一种湖泊淤泥的清理装置及其清理方法与流程

本发明涉及一种湖泊淤泥的清理装置及其清理方法。

背景技术：

湖泊中水一般是经雨水以及山体中的水流入，而雨水和山体水中常带有灰尘和泥土，经沉淀后在湖泊中形成淤泥，随着时间的推移，湖泊的面积因淤泥增加而减小，蓄水能力减弱，当大雨来临时，淤泥淤积会导致泄流不畅，甚至将会使洪水直接冲击河堤，严重的威胁当地居民的生命与财产安全，一些淤泥中还存在着污染物质，从而引起湖泊水体污染，导致湖泊自净能力下降，水体内的生物存活率降低。目前对于中小型水域，主要的清淤方式是把其中的水抽干，直接在无水的情况下，用挖掘机或清淤机进行清淤工作，工程量既大又繁琐，而且还会使清淤目标在较长一段时间内不能进行工作生产，造成了一定的经济损失，生产效率低，劳动强度大，方法原始，而且在很多情况下，由于河床地深、地形的原因，而无法使用大型工程机械，进行机械化作业。

还有使用机械臂入水挖除淤泥的方式处理淤泥，但是淤泥会从抓斗中的空隙漏出而沉在水底，导致抓取率低、清淤效果差，清理效率低，也有使用抽吸装置进行抽吸淤泥的方式处理淤泥，但是湖泊内难免存在一些带有棱角的石块等坚硬物质，遇到坚硬物块时就会无法抽取，造成清淤不彻底等问题，或者抽吸装置在抽吸淤泥的同时会将一些坚硬物体一同抽吸，极易造成抽吸管堵塞、破损以及抽吸装置的损坏。上述清淤设备普遍存在能耗高、使用寿命短、工效低、功能单一，对土质的适应性较差等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的诸多不足，提供一种湖泊淤泥的清理装置及其清理方法，采用抓取和吸泥相结合的方式进行湖底淤泥的处理，清理方式多样，能根据实际水底的土壤情况进行不同的处理，避免了硬质物体对清理装置的损坏和堵塞，清理效率高，使用寿命长，对不同的水体的适应性强，使用范围广。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种湖泊淤泥的清理装置，包括船体、探测装置、抓取装置和吸泥装置，探测装置、抓取装置和吸泥装置分别从左往右依次安装在船体的下方，探测装置包括探测器、升降绳和卷扬器，探测器通过升降绳缠绕在卷扬器上，抓取装置包括升降杆、第一抓斗和第二抓斗，升降杆与第一抓斗连接，第二抓斗位于第一抓斗的内部，吸泥装置包括集泥仓、离心式泥泵、吸泥管、钻头和支撑架，集泥仓位于船体的上方，吸泥管通过离心式泥泵与集泥仓连接，支撑架固定在吸泥管下端的外侧，吸泥管内设有封闭式电机，钻头的一端与封闭式电机连接，钻头的另一端向下穿出吸泥管。通过探测装置来探测湖底的土质情况，然后将探测结果告知工作人员，便于工作人员根据实际情况选择合适的清淤方式进行操作和处理，简化工程步骤，避免了不必要的操作，节省人力和时间，提高淤泥清理的速度和效率；当湖底为坚硬物质时，利用第一抓斗和第二抓斗进行抓取工作，将坚硬物质从湖底取走，设置两个抓斗，提高抓取效率，当湖底为泥层结构时，启动吸泥装置进行吸泥工作，通过离心式泥泵产生真空，使淤泥在大气压的作用下从吸泥管进入到集泥仓，通过支撑架支撑在湖底，保持吸泥装置的稳定工作，通过封闭式电机带动钻头转动，泥土在钻头的扭矩和轴向作用下被切削、破坏，形成松散结构，从而便于吸泥装置的吸取，提高吸泥效率。

进一步，船体上设有控制仓，控制仓内设有控制器，控制器分别与探测装置、抓取装置和吸泥装置连接。探测装置对湖底进行探测，并将探测到的信息传输到控制器，控制器根据接收到的信息进行分析，然后控制抓取装置或者吸泥装置进行处理。

