专利名称：与水底砂土推进船配套使用的砂土采集运输装置的制作方法
水底砂土推进船2。由于其结构上是通过顶推砂土而前进，所以拖曳方面很有威力，本发明用作为它的附属装置，利用由水底砂土推进船2拖航的翻土装置11把几亿年来由无数次洪水夹带来的大范围堆积的砂土回收起来。本装置特别适用于国土辽阔的中国长江、黄河等大江河河口区淤积航道的重新疏通以及填造新陆地。如果只使用水底砂土推进船，则只能适用于极短航道的疏通。本发明的目标是把特种工程船水底砂土排进船2挖出的砂土全部用水上运输方法运出，以提高效率，充分发挥水底砂土推进船的威力。使用这种方法以后，就不必像耙吸式挖泥船等那样要把水底砂土挖出以后运到海上再抛入海中。
另外，砂土以及砂石等建筑材料、陆上土的运输，现在一般用钢船或木船。这种运输方法并未利用货物自身的浮力。不怕水浸泡的这些货物，在浸入水中后拖运即使运量增加一倍也不会沉没。开发出一种利用货物自身浮力的运输方法也是本发明的一个目标。
下面对本发明提出的砂土采集运输装置的主要部分的结构和功能进行说明。
水底砂土推进船(代号为2)(已另案提出专利申请)，其特征是具有强大的推力。在结构上是用钢质篙1向后方伸出顶推水中支承点10而前进，所以很有威力。用拖航粗链条15把作为附属装置的翻土装置11连到船2上，同时用连接链条16把用来吊起运土装置27的抱挟浮体20连到船2上。把砂土装进砂土存放袋40，进行运土。推土板3一面削刮砂土，一面推送砂土，砂土逐渐积存起来;这种方法既浪费能量，效率也非常低，不适用于长距离航道的疏通。为此，把由水底砂土推进船2削刮起来的泥土，改用水上运输方式来运出。
翻土装置(代号为11)这是一种钢制底板，剖面形状如图3b所示;底板两翼之间成30°锐夹角(如
图1a所示)。底板在水底地面上拖曳，在其端部装有削土齿19。该装置可由装有多个滑轮的起重机23通过挖土升降梁13吊起，挖土升降梁13的安装位置在整个装置的重心稍后处。起重机23可以使翻土装置上升或下降，从而调节翻土量的大小;还可以调整翻土装置高低使之与作业处的水深相适应;此外还可以把翻土装置提升到水面以上，以便更换削土齿或进行其它修理。
用安装环9把曳航用粗链条15连接到特殊作业船2上(粗链条15上装有保持水平用的桁架14)。开始翻土时，翻土装置的两翼把砂土翻起，翻起的砂土沿前翼面向中间集中，并与中间的砂土一起积贮在中央溢土部12。此时由于中间狭窄，沿前翼面移动的砂土要超越翼面，向外侧流溢，为此在翻土装置的上端安装上防溢板17。该防溢板17可阻止砂土外溢，使其翻落下来，并与周围的流土一起移动，全部充塞在中央部12。翻土装置的端部很尖，为使其不变形，加装钢梁18进行加强。可以通过水下传感器从驾驶室8监视翻土状况，并可操纵提升绞车25，通过支杆，由重滑轮组对翻土装置作微量升降调节。
抱夹浮体(代号为20)做成船形，共两个，其一个作用是防止波浪飞溅和保护翻土装置11，另一个作用是支承传输装置27，因而要有足够宽度。两个浮体由连接梁21连成一体。浮体上装有起重机23和24，分别用来吊起和升降在前部的翻土装置11和在后部的传输装置27。浮体分别用连接索16和37连接到在前方的水底砂土推进船2和在后方的球体形端艇30上。绞车25、26设置在中间的连接梁21上;所需的电力可通过与连接索16在一起的输电电缆从水底砂土推进船那里引来。
传输装置(代号为27)由于整个传输装置要浸在水中，所以要采用水密性优的钢制中空结构;其内部装有机械室57，其外表面上有钢板制传送带，外面还装有保护框22(参见图6)。安装保护框可以不妨害转动而同时使整个装置得以固定;用轴49把该装置的前端连接到翻土装置11的中央溢土部12的钢板的背面;而该装置的后端则由起重机24根据水深情况调节高低，使之嵌入球体形端艇30的进口。此外，驱动轮28、导向轮29均以它们与中空结构的连接部为轴承，来支持整个传送带。中空结构的浮力可以抵消本身的部分自重、砂土、钢板制造传送带等的部分重量，减轻起重机24的负担。在把本装置提升到水面以上后，人员可从入孔55进入中空结构内部，进行修理等工作。