一种辅助双壁钢围堰沉底的智能射水吸泥设备

1.本发明涉及围堰施工设备技术领域，尤其涉及一种辅助双壁钢围堰沉底的智能射水吸泥设备。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，我国桥梁建设工程蓬勃发展。双壁钢围堰作为一种临时的水下基础设施在现阶段受到广泛地使用。但是双壁钢围堰由于其体积庞大，在其下沉过程中会受到泥面的阻力，导致下沉速度缓慢，影响施工效率，从而需要通过吸泥设备吸泥降低阻力。
3.现有的吸泥设备通常是在双壁钢围堰中心进行吸泥，从而在围堰内部形成“锅底”形状，使围堰内部边缘泥土向中间塌陷，辅助围堰下沉。然而在双壁钢围堰即将下沉到位时，“锅底”无法继续向下清理，一旦遇到硬塑性地层，由于其硬度大、粘度大，增大了围堰的下沉阻力，“锅底”形成后围堰内部边缘泥土如刃角处堆积的淤泥不会自动向中间坍塌，导致围堰无法下沉到位，影响施工效率。由于现有设备不能满足硬塑性地层情况下大型双壁钢围堰沉底的需求，亟需提供一种辅助沉底的双壁钢围堰射水吸泥装置。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种辅助双壁钢围堰沉底的智能射水吸泥设备，从而解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明公开了一种辅助双壁钢围堰沉底的智能射水吸泥设备，包括智能控制模块、固定架和安装于所述固定架上且与所述智能控制模块连接的铰刀装置、侧边淤泥清理装置、吸泥装置以及高压水射流装置，所述吸泥装置的吸入端、高压水射流装置的射水口和铰刀装置的铰刀安装于所述固定架的一端，且所述铰刀的前端超出所述吸泥装置的吸入端。
6.进一步的，所述吸泥装置包括吸泥管，所述吸泥管包括管身和罩笼，所述管身的一端与所述罩笼连接，另一端设置为用于连接吸泥泵，所述铰刀的前端超出所述罩笼。
7.进一步的，所述高压水射流装置设置在所述固定架相对的第一侧和第二侧，包括高压水管、旋转头和射水枪头，所述射水枪头安装在所述旋转头上，所述旋转头安装在所述高压水管上。
8.进一步的，所述固定架位于所述高压水射流装置的同一侧安装有用于清理侧面刃角处淤泥的侧边淤泥清理装置。
9.进一步的，所述侧边淤泥清理装置包括电机、电机舱、转杆和刀头，所述电机安装在所述电机舱内，所述电机的输出轴与所述转杆的一端连接，所述刀头安装在所述转杆的另一端。
10.进一步的，所述铰刀装置设置在所述固定架相对的第三侧和第四侧，所述铰刀装置还包括电机，多个所述铰刀可拆式安装于所述电机的输出轴上。
11.进一步的，所述铰刀为回转轴线可根据使用情景进行调整的硬质合金材质刀具。
12.进一步的，所述固定架包括双拼工字钢和第二焊板，所述第二焊板沿着所述双拼工字钢的长度方向布设，且所述第二焊板的两端与所述双拼工字钢的相对设置的工字钢固接，所述吸泥管设置于所述双拼工字钢围设的内部区域中且从所述第二焊板上的圆孔穿过。
13.进一步的，还包括多个沿着所述双拼工字钢的长度方向布设的第一焊板，所述第一焊板固接在所述双拼工字钢的两侧，且所高压水管穿过所述第一焊板的圆孔。
14.进一步的，所述智能控制模块包括分析模块和与所述分析模块连接的控制模块以及扫描模块，其中：
15.控制模块，用于控制吸泥泵、铰刀装置、侧边淤泥清理装置、高压水射流装置开关以及旋转头的转动；
16.扫描模块，用于发射并接收超声波信号，并将获取的时间数据输送给分析模块；
17.分析模块，用于将上述接收的时间数据转化为距离信息，形成水下三维地形图，进而通过分析确定搅泥、吸泥的位置和射水的角度。
18.与现有技术相比，本发明的优点在于：
