专利名称：新型海底沉积物原位检测桩体驱动器的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋机械设备技术领域，涉及一种能完成对海底沉积物原位检测桩体进行安装的驱动器。
背景技术：
深海海底蕴藏着丰富的矿产资源和生物资源，近年来，世界各国对海洋领域的投入逐年增加。对海底的沉积物的原位检测需要通过海洋装备将检测桩体打入海底。现有的海底沉积物原位检测桩体使用的驱动器大都采用深水电机(201020694673. 9)、马达 (201010554971.2)进行驱动或者只利用自身重力势能自由落体贯入，但深水电机与马达价格昂贵，且都需要从海面母船或者ROV提供能量，而只利用自身重力势能则贯入深度不够。
发明内容
本发明目的是为了提供一种利用静水压水对海底沉积物的原位检测桩体进行安装的驱动器。该驱动器不再需要其他设备对桩体安装过程提供能量，性价比较高，能广泛使适用于复杂海底工况。本发明包括夯击装置、检测桩体架、原位检测矛、钢丝绳索、锁紧装置。其中夯击装置又包括吊环顶盖、外筒上端盖、外筒下端盖、上部内筒体、低压外筒体、下部内筒体、支撑环、主活塞、副活塞、主活塞杆、活塞缸、单向阀、导向套、夯击筒体、上阀板、下阀板、阀芯弹簧顶盖、阀芯弹簧座、阀芯弹簧、阀体、阀芯杆、阀芯。其中锁紧装置又包括固定平板、连接螺栓、衬托板、紧固螺钉、固定半夹槽、活动半夹槽、左条形拉板、右条形拉板、螺栓转轴、扭簧、 压紧螺栓、转动支板。所述原位检测矛穿过检测桩体架，并由锁紧装置进行锁紧，在指定时刻锁紧装置解锁，原位检测矛自然下落；夯击装置被安装在检测桩体架的周边。整个装置通过钢丝绳索与母船的起吊装置相连，在夯击打桩期间沿着检测桩体架作垂直方向运动，完成夯击动作。所述外筒上端盖与外筒下端盖分别固定在低压外筒体的两个端面上，外筒上端盖、外筒下端盖分别开有通孔，在外筒上端盖、外筒下端盖之间安装上部内筒体和下部内筒体，此外，外筒上端盖通孔用于安装吊环顶盖，外筒下端盖通孔用于安装导向套。外筒下端盖下部固定夯击筒体。上部内筒体通过吊环顶盖的通孔与外部高压海水相连通。阀体的上端面与上阀板固定连接，下端面与下阀板固定连接。上下端面分别沿上部内筒体和下部内筒体内壁圆周安装，并用上部内筒体和活塞缸进行固定。所述上阀板沿轴向开有相对于轴线均匀分布的进水孔，阀体内部沿圆周开有平行的上环形槽、中环形槽和下环形槽，阀体的右半部沿轴向开有与进水口相应的阀体进水孔，阀体进水孔与上环形槽相通，上环形槽通过中环形槽与下环形槽相通。阀体的下半部沿轴向与阀体进水孔相对应的位置开有阀体通水孔，阀体通水孔的上下两端分别与下环形槽和下阀板通水孔相连通。阀体的中部侧壁沿径向开有排水孔，排水孔与低压外筒体相通。所述的阀芯包括三段圆柱，上、下两段的直径与阀体内径相匹配，中段直径小于上、下两段，内凹形成环形槽，阀体的整体呈工字形。阀芯上端面与阀芯弹簧座固定，阀芯弹簧穿过阀芯杆，其一端与阀芯弹簧座固定，另一端与阀芯弹簧顶盖固定。阀芯杆截面呈“T” 字形，依次穿过阀芯弹簧、上阀板、阀芯弹簧座、阀芯、下阀板和主活塞，上端与阀芯弹簧顶盖固定，下端伸入主活塞内并与主活塞杆相连。阀芯杆内沿轴线开有中心水通道，沿半径方向开有上阀板通水孔和阀芯杆通水孔。所述的活塞缸外径与下部内筒体内径相同，并固定设置在下部内筒体内，活塞缸的上端与下阀板相连，下端与外筒下端盖相连。活塞活动安装在活塞缸内。主活塞杆依次通过主活塞、导向套和副活塞，并与副活塞固定。副活塞的外径与夯击筒体的内径相同，并活动配合。所述固定平板与原位检测架通过螺栓进行固定。固定半夹槽和活动半夹槽尺寸一致，并通过紧固螺钉分别固定于左条形拉板和右条形拉板上，左条形拉板通过连接螺栓固定于衬托板上，衬托板通过连接螺栓固定于固定平板上，右条形拉板与转动支板通过螺栓转轴相连，转动支板通过压紧螺栓与固定平板相连，扭簧穿过压紧螺栓卡住转动支板。本发明与背景技术相比，具有的有益效果是它结合“重力驱动”和“振动驱动”两种驱动形式，利用驱动器的重力势能和深海静水压力能进行驱动，无需额外为其提供能量。 能量获取方便，可操作性强，使用成本较低，并能广泛适用与复杂海底工况。同时设计的锁紧装置简单实用，操作方便。