可穿过密封盖由厚橡胶绝缘软电缆56向中空结构的内部送电;为防止漏水，可在机械室57部位采用双层结构。驱动力在经过减速增力装置58增力以后再驱动驱动轮28;驱动轮的转速高低应足能充分运走落在传送带上的砂土。如图5a中所示，驱动带通过装在钢板两端的链条52，带动导向轮29一起旋转，运送出砂土。为减小钢板与中空结构之间摩擦，在中空结构上表面设有一条条凸缘59。从中央溢土部12溢出的砂土落到防止砂土散落的钢板上(如图5g所示)，以平缓坡度上升到接近水面的高度，然后送入浮在水面上的球体形端艇30的进口。以上状态始终由驾驶室8进行监视，并相应调整驱动轮28的速度。
球体形端艇(代号为30)这是一个下部截成水平的球体形小艇，其高度根据砂土存放袋40的高度确定;两侧装有导流板34;其上部盖有球面移动板33，以防止拖航时浸水和防止波浪飞溅。在底板上的工字形支承梁51上装有尺寸与砂土存放袋40相同的椭圆形管子;艇内用隔板分隔开，在此隔板上设有高压喷嘴泵35、移动式齿轮装置32、入孔50以及开关后门板45的绞车36。这些设备所需的电力都是经过浮体从水底砂土推进船2上得到;如果由拖船47拖航，则在拖船上装有小型发电机，所需电力从拖船上得到。由传输装置27送入的砂土，在进入进口处被一组喷嘴35喷射成充分混合的砂土水浆，然后由从进口进入的水流把砂土浆送入砂土存放袋40中。当袋中充满砂土浆、水底砂土推进船2停止时，通过操纵移动式齿轮装置32使球面移动板33从顶上方向前下方降下，然后把装有连接环31的连接索37从浮体20上解下来，索端系上浮标，使其漂浮在水面之上，以便随时把连接索系到拖船47上(如图2C所示状态)。用安装部38把砂土存放袋40的口连接到椭圆形管的后端。
砂土存放袋(代号为40)的结构袋的材料是碳纤维或玻璃纤维中加进细钢丝，外面用聚四氯乙烯等合成树脂系材料涂两层。关于袋的材料，如后面所说那样，除了刚性的钢木材料以外，其它都可以，也不要求有水密性，只要强度能承受海潮就行。该袋的前端连接到球体形端艇30上，后端连接到钢制的椭圆形管43上，袋的宽度和袋的高度大体相当。砂土存放袋放置在一系列台上，这一系列台是由连接环42把支承台48连接而成，后者由薄钢板制成，表面作过防锈处理。在各支承台48上，用连接环42′安装有袋保护材41(与袋相配的椭圆形钢管或尼龙绳)以及长度与支承台48相同的辅助浮体39(用来从两侧夹住砂土存放袋，材料用钢或聚氯乙烯)。最后的那个支承台48，由于其上装有椭圆形管43和后门板45，要加大辅助浮体39，以便与其它支承台48的吃水相当。开闭索44的一端系接到球体形端艇30的壳体上，该索然后穿过各个索定位环46，连接后门板45，索的另一端则连到绞车36上，从而可以开闭后门板。辅助浮体39的大小应参照砂土存放袋40的尺寸而定，其长度应与一个支承台48的长度相当，容积要超过袋容积的四分之一(理由在后面叙述)。由于辅助浮体采用这种结构，当砂土存放袋中有砂土时，浮体就直立，当袋中砂土排空时，浮体就平卧。后门板45上开有流水孔53和防止细砂流出用的粗眼合成纤维布54。
砂土存放袋(代号为40)的功能首先做如下简单的试验。从河底挖出砂土，靠太阳进行充分干燥，用杆称称出装在乙烯袋中的砂土重量为3，720克。然后把袋浸放到水中，袋的口径减小由于砂土的重量超过其浮力，砂土袋沉没到水中，杆称上的重量刻度为1，500克，即减小为原重量的四成左右，重量减小是由于砂土自身的浮力作用。把砂土袋提起并称重，此时重量为4，220克，这是由于浸入了500克水。然后将砂土袋再次浸入水中，称出的重量仍为1，500克。最后把砂土袋提升出水，并把乙烯袋的开口降低，放置在斜面上，充分去除水份，称出干燥的砂土重量仍然为3，720克。上述试验证明，装砂土的口袋的材料，除了刚性的钢木材料以外，其它都可以。即使袋的材料是进水的或洩水的都无关紧要，只要袋中的砂土不掉落出就行。常在水中的砂土，由于自身的浮力作用，重量只相当于陆上空气中重量的一半左右。