进一步，第一抓斗和第二抓斗均由固定部和抓取部构成，第一抓斗的固定部与升降杆连接，第二抓斗的固定部与第一抓斗的固定部连接，第二抓斗的抓取部小于第一抓斗的抓取部。第二抓斗用来抓取体积较小的坚硬物质，第一抓斗用来抓取体积较大的坚硬物质，将不同体积大小的物质分别通过不同的抓斗来抓取，避免了抓取不牢的现象，两个抓斗同时抓取，也提高了抓取效率，即使其中一个抓斗出现问题，另一个抓斗仍能继续工作，无需延误清淤工作。

进一步，吸泥管的下端连接有吸泥罩，吸泥罩呈下大上小状，吸泥管的内壁上设有吸铁层，吸铁层上设有至少两对十字型挡架，两对挡架上下交错设置。设置的下大上小的吸泥罩，便于吸取淤泥，扩大淤泥的吸取范围，设置的吸铁层用来吸附泥土中的金属物质，将金属物质从淤泥中分离出来，使进入到集泥仓的淤泥更加纯净，减少后期处理步骤，便于淤泥的二次利用，同时也避免了金属物质随着淤泥进入到吸泥管内损坏、堵塞吸泥管，延长吸泥装置的使用寿命；设置的挡架用来阻挡淤泥中的大块物质，例如石块、塑料等，防止大块物质进入到吸泥管中堵塞吸泥管，也减少淤泥中的杂质，提高淤泥的纯净度。

进一步，钻头上设有粉碎刀片，粉碎刀片对称设置在钻头的外壁上，粉碎刀片设置有至少两对。设置的粉碎刀片用来粉碎湖底的淤泥，将大块的淤泥粉碎成小块的淤泥，使吸泥装置更好地抽吸淤泥，加大抽吸量，提高抽吸效率。

进一步，集泥仓内设有挤压装置，挤压装置包括挤压气缸、挤压板和刮泥板，挤压气缸固定在集泥仓的上方，挤压气缸的活塞杆伸入到集泥仓内与挤压板连接，刮泥板分别连接在挤压板的左右两侧，刮泥板的自由端与集泥仓的内壁相接触。设置的挤压装置用来挤压集泥仓内的淤泥，挤压板在挤压气缸的带动下上下移动，挤压淤泥，减少淤泥的体积，扩大集泥仓的容纳量，同时将淤泥中的水分挤出，对淤泥进行脱水处理，便于淤泥的保存，设置的刮泥板在挤压板的带动下沿着集泥仓的内壁上下移动，从而将粘附在集泥仓内壁上的淤泥刮落下来，使集泥仓内的淤泥全部受到挤压脱水处理，提高处理质量和效率。

进一步，集泥仓的底部设有进泥口，集泥仓内侧壁的上端设有溢流口，溢流口上均匀设有溢流挡板，溢流口的内侧设有过滤膜。从湖底吸取的淤泥从进泥口进入到集泥仓内，然后在集泥仓内沉淀，沉淀后的上层液体从溢流口流出，使淤泥进行脱水处理，设置的溢流挡板和过滤膜对流出的液体进行过滤，避免泥沙等颗粒物质随着液体流出。

采用如上述的一种湖泊淤泥的清理装置进行的清理方法，包括如下步骤：

步骤一、清淤准备

组织测量人员对湖泊布局、土质情况、河内淤泥厚度进行探测、测量，并按照25m间距进行绘制断面图和清淤施工设计图，每公里设置一个临时水位尺、水尺零点同河底设计高程一致，水深标尺精确到厘米，组织专业人员进行记录、整理、汇总，实时向清淤船汇报水位和泥底深度；

步骤二、船体的定位

根据清淤施工设计图，工程人员将需要挖掘的坐标发送到控制室内的驾驶人员，驾驶人员启动动力装置将船体行驶到指定位置附近3～5m，然后通过标尺和定位装置进行精确调整，将船体准确移动到指定位置的上方，然后放下固定锚和固定桩进行固定，接着利用超声波探测湖底的具体深度，并将探测到的信息发送到控制器内；