图I是本发明的总体结构图2是图I中夯击装置的结构图3是图2夯击装置中阀体的详细结构图4是图I中锁紧装置的详细结构图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步说明。本发明设计了一种利用海水的静水压水执行的驱动器，不再需要其他设备对沉积物原位检测桩体安装过程提供能量，性价比较高，能广泛使适用于复杂海底工况。同时设计的锁紧装置简单实用，操作方便。如图I所示，本发明的驱动器包括夯击装置4、检测桩体架2、原位检测矛3、钢丝绳索I、锁紧装置5。所述夯击装置4安装在检测桩体架2上，原位检测矛3分别通过锁紧装置5和检测桩体架2，锁紧装置5与检测桩体架2通过螺栓进行固定，钢丝绳索I穿过锁紧装置5并与母船相连。如图2，所述外筒上端盖23与外筒下端盖12分别固定在低压外筒体9的两端面上，且两个端盖均开有通孔，外筒上端盖23的通孔安装吊环顶盖6，外筒下端盖12的通孔安装导向套17。将上部内筒体8和下部内筒体10进行安装，并安装于外筒上端盖23和外筒下端盖12之间。夯击筒体15与下端面相连并固定，夯击筒体15的内径与导向套17和副活塞14相等。单向阀13也安装于下端面上，单向阀13的一端连接低压腔，另一端连接高压海水。阀体35的上段盖安装上阀板24，阀体35的外筒下端盖12安装下阀板。整个阀体35部分安装与上部内筒体8和活塞缸19之间，活塞缸19的外径与下部内筒体10的内径相配合，并一起与下端面相配合。阀芯杆20依次穿过阀芯弹簧22、上阀板24、阀芯弹簧座21、阀芯27、下阀板31和主活塞18，上端与阀芯弹簧顶盖7固定，下端伸入主活塞18内并与主活塞杆16相连。阀芯弹簧座21与阀芯27上端面固定连接。阀芯27安装于上阀板 24和下阀板31之间，阀芯27包括三段圆柱，上、下两段的直径与阀体35内径相匹配，中段直径小于上、下两段，内凹形成环形槽，阀体35的整体呈工字形。主活塞18的外径与活塞缸19的内径相当，主活塞18安装在活塞缸19内并能活动。主活塞杆16依次穿过活塞缸 19、支撑环11、导向套17和副活塞14，主活塞杆16和阀芯杆20相互连接并安装于主活塞 18内，主活塞杆16的外径与导向套17的内径相当，主活塞杆16与副活塞14相连接。如图3，所述的上阀板24沿轴向开有相对于轴线均匀分布的进水孔38。阀体35 内部沿圆周开有平行的上环形槽25、中环形槽36和下环形槽26，阀体35的右半部沿轴向开有与进水口相对应的阀体进水孔37，阀体进水孔37与上环形槽25相通，上环形槽25通过中环形槽与下环形槽相通；阀体35的下半部沿轴向与阀体进水孔37相对应的位置开有阀体通水孔33，阀体通水孔33的上下两端分别与下环形槽和下阀板通水孔32相连通；阀体35的中部侧壁沿径向开有排水孔28，排水孔28与低压外筒体9相通。阀芯27包括三段圆柱，上、下两段的直径与阀体35内径相匹配，中段直径小于上、下两段，内凹形成环形槽， 阀芯27整体呈工字形。阀芯27上端面与阀芯弹簧座21固定，阀芯弹簧22穿过阀芯杆20， 其一端与阀芯弹簧座21固定，另一端与阀芯弹簧顶盖7固定。阀芯杆20截面呈“T”字形， 依次穿过阀芯弹簧22、上阀板24、阀芯弹簧座21、阀芯27、下阀板31和主活塞18，上端与阀芯弹簧顶盖7固定，下端伸入主活塞18内并与主活塞杆16相连。阀芯杆20内沿轴线开有中心水通道34，沿半径方向开有上阀板通水孔39和阀芯杆通水孔30。如图4，所述固定半夹槽43和活动半夹槽47尺寸一致，并通过紧固螺钉41分别固定于左条形拉板42和右条形拉板48上,左条形拉板42通过连接螺栓44固定于衬托板45 上，衬托板45通过连接螺栓40固定于固定平板46上，右条形拉板48与转动支板52通过螺栓转轴49相连，转动支板52通过压紧螺栓51与固定平板46相连，扭簧50穿过压紧螺栓卡住转动支板52。