因此，可以选用强度能承受海潮、重量轻、韧性好的材料来制造砂土存放袋，例如合成树脂系的纤维。各辅助浮体39的长度与砂土存放袋的长度相等，其浮力只要超过砂土袋40的容积的四分之一，就可以充分地浮在水面上。在图2a中，砂土运输装置排放出砂土(如后所述)并再返回来，把球体形端艇的球面移动板33提升到顶部，向砂土存放袋40中充满水(使各支承台48有极大的高度差，从而减小砂土浆作逆向流动)，然后把各辅助浮体39连接到呈半高状态的抱夹浮体20上。当水底砂土推进船2开始拖航时，砂土也开始进入砂土存放袋40，袋中原充满的水就从后门板45上的流水孔53流出。水底砂土推进船2行进中，水对船产生阻力;而阻力可成为推送袋内砂土的推力。为此还可以利用潮差产生的潮流来推送砂土，如果需要的话，可以适当设置高压喷嘴35用的输水管，并在袋上设插孔(即使漏水也无妨)，利用高压喷射产生的推力来推送砂土。如图2b中所示，砂土积存到第一个支承台48上的袋中，随此该支承台开始下沉，在连接环42的作用下，拉着第二个支承台48下沉，同时砂土也进入第二个支承台上的袋中。但是在此过程中砂土浆短时间里会产生倒流现象，并影响水底砂土推进船2的前进速度，短时间里速度减慢;但强大的船舶推力克服此影响，很快又恢复到正常状态，支承台下沉，砂土进入，直至砂土到达后门板45。砂土浆中比重大的成分堆积在砂土存放袋40的底部，而由于浮力作用比水的比重小的成分则与水一起从后门板45上的孔53排出。上述过程也从驾驶室进行监控，在根据标志杆71确认砂土已装满袋之后，水底砂土推进船2就停止前进，把球面移动板33从顶上部降下来，然后由拖船47拖走。
砂土存放袋(代号为40)的砂土排放如图7所示，在砂土运到目的地以后，操纵齿轮装置32，使球面移动板又回升到顶部，打开球体形端艇30的进口，把拖船47上的绳索连接到工字形支承梁51的前部，松开绞车36的制动器，放开开闭索44。用抛锚船60上的起重机吊起重锤72，放置在椭圆形管43的上面，然后松掉起吊用钢缆，重锤的重量迫使砂土存放袋40的后部下沉;与此同时使拖船47缓缓前进。首先排出后门附近的砂土，其状况同山地中滑坡相似，好像山谷之间的山麓流动，处于饱和状态的砂土，由于几乎没有摩擦阻力，在上部砂土重量的作用下，一下就像滑坡似地下滑;与此同时，在从球体形端艇30进来的水流力的作用下，在第一个支承台48上的砂土也发生严重的滑坡现象，在水的推动下而向下流动。由于荷重消失而变轻，辅助浮体39的浮力把支承台48上推而成垂直状态;在连接环42的作用下一下一个支承台48也上浮，一个接着一个地，袋的倾斜下降，坡度增加，好象连锁反应似地上浮。上述过程叙述起来很冗长，实际上可在短时间内连续完成，一下就把砂土排放出去。如果由于土质等方面的原因，砂土不能顺利排放，则可以放进导流球(后面将提到)，可利用其上的叶片把里面的砂土扒出来。排放出的砂土，由在旁边的水底砂土排进船2向四周推送开去，以始终确保砂土存放袋40的排放场所(参见图7)。抛锚船60回收重锤72，移动到他处进行其他砂土排出作业。拖船47把球面移动板33放落到前下方，通过开闭索44关闭后门板45，拖着球体形端艇30，与几乎上浮到水面上的砂土存放袋40一起，重新未装砂土(如图2b所示)。
现在通常所用的运土船是钢船或木船，由于超载或波浪浸水、船体漏水会出现沉没的危险，而且不能充分利用船体浮力。为此提出了一种运土方法。使用由重量轻、价格便宜的合成树脂系材料制成的不沉式袋来取代船舨，即使容积一样可以多装五成以上的砂土，其原理与上面所介绍的砂土存放袋几乎相同。其不同之处有如下几点砂土装载是在栈桥边进行，用船用装载机或抓斗式挖泥船把砂土从各砂土进口73装入袋中;辅助浮体39采用聚氯乙烯等材料;几个袋集合在一起，使其大小满足要求，外面用尼龙网77包起来;连接环42和支承台48不是钢制的，而全部用尼龙带连接起来。
此外，球体形端艇30可采用蛇头形，材料也可以是聚酯塑料等制造。可以加设水门74，由拖船47上的绞车，通过连接环31来开关后门板45和水门74，拉动导流球75。