步骤三：探测器探测

1)、根据超声波测定的湖底深度，首先启动卷扬器，松开升降绳，将探测器放入到湖底，通过探测器探测该处地面是硬质石块还是软性泥土，并通过探测器中的摄像头对湖底影像进行拍摄，然后将探测到的数字信息和拍摄到的图像信息发送到控制器，控制仓内的工作人员对接收到的信息进行分析，根据湖底的地质情况选择启动抓取装置或者吸泥装置；

2)、探测器探测完成后，卷扬器收紧升降绳，将探测器向上提升，直到探测器达到指定位置，卷扬器停止工作；

步骤四、石块的清理

1)、当探测器探测到湖底是石块时，先利用移动装置将抓取装置横向移动到探测点的正上方，然后启动抓取装置，根据探测到的湖底深度，延长升降杆，将抓斗向下放入水中，利用开合气缸打开第一抓斗和第二抓斗，第一抓斗抓取大体积的石块，第二抓斗抓取小体积的石块；

2)、抓取完成后，提升第一抓斗和第二抓斗至船体上，然后翻转第一抓斗和第二抓斗，使第一抓斗和第二抓斗位于落石仓的正上方，再利用开合气缸打开第一抓斗和第二抓斗，使第一抓斗和第二抓斗内的石块落入到落石仓内，接着重复以上步骤，直至探测器探测到该处的石块已全部清理完全；

步骤五、淤泥的清理

当探测器探测到湖底是泥土时，先利用移动装置将吸泥装置横向移动到探测点的正上方，然后启动吸泥装置，根据探测到的湖底深度调节吸泥管的长度，使支撑架埋入到湖底的淤泥内，固定吸泥管，同时启动封闭式电机，转动钻头，使钻头向下挖掘，在垂直方向上破开硬质土壤，便于吸泥管向下钻入到土层中对淤泥进行吸取，然后启动离心式泥泵，使吸泥管内产生一定的真空，将挖掘所得的泥浆通过吸泥罩沿着吸泥管吸入到集泥仓内；

步骤六、淤泥的脱水处理

1)、淤泥进入到集泥仓内后，在集泥仓内沉淀，沉淀下来的上层清水通过集泥仓上端的溢流口流出；

2)、启动挤压装置，通过挤压气缸带动挤压板向下移动对集泥仓底部的淤泥进行挤压，减小淤泥之间的空隙，使淤泥变得紧密，减小淤泥的体积，扩大集泥仓的容纳面积，同时将淤泥中的水分挤出，使水分从溢流口流出；

3)、挤压板在移动的同时，带动两侧的刮泥板在集泥仓的侧壁上来回刮动，将集泥仓内壁上粘附的淤泥刮落下来，避免集泥仓因粘附的淤泥而减弱收纳量，影响淤泥的沉淀效果，同时也使淤泥能全部排除干净；

4)、待淤泥装满集泥仓后，通过输泥管线将淤泥排出，清空集泥仓，使集泥仓能重新装纳淤泥。

步骤七、船体的转移

当清淤到达指定深度后，停止离心式泥泵，再将吸泥装置收起，将船体移动到下一个指定位置，然后重复上述步骤二至步骤六。

进一步，在步骤五中，当采用钻头钻开淤泥时，粉碎刀片与钻头共同旋转，对淤泥进行水平方向的粉碎，使边坡塌陷，将块状的淤泥切碎成颗粒状，以便更好地使吸泥管吸取，防止堵塞。

进一步，在步骤五中，当采用吸泥管吸泥时，通过吸泥管上的观察口观察吸入的泥浆速度，并通过吸泥管内的泥浆检测器检测泥浆浓度，并将检测到的泥浆浓度发送到控制器，若泥浆浓度低于标准值，则提高钻头和粉碎刀片的旋转速度，加大钻头和粉碎刀片的工作力度，将吸泥罩继续下放，若泥浆浓度高于标准值，则降低钻头和粉碎刀片的旋转速度，减小钻头和粉碎刀片的工作力度，将吸泥罩向上提起，防止闷泵。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

