，完成整根探杆7的贯入之后，由底部夹持油缸4-5夹紧探杆7的末端，再次由旋转接杆机构2完成接杆工作，实现探杆的持续贯入。
32.如图7-9所示，作为本发明的一种优选实施例，所述探杆库5包括腹板5-1、拨盘5-2、限位盘5-3、护圈支架5-4、管架中轴5-5、护圈5-6、护圈闭合板5-7、限位油缸5-8、拔销油缸5-9、摆动油缸5-10、拔销套5-11和锁紧杆5-12，所述油缸立柱4-2侧壁设置有腹板5-1，两个所述腹板5-1之间设置有护圈支架5-4，两个所述护圈支架5-4与腹板5-1形成一个支撑框
架，两个所述腹板5-1之间转动设置有管架中轴5-5，两个限位盘5-3和两个拨盘5-2都以法兰连接的方式与管架中轴5-5固定连接，限位盘5-3上按图9的方式布置有若干个锁紧杆5-12，每个限位盘5-3的外围均设置有一对护圈5-6，两个护圈5-6之间由护圈闭合板5-7实现闭合，所述腹板5-1通过法兰连接安装有限位油缸5-8，通过铰链连接一个摆动油缸5-10和一个拔销套5-11，拔销套5-11的一端通过铰链与摆动油缸5-10的伸缩端相连，中部有拔销油缸5-9穿过其中并通过法兰进行连接；拔销油缸5-9插入拨盘5-2的预留孔之中，此时摆动油缸5-10伸缩并带动拔销套5-11摆动，同时也带动拨盘5-2所连接的管架中轴5-5转动，从而带动整个探杆库5内部进行转动，当选取的探杆7转动到所需位置上时，限位油缸5-8伸长，插入拨盘5-2的预留孔中，将其固定在该位置上，便于探杆7的取用，锁紧杆5-12是为了使探杆7能够固定在限位盘5-3的预定位置上。
33.如图10-11所示，作为本发明的一种优选实施例，所述移杆机构包括立柱连接座3-1、推拉连杆3-2、推拉油缸3-3、推拉油缸座3-4、开合卡爪3-5、卡爪支撑板3-6、卡爪开合油缸3-7和油缸连接板3-8，所述立柱连接座3-1固定设置在油缸立柱4-2上，所述立柱连接座3-1内部设置有推拉油缸座3-4和卡爪支撑板3-6，所述推拉油缸座3-4内部设置有推拉油缸3-3，上下两个卡爪支撑板3-6之间通过铰链连接安装有推拉连杆3-2，推拉连杆3-2通过铰链连接与推拉油缸3-3连接，所述卡爪支撑板3-6内部设置有卡爪开合油缸3-7、油缸连接板3-8和开合卡爪3-5，所述油缸连接板3-8一端与卡爪开合油缸3-7相连接，所述油缸连接板3-8另一端设置与开合卡爪3-5相连接；推拉油缸3-3带动推拉连杆3-2伸出，推拉连杆3-2带动上下两个卡爪支撑板3-6同步伸入探杆库中，由卡爪开合油缸3-7驱动开合卡爪3-5抓紧探杆7，推拉油缸3-3收缩，完成探杆7的取用；移杆机构3采用双卡爪独立油缸的方式完成探杆7的夹紧，再配合推拉连杆3-2和单级推拉油缸完成移杆过程，能够保证探杆7移动位置的精确度和移动过程的稳定性，同时也能提供足够的推力和拉力，便于探杆库5中探杆7的取放。
34.如图12-14所示，作为本发明的一种优选实施例，所述排缆机构6包括支撑架6-1、水下电机6-2、减速机6-3、电滑环6-4、滑轨6-5、卷缆滚筒6-6、滑轨导块6-7、往复丝杠6-8、滑块6-9、链轮6-10和传动链6-11，所述支撑架6-1固定设置在框架1内部，卷缆滚筒6-6通过轴承和空心轴安装在支撑架6-1上，能够自由转动，往复丝杠6-8通过轴承安装在支撑架6-1上，一侧安装有链轮6-10，所述水下电机6-2和减速机6-3均通过螺栓连接设置在支撑架6-1的外部，所述卷缆滚筒6-6两侧均设置有链轮6-10，两个所述链轮6-10外部均设置有传动链6-11，两个所述传动链6-11分别与往复丝杠6-8和减速机6-3输出端相连接，所述往复丝杠6-8上套设有滑块6-9，所述支撑架6-1内部固定设置有滑轨6-5，所述滑轨6-5上滑动套设有导轨滑块6-7，所述滑块6-9与导轨滑块6-7相连接，所述卷缆滚筒6-6一侧设置有电滑环6-4，所述数据传输缆9缠绕在卷缆滚筒6-6上，所述数据传输缆9一端连接在电滑环6-4的内侧；数据传输缆9整齐的缠绕在卷缆滚筒6-6上，一端与探头上的水密接插件8-1连接，另一端连在电滑环6-4的内侧，在探头8贯入的同时，在水下电机6-2和减速机6-3的驱动下，卷缆滚筒6-6同步放出相应长度的数据传输缆9，随探头8同步贯入海底，卷缆滚筒6-6的另一端连接另一组链轮6-10和传动链6-11，同时带动往复丝杠6-8转动，往复丝杠6-8的导程值设置为数据传输缆9的直径，使得卷缆滚筒6-6转动一周，往复丝杠6-8上的滑块6-9同步移动一倍数据传输缆9直径的距离，使数据传输缆9布放和回收的过程中能够排列的整齐有序，
防止线缆相互缠绕致使设备无法正常工作。
35.本发明上述实施例中提供了一种基于数据实时传输的海床式静力触探装备，能够在水下自动接杆且能够实现数据实时传输，用于两千米海深的海底，解决了传统静力触探设备无法应用于深海的问题，采用水下自动对接探杆的形式，减少人工操作工作量，提高作业安全性和自动化程度，探头7外部连接数据传输缆9的方式，在工作过程中数据传输缆9跟随探头8同步贯入土体，实现海底土体勘探数据的同步传输，使整个探测作业过程数据的采集更加高效。
36.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。