19.本发明的射水吸泥设备可以实现朝向水下地层进行搅碎、水流击碎和吸泥等工作。其中，铰刀装置的铰刀超出吸泥装置的吸入端，以先于吸泥管作用于水下地层，使水下地层中体积较大的淤泥和结块被搅碎后再进入吸入端，防止吸泥装置堵塞；本发明的设备结构简单，体积较小，可以灵活移动和使用，利用高压水、铰刀和吸泥组合的工作方式有效地清理围堰内侧壁之间及围堰刃角处堆积的淤泥，使其破碎坍塌，降低下沉阻力，实现双壁钢围堰的精确沉底。进一步的，本发明当遇到不同地层时，为提高效率，可及时更换刀头并通过计算机控制调整各设备的功率及工作顺序，以保证安全、效率。若围堰设计标高处地层硬度大、粘度大时，“锅底”形成后围堰内部边缘土体不会自动坍塌，导致围堰无法准确下沉到位。则启动侧边淤泥清理装置，同时通过调整射水枪头的方向，对围堰刃角处堆积的泥土进行搅碎、水流击碎等工作，配合铰刀装置及吸泥管进行清理。
20.下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
21.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1是本发明优选实施例公开的适用于水下复杂地层的射水吸泥设备的整体结构示意图；
23.图2是本发明优选实施例公开的适用于水下复杂地层的智能射水吸泥设备中吸泥管的结构示意图；
24.图3是本发明优选实施例公开的适用于水下复杂地层的智能射水吸泥设备中固定架的结构示意图；
25.图4是本发明优选实施例公开的适用于水下复杂地层的智能射水吸泥设备中铰刀装置的结构示意图；
26.图5是本发明优选实施例公开的适用于水下复杂地层的智能射水吸泥设备中高压
水射流装置的结构示意图；
27.图6是本发明优选实施例公开的适用于水下复杂地层的智能射水吸泥设备中侧边淤泥清理装置的结构示意图。
28.图例说明：
29.1、吸泥管；11、管身；12、罩笼；2、固定架；21、双拼工字钢；22、第一焊板；23、第二焊板；3、铰刀装置；31、铰刀电机；32、铰刀；4、高压水射流装置；41、高压水管；42、旋转头；43、射水枪头；5、侧边淤泥清理装置；51、侧边清淤电机；52、电机舱；53、转杆；54、刀头。
具体实施方式
30.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
31.如图1-6所示，本发明公开了一种辅助双壁钢围堰沉底的智能射水吸泥设备，如图1所示，包括固定架2、智能控制模块、铰刀装置3、侧边淤泥清理装置5、吸泥装置(主要为与吸泥泵连通的吸泥管1)以及与高压水供给设备连通的高压水射流装置4，其中，铰刀装置3、侧边淤泥清理装置5、吸泥装置和高压水射流装置4均通过智能控制模块控制。吸泥管1的输入端和铰刀装置3的端部位于固定架2的同一侧，且朝向相同，铰刀装置3的铰刀32的端部超出吸泥管1的端部，从而在遇到底部较硬的体积较大的淤泥和结块，可以实现先破碎后吸出。
32.本实施例中，如图2所示，吸泥管1包括管身11和罩笼12。管身11中与铰刀装置3朝向相同的端部开口处罩设连接有罩笼12，罩笼12既不会影响泥水混合物被管身11吸走，又能有效防止结块或其他杂物进入管身11中堵塞吸泥管1，起到良好的防堵作用。本实施例中，罩笼12呈一尖角向外的圆锥状，当结块或杂物受吸泥管1作用向罩笼12移动时，会被罩笼12阻挡在外，之后沿着罩笼12的外表面滑向一侧，防止堵塞端口。具体的，管身11为外径133mm，壁厚4.5mm的无缝钢管，顶部与吸泥泵相连，在进水口处设置罩笼12。
33.本实施例中，如图3所示，铰刀装置3、侧边淤泥清理装置5、吸泥管1和高压水射流装置4均固定连接于固定架2上。固定架2包括双拼工字钢21、第一焊板22和第二焊板23，双拼工字钢21由两条工字钢平行连接而成，两条工字钢中带有内陷的避让区的一侧对接为一中空区域，吸泥管1通过第二焊板23焊接连接于双拼工字钢21围设的内部中空区域中，使双拼工字钢21保护吸泥管1的结构强度，避免吸泥管1破损造成无效工作，还能确保管身11的形状不受外力改变，防止弯折造成的堵塞等情形。本实施例中，第一焊板22和第二焊板23的厚度均为20mm。
34.本实施例中，如图3所示，第一焊板22和第二焊板23分别位于双拼工字钢21的外部和内部，其上分别设有与高压水管41和管身11对应的圆孔，高压水管41穿设并焊接连接于第一焊板22的圆孔中，而管身11穿设并焊接连接于第二焊板23的圆孔中。