通过探测装置来探测湖底的土质情况，然后将探测结果告知工作人员，便于工作人员根据实际情况选择合适的清淤方式进行操作和处理，简化工程步骤，避免了不必要的操作，节省人力和时间，提高淤泥清理的速度和效率；当湖底为坚硬物质时，利用第一抓斗和第二抓斗进行抓取工作，将坚硬物质从湖底取走，设置两个抓斗，提高抓取效率，当湖底为泥层结构时，启动吸泥装置进行吸泥工作，通过离心式泥泵产生真空，使淤泥在大气压的作用下从吸泥管进入到集泥仓，通过支撑架支撑在湖底，保持吸泥装置的稳定工作，通过封闭式电机带动钻头转动，泥土在钻头的扭矩和轴向作用下被切削、破坏，形成松散结构，从而便于吸泥装置的吸取，提高吸泥效率。

本发明采用抓取和吸泥相结合的方式进行湖底淤泥的处理，清理方式多样，能根据实际水底的土壤情况进行不同的处理，避免了硬质物体对清理装置的损坏和堵塞，清理效率高，使用寿命长，对不同的水体的适应性强，使用范围广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种湖泊淤泥的清理装置的结构示意图；

图2为本发明中集泥仓的结构示意图；

图3为本发明中吸泥管的结构示意图。

附图标记：1、船体；11、控制仓；2、探测装置；21、探测器；22、升降绳；23、卷扬器；31、升降杆；32、第一抓斗；33、第二抓斗；34、固定部；35、抓取部；4、吸泥装置；41、集泥仓；42、吸泥管；43、钻头；44、支撑架；45、吸泥罩；46、吸铁层；47、挡架；48、粉碎刀片；5、挤压装置；51、挤压气缸；52、挤压板；53、刮泥板；54、进泥口；55、溢流口；56、溢流挡板；57、过滤膜。

具体实施方式

如图1-3所示，为本发明的一种湖泊淤泥的清理装置，包括船体1、探测装置2、抓取装置和吸泥装置4，探测装置2、抓取装置和吸泥装置4分别从左往右依次安装在船体1的下方，船体1上设有控制仓11，控制仓11内设有控制器，控制器分别与探测装置2、抓取装置和吸泥装置4连接。探测装置2包括探测器21、升降绳22和卷扬器23，探测器21通过升降绳22缠绕在卷扬器23上，探测装置2对湖底进行探测，根据湖底的深度，利用卷扬器23控制升降绳22的工作长度，从而将探测器21放入到湖底中，探测湖底的土质情况，并将探测到的信息传输到控制器，控制器根据接收到的信息进行分析，然后控制抓取装置或者吸泥装置4进行处理。

抓取装置包括升降杆31、第一抓斗32和第二抓斗33，升降杆31与第一抓斗32连接，第二抓斗33位于第一抓斗32的内部，第一抓斗32和第二抓斗33均由固定部34和抓取部35构成，第一抓斗32的固定部34与升降杆31连接，第二抓斗33的固定部34与第一抓斗32的固定部34连接，第二抓斗33的抓取部35小于第一抓斗32的抓取部35。第二抓斗33用来抓取体积较小的坚硬物质，第一抓斗32用来抓取体积较大的坚硬物质，将不同体积大小的物质分别通过不同的抓斗来抓取，避免了抓取不牢的现象，两个抓斗同时抓取，也提高了抓取效率，即使其中一个抓斗出现问题，另一个抓斗仍能继续工作，无需延误清淤工作。

吸泥装置4包括集泥仓41、离心式泥泵、吸泥管42、钻头43和支撑架44，集泥仓41位于船体1的上方，吸泥管42通过离心式泥泵与集泥仓41连接，支撑架44固定在吸泥管42下端的外侧，吸泥管42内设有封闭式电机，钻头43的一端与封闭式电机连接，钻头43的另一端向下穿出吸泥管42。钻头43上设有粉碎刀片48，粉碎刀片48对称设置在钻头43的外壁上，粉碎刀片48设置有至少两对，设置的粉碎刀片48用来粉碎湖底的淤泥，将大块的淤泥粉碎成小块的淤泥，使吸泥装置4更好地抽吸淤泥，加大抽吸量，提高抽吸效率。