该驱动器的工作过程如下首先，夯击装置4和原位检测矛3下放至据海底10米处；锁紧装置5解锁，原位检测矛3做自由落体运动，插入海底沉积物；夯击装置4下降至距海底1-2米处，并锁紧原位检测矛3。然后，夯击装置4做夯击运动。夯击装置4每次夯击打桩时，由于上阀板通水孔39与上部内筒体8相连，且阀芯杆通水孔30与阀芯通水腔29相连，使得阀芯27的上、下两端面受力平衡，而外界高压海水通过吊环顶盖6处的注水口进入上部内筒体8，再通过进水孔38、阀体进水孔37、上环形槽25、中部环形槽36、下环形槽26、 阀体通水孔33、下阀板通水孔32进入活塞缸19的上部腔体，克服整个驱动器的重力作用， 推动主活塞18，而主活塞18又反作用于整个驱动器，使驱动器整体向上移。当上升到一定距离，上阀板通水孔39与阀芯通水腔29相通，并且下阀板通水孔32与活塞缸19的上部腔体相通时，高压海水就由此进入了阀芯通水腔29，由于上部内筒体8内的海水压力比阀芯通水腔29高，阀芯27在上下两端面压力差的作用下被推向下端直至与下阀板31的端面相接触。此时，阀芯27封闭了上环形槽25，上部内筒体8内的海水无法进入活塞缸19上部， 而活塞缸19上部的海水依次通过下阀板通水孔32、阀体通水孔33、下环形槽26、排水孔28进入低压外筒体9，驱动器在整体重力的作用下，逐步下降，进行夯击打桩动作。当驱动器打桩动作完毕，上阀板通水孔39与上部内筒体8再次相连，阀芯杆通水孔30与阀芯通水腔 29也再次相连，使得阀芯27的上、下两端面受海水压力值相等，而此时阀芯27又受到阀芯弹簧22的作用，使得阀芯27被牵引至与上阀板24的下端面相接触，此时，上环形槽25再次被打开，高压海水再次进入活塞缸19，至此一个循环结束，驱动器继续以上循环，进行往复运动，直至外部空腔压力与海水压力相等。期间，夯击装置4锁紧矛杆的位置逐步向上调整。其中锁紧装置的解锁与锁紧工作过程如下当检测桩体架2受钢丝绳索I拉力往上提时，扭簧50的恢复力作用使得活动半夹槽47 —直与原位检测矛3相贴合，活动半夹槽47 有向上运动的趋势，其受到的摩擦力向下，使得转动支板52克服扭簧50的作用作逆时针运动，锁紧装置解锁；当检测桩体架2下放时，扭簧50的恢复力作用使得活动半夹槽47 —直与原位检测矛3相贴合，活动半夹槽47有向下运动的趋势，其受到的摩擦力向上，使得转动支板52作顺时针运动，这样使得原位检测矛3被夹得更紧。在夯击装置4的作用下原位检测矛3被不断往下夯入沉积物中。再次，夯击装置4多次夯击动作，将原位检测矛3夯入沉积物，直至达到预定的穿透深度。最后，夯击装置4解锁，向上提升，脱离原位检测矛3。至此原位检测矛3将进行原位检测，直至原位检测矛3顶部的声学释放器接收到释放信号，释放器脱钩，对原位检测矛3内部的数据存储器进行回收分析。
权利要求
1.新型海底沉积物原位检测桩体驱动器，其特征在于包括夯击装置(4)、检测桩体架(2)、原位检测矛(3)、钢丝绳索(I)和锁紧装置(5);其中夯击装置又包括吊环顶盖(6)、 外筒上端盖(23)、外筒下端盖(12)、上部内筒体(8)、低压外筒体(9)、下部内筒体(10)、 支撑环(11)、主活塞(18)、副活塞(14)、主活塞杆(16)、活塞缸(19)、单向阀(13)、导向套(17)、夯击筒体(15)、上阀板(24)、下阀板(31)、阀芯弹簧顶盖(7)、阀芯弹簧座(21)、阀芯弹簧(22)、阀体(35)、阀芯杆(20)、阀芯(27);锁紧装置又包括固定平板(46)、连接螺栓(44)、衬托板(45)、紧固螺钉(41)、固定半夹槽(43)、活动半夹槽(47)、左条形拉板(42)、右条形拉板(48)、螺栓转轴(49)、扭簧(50)、压紧螺栓(51)、转动支板(52)；所述原位检测矛(3)穿过检测桩体架(2)，并由锁紧装置(5)进行锁紧，在指定时刻锁紧装置(5)解锁，原位检测矛(3)自然下落；夯击装置(4)安装在检测桩体架(2)的周边；整个装置通过钢丝绳索(I)与母船的起吊装置相连，在夯击打桩期间沿着检测桩体架(2)作垂直方向运动，完成夯击动作；所述外筒上端盖(23 )与外筒下端盖(12 )分别固定在低压外筒体(9 )的两个端面上，外筒上端盖(23)和外筒下端盖(12)分别开有通孔，在外筒上端盖(23)、外筒下端盖(12)之间安装上部内筒体(8)和下部内筒体(10)，此外，外筒上端盖(23)通孔用于安装吊环顶盖，外筒下端盖(12)通孔用于安装导向套(17);外筒下端盖(12)下部固定夯击筒体(15);上部内筒体(8)通过吊环顶盖(6)的通孔与外部高压海水相连通；阀体(35)的上端面与上阀板(24)固定连接，下端面与下阀板(31)固定连接；上下端面分别沿上部内筒体(8)和下部内筒体(10)的内壁圆周安装，并用上部内筒体(8)和活塞缸(19)进行固定；所述上阀板(24) 沿轴向开有相对于轴线均匀分布的进水孔(38)，阀体(35)内部沿圆周开有平行的上环形槽(25)、中环形槽(36)和下环形槽(26 )，阀体(35)的右半部沿轴向开有与进水口相应的阀体进水孔(37)，阀体进水孔(37)与上环形槽(25)相通，上环形槽(25)通过中环形槽(36) 与下环形槽(26)相通；阀体(35)的下半部沿轴向与阀体进水孔(37)对应的位置开有阀体通水孔(33)，阀体通水孔(33)的上下两端分别与下环形槽(26)和下阀板通水孔(32)相连通；阀体(35)的中部侧壁沿径向开有排水孔(28)，排水孔(28)与低压外筒体(9)相通； 所述的阀芯(27)包括三段圆柱，上、下两段的直径与阀体(35)内径相匹配，中段直径小于上、下两段，内凹形成环形槽，阀体(35)的整体呈工字形；阀芯(27)上端面与阀芯弹簧座(21)固定，阀芯弹簧(22)穿过阀芯杆(20)，其一端与阀芯弹簧座(21)固定，另一端与阀芯弹簧顶盖(7)固定；阀芯杆(20)截面呈“T”字形，依次穿过阀芯弹簧(22)、上阀板(24)、 阀芯弹簧座(21)、阀芯(27 )、下阀板(31)和主活塞(18 )，上端与阀芯弹簧顶盖(7 )固定，下端伸入主活塞(18)内并与主活塞杆(16)相连；阀芯杆(20)内沿轴线开有中心水通道(34)， 沿半径方向开有上阀板通水孔(39)和阀芯杆通水孔(30)；所述的活塞缸(19)外径与下部内筒体(10)内径相同，并固定设置在下部内筒体(10) 内，活塞缸(19)的上端与下阀板(31)相连，下端与外筒下端盖(12)相连；活塞活动安装在活塞缸(19)内；主活塞杆(16)依次通过主活塞(18)、导向套(17)和副活塞(14)，并与副活塞(14)固定；副活塞(14)的外径与夯击筒体(15)的内径相同，并活动配合；所述固定平板(46)与原位检测架(2)通过螺栓进行固定；固定半夹槽(43)和活动半夹槽(47)尺寸一致，并通过紧固螺钉(41)分别固定于左条形拉板(42)和右条形拉板(48)上， 左条形拉板(42 )通过连接螺栓(44 )固定于衬托板(45上，衬托板(45 )通过连接螺栓(40 )固定于固定平板(46)上，右条形拉板(48)与转动支板(52)通过螺栓转轴(49)相连，转动支板(52)通过压紧螺栓(51)与固定平板(46)相连，扭簧(50)穿过压紧螺栓卡住转动支板 (52)。
全文摘要
本发明涉及一种新型海底沉积物原位检测桩体驱动器。现有的装置成本较高，贯入深度不够。本发明包括夯击装置、检测桩体架、原位检测矛、钢丝绳索、锁紧装置。夯击装置包括吊环顶盖、外筒上端盖、外筒下端盖、上部内筒体、低压外筒体、下部内筒体、支撑环、主活塞、副活塞、主活塞杆、活塞缸、单向阀、导向套、夯击筒体、上阀板、下阀板、阀芯弹簧顶盖、阀芯弹簧座、阀芯弹簧、阀体、阀芯杆、阀芯。锁紧装置包括固定平板、连接螺栓、衬托板、紧固螺钉、固定半夹槽、活动半夹槽、左条形拉板、右条形拉板、螺栓转轴、扭簧、压紧螺栓、转动支板。本发明利用驱动器的重力势能和深海静水压力能进行驱动，无需额外提供能量。
文档编号F03G3/00GK102606422SQ201210063770
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者叶瑛, 朱敬如, 王建军, 秦华伟, 陈建桥, 陈鹰 申请人:杭州电子科技大学