35.本实施例中，如图5所示，高压水射流装置4包括四根高压水管41，四根高压水管41对称连接于双拼工字钢21的外部两侧，以使射出的高压水流相对吸泥管1均匀分布，保持设备稳定性的同时确保淤泥破碎程度的均匀性。进一步的，高压水管41安装有控制阀；射水枪头43的出水口内径为1.6cm，其安装在旋转头42上，出水口的角度可随旋转头42的转动而转动，确保准确对目标区域进行清理。本实施例中，高压水管41上部连接有高压管汇及三相异
步电动机，为高压水输送提供动力。高压水管41采用中通钢管制作，外径60mm，壁厚3mm。
36.本实施例中，如图1所示，铰刀装置3通过焊接连接于双拼工字钢21的外侧下部。如图4所示，铰刀装置3包括铰刀电机31和硬质合金材质的铰刀32，铰刀装置3的回转轴线与吸泥管1的轴线的夹角可根据实际地层情况需要进行调整，铰刀32可根据地层情况更换，以提高搅泥速率与效果。同时，回转过程中，击碎的淤泥与水混合受离心力作用能够自动向吸泥管1运动，提高吸泥效率。
37.本实施例中，如图1所示，侧边淤泥清理装置5固定于双拼工字钢21侧面，用于清除侧面刃角处堆积的淤泥。如图6所示，电机舱52内部设有侧边清淤电机51和转杆53，用于保护电机不受损坏，侧边清淤电机51的输出端与转杆53通过皮带转动连接，通过转杆53带动刀头54旋转碎泥。
38.本实施例中，智能控制模块包括分析模块和与分析模块连接的控制模块以及扫描模块，通过控制模块控制吸泥泵、铰刀装置3、侧边淤泥清理装置5、高压水射流装置4开关以及旋转头42的转动，实现各装置之间的配合工作；扫描模块可发射并接收超声波信号，并将获取的时间数据输送给分析模块；分析模块可以对上述接收的数据进行处理分析，将其转化为距离信息，形成水下三维地形图，进而通过分析确定搅泥、吸泥的位置和射水的角度。
39.本实施例的设备使用时，先通过龙门吊或汽车吊(根据现场条件选用)将设备运送到水面下部，随后通过扫描及分析模块获取围堰底部及侧边土体的三维地形图，缓慢移动设备，保证扫描范围覆盖整个围堰范围。随后根据数据及得出的地形图分析确定需要清理的范围。通过龙门吊或汽车吊将设备准确移动到需要清理的位置，通过控制模块调整射水枪头43的角度，将刀头54和射水枪头43对准刃角处堆积的淤泥，打开侧边淤泥清理装置5和高压水射流装置4，控制射水和切削功率在合适范围内并不断调整清理部位、射水角度以保证刃角处淤泥达到清除标准，每次清理范围不宜过大，防止围堰一侧突然下沉，造成两侧不平衡。待刃角处淤泥清理完毕后，调整射水枪头43的角度，使其出水口对准下部地层，打开铰刀装置3和吸泥泵，对锅底不平整的部位进行清理，通过高压水流将搅碎的大块泥土射碎，并冲走水下大块杂物。通过罩笼12的过滤作用，大块泥土及杂物无法被吸入，防止堵塞吸泥管1，破碎泥土通过管身11输送至指定位置排出。当管身11出来的全是水时，则表示该部分夹泥已清除，清理完成后间隔60cm换位置继续清理直至清理完毕。
40.其中，在使用过程中，通过三维扫描和分析模块获得围堰底部及侧边土体分布情况，可准确定位需射水吸泥的部位。朝向水下地层进行搅碎、水流击碎和吸泥等工作。铰刀装置3的端部超出吸泥管1的端部，以先于吸泥管1作用于水下地层，使水下地层中体积较大的淤泥和结块被搅碎后再进入吸泥管1，防止吸泥管1堵塞。当遇到不同地层时，为提高效率，可及时更换铰刀32以保证安全、效率。若围堰设计标高处地层硬度大、粘度大时，“锅底”形成后围堰内部边缘土体不会自动坍塌，导致围堰无法准确下沉到位。则启动侧边淤泥清理装置5，同时通过控制模块调整射水枪头43的方向，对围堰刃角处堆积的泥土进行搅碎、水流击碎等工作，配合铰刀装置3及吸泥管1进行清理。本发明的设备结构简单，体积较小，可以灵活移动和使用，利用高压水、铰刀32和吸泥组合的工作方式有效地清理围堰内侧壁之间及围堰刃角处堆积的淤泥，使其破碎坍塌，降低下沉阻力，实现双壁钢围堰的精确沉底。
41.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。