吸泥管42的下端连接有吸泥罩45，吸泥罩45呈下大上小状，吸泥管42的内壁上设有吸铁层46，吸铁层46上设有至少两对十字型挡架47，两对挡架47上下交错设置。设置的下大上小的吸泥罩45，便于吸取淤泥，扩大淤泥的吸取范围，设置的吸铁层46用来吸附泥土中的金属物质，将金属物质从淤泥中分离出来，使进入到集泥仓41的淤泥更加纯净，减少后期处理步骤，便于淤泥的二次利用，同时也避免了金属物质随着淤泥进入到吸泥管42内损坏、堵塞吸泥管42，延长吸泥装置4的使用寿命；设置的挡架47用来阻挡淤泥中的大块物质，例如石块、塑料等，防止大块物质进入到吸泥管42中堵塞吸泥管42，也减少淤泥中的杂质，提高淤泥的纯净度。通过探测装置2来探测湖底的土质情况，然后将探测结果告知工作人员，便于工作人员根据实际情况选择合适的清淤方式进行操作和处理，简化工程步骤，避免了不必要的操作，节省人力和时间，提高淤泥清理的速度和效率；当湖底为坚硬物质时，利用第一抓斗32和第二抓斗33进行抓取工作，将坚硬物质从湖底取走，设置两个抓斗，提高抓取效率，当湖底为泥层结构时，启动吸泥装置4进行吸泥工作，通过离心式泥泵产生真空，使淤泥在大气压的作用下从吸泥管42进入到集泥仓41，通过支撑架44支撑在湖底，保持吸泥装置4的稳定工作，通过封闭式电机带动钻头43转动，泥土在钻头43的扭矩和轴向作用下被切削、破坏，形成松散结构，从而便于吸泥装置4的吸取，提高吸泥效率。

集泥仓41内设有挤压装置5，挤压装置5包括挤压气缸51、挤压板52和刮泥板53，挤压气缸51固定在集泥仓41的上方，挤压气缸51的活塞杆伸入到集泥仓41内与挤压板52连接，刮泥板53分别连接在挤压板52的左右两侧，刮泥板53的自由端与集泥仓41的内壁相接触。设置的挤压装置5用来挤压集泥仓41内的淤泥，挤压板52在挤压气缸51的带动下上下移动，挤压淤泥，减少淤泥的体积，扩大集泥仓41的容纳量，同时将淤泥中的水分挤出，对淤泥进行脱水处理，便于淤泥的保存，设置的刮泥板53在挤压板52的带动下沿着集泥仓41的内壁上下移动，从而将粘附在集泥仓41内壁上的淤泥刮落下来，使集泥仓41内的淤泥全部受到挤压脱水处理，提高处理质量和效率。集泥仓41的底部设有进泥口54，集泥仓41内侧壁的上端设有溢流口55，溢流口55上均匀设有溢流挡板56，溢流口55的内侧设有过滤膜57。从湖底吸取的淤泥从进泥口54进入到集泥仓41内，然后在集泥仓41内沉淀，沉淀后的上层液体从溢流口55流出，使淤泥进行脱水处理，设置的溢流挡板56和过滤膜57对流出的液体进行过滤，避免泥沙等颗粒物质随着液体流出，避免淤泥重新流出，保证集泥仓41内淤泥的数量。

采用如上述的一种湖泊淤泥的清理装置进行的清理方法，包括如下步骤：

步骤一、清淤准备

组织测量人员对湖泊布局、土质情况、河内淤泥厚度进行探测、测量，并按照25m间距进行绘制断面图和清淤施工设计图，每公里设置一个临时水位尺、水尺零点同河底设计高程一致，水深标尺精确到厘米，组织专业人员进行记录、整理、汇总，实时向清淤船汇报水位和泥底深度。

步骤二、船体1的定位

根据清淤施工设计图，工程人员将需要挖掘的坐标发送到控制室内的驾驶人员，驾驶人员启动动力装置将船体1行驶到指定位置附近3～5m，然后通过标尺和定位装置进行精确调整，将船体1准确移动到指定位置的上方，然后放下固定锚和固定桩进行固定，接着利用超声波探测湖底的具体深度，并将探测到的信息发送到控制器内。

步骤三：探测器21探测

1)、根据超声波测定的湖底深度，首先启动卷扬器23，松开升降绳22，将探测器21放入到湖底，通过探测器21探测该处地面是硬质石块还是软性泥土，并通过探测器21中的摄像头对湖底影像进行拍摄，然后将探测到的数字信息和拍摄到的图像信息发送到控制器，控制仓11内的工作人员对接收到的信息进行分析，根据湖底的地质情况选择启动抓取装置或者吸泥装置4；

2)、探测器21探测完成后，卷扬器23收紧升降绳22，将探测器21向上提升，直到探测器21达到指定位置，卷扬器23停止工作。

步骤四、石块的清理

1)、当探测器21探测到湖底是石块时，先利用移动装置将抓取装置横向移动到探测点的正上方，然后启动抓取装置，根据探测到的湖底深度，延长升降杆31，将抓斗向下放入水中，利用开合气缸打开第一抓斗32和第二抓斗33，第一抓斗32抓取大体积的石块，第二抓斗33抓取小体积的石块；

2)、抓取完成后，提升第一抓斗32和第二抓斗33至船体1上，然后翻转第一抓斗32和第二抓斗33，使第一抓斗32和第二抓斗33位于落石仓的正上方，再利用开合气缸打开第一抓斗32和第二抓斗33，使第一抓斗32和第二抓斗33内的石块落入到落石仓内，接着重复以上步骤，直至探测器21探测到该处的石块已全部清理完全。

步骤五、淤泥的清理

当探测器21探测到湖底是泥土时，先利用移动装置将吸泥装置4横向移动到探测点的正上方，然后启动吸泥装置4，根据探测到的湖底深度调节吸泥管42的长度，使支撑架44埋入到湖底的淤泥内，固定吸泥管42，同时启动封闭式电机，转动钻头43，使钻头43向下挖掘，在垂直方向上破开硬质土壤，便于吸泥管42向下钻入到土层中对淤泥进行吸取，当采用钻头43钻开淤泥时，粉碎刀片48与钻头43共同旋转，对淤泥进行水平方向的粉碎，使边坡塌陷，将块状的淤泥切碎成颗粒状，以便更好地使吸泥管42吸取，防止堵塞，然后启动离心式泥泵，使吸泥管42内产生一定的真空，将挖掘所得的泥浆通过吸泥罩45沿着吸泥管42吸入到集泥仓41内。

当采用吸泥管42吸泥时，通过吸泥管42上的观察口观察吸入的泥浆速度，并通过吸泥管42内的泥浆检测器检测泥浆浓度，并将检测到的泥浆浓度发送到控制器，若泥浆浓度低于标准值，则提高钻头43和粉碎刀片48的旋转速度，加大钻头43和粉碎刀片48的工作力度，将吸泥罩45继续下放，若泥浆浓度高于标准值，则降低钻头43和粉碎刀片48的旋转速度，减小钻头43和粉碎刀片48的工作力度，将吸泥罩45向上提起，防止闷泵。

步骤六、淤泥的脱水处理

1)、淤泥进入到集泥仓41内后，在集泥仓41内沉淀，沉淀下来的上层清水通过集泥仓41上端的溢流口55流出；

2)、启动挤压装置5，通过挤压气缸51带动挤压板52向下移动对集泥仓41底部的淤泥进行挤压，减小淤泥之间的空隙，使淤泥变得紧密，减小淤泥的体积，扩大集泥仓41的容纳面积，同时将淤泥中的水分挤出，使水分从溢流口55流出；

3)、挤压板52在移动的同时，带动两侧的刮泥板53在集泥仓41的侧壁上来回刮动，将集泥仓41内壁上粘附的淤泥刮落下来，避免集泥仓41因粘附的淤泥而减弱收纳量，影响淤泥的沉淀效果，同时也使淤泥能全部排除干净；

4)、待淤泥装满集泥仓41后，通过输泥管线将淤泥排出，清空集泥仓41，使集泥仓41能重新装纳淤泥。

步骤七、船体1的转移

当清淤到达指定深度后，停止离心式泥泵，再将吸泥装置4收起，将船体1移动到下一个指定位置，然后重复上述步骤二至步骤六。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。