还可采用如下砂土排出法在装入砂土之前即打开水门74，让水进入砂土存放袋40中，导流球75上浮，当装入砂土时导流球775被埋入砂土中当要排放砂土时，放开拖船47上的绞车缆索，由抛锚船60上的绞车拉动导流球75，在导流球上的叶片作用下，将砂土扒出，造成砂土塌方;在辅助浮体39的浮力作用下发生连锁反应，排放出砂土。
这种砂土排出法只适用于将装载的砂土抛锚入水中，不能用来把砂土送上岸去。
采用砂土采集运输装置有如下效果
1.仅仅水底砂土推进船2是几乎没有实用价值的，但在配以使用本装置成为一个整体以后，就可以增大威力。
2.本装置不像吸扬式挖泥船那样会影响其他船舨作业，可以自由地在大范围内进行砂土采集，而且不需用输送管。
3.耙吸式挖泥船虽然也能处理水底砂土，但由于是把砂土与水一起运载，不能利用砂土自身的浮力，水也同样作为负载运出，砂土至少要吸含10～15%的水，所以装满要花很长的时间。
此外，砂土应投弃到离岸远、潮流大的海面上，这样来回投弃砂土需要花费很长时间。
4.这种回收大范围的砂土方法与本发明者同时申请专利的码头修筑法一起，可用来填造陆地，为在大江河口处的发达的大都市提供宝贵的土地。
下面对各图作简单说明。
图1a是装载水底砂土的总平面图;图1b是其A-A剖面图。
图2a是砂土排出后的平面图;图2b是其A-A剖面图;图2c是装入砂土后的平面图;图2d是图2c的A-A剖面图。图3a-h分别是图2c的B-B至I-I的剖面图。
图4a是运输装置27的剖面放大图;图4b是其J-J平面图;图4c是机械室57的平面图;图4d是其L-L侧面图;图4e是其M-M侧面图。
图5a是K-K平面放大图;图5b是N-N剖面图;图5c和d分别是O-O和P-P剖面图;图5e是Q-Q侧面图;图5f和g分别是R-R和S-S剖面图。
图6a是T-T剖面图;图6b是钢质保护框22的平面扩大图;图6c是U-U剖面图。
图7是说明整个作业过程的平面图。
图8a是权利要求第5项要求的运土船平面图;图8b是其A-A剖面图;图8c是图8b的放大图;图8d是钢质辅助浮体39的平面图;图8e是其V-V正面图;图8f、g、h分别是导流球75的平面、正面、侧面图;图8i是G-G剖面图。
各图中代号如下1是钢质船篙，2是水底砂土推进船，3是推土板，4是铁箱子，5是船首浮体，6是船尾浮体，7是推杆，8是配电室兼驾驶员，9是粗链条安装环，10是钢质船篙1的支承点，11是翻土装置，12是中央溢土部，13是挖土升降梁，14是保持水平用的桁架，15是拖航用粗链条，16是连接链条，17是砂土防溢板，18是翻土部尖端加强钢梁，19是削土齿，20是抱夹浮体，21是连接钢梁，22是钢质保护框，23是起重机，24是起重机，25是提升绞车，26是提升绞车，27是运输装置，28是驱动轮，29是导向轮，30是球体形端艇，31是连接环，32是移动式齿轮装置，33是球面移动板，34是导流板，35是高压喷嘴和高压泵，36是绞车，37是拖船连接索，38是袋的前端安装部，39是辅助浮体，40是砂土存放袋，41是袋的保护材，42是连接环，43是袋的后端安装管，44是后门开闭索，45是后门板，46是索定位环，47是拖船，48是支承台，49是安装轴，50是入孔，51是工字形支承梁，52是链条，53是流水孔，54是纤维布，55是入孔，56是电缆，57是机械室，58是减速装置，59是突起线，60是抛锚船，61是材料运输船，62是图1a的状态示意图，63是图2c的状态示意图，64是现在的海岸线，65是图2a的状态示意图，66是码头，67是通船口，68是打桩船，69是吸扬式挖泥船，70是作业基地，71是标志杆，72是重锤，73是砂土进口，74是水门，75是导流球，76是叶片，77是尼龙网。
权利要求
1.一种水底砂土采集运输装置，其特征在于包括从水底翻取砂土的装置和将从水底翻取的砂土收集起来运走的装置，所述的两个装置可拆卸地连接在一起，在翻取砂土和收集砂土作业时，所述的两个装置按照上述前后顺序连接起来并由拖船拖航。
2.如权利要求1所述的水底砂土采集运输装置，其特征是所述的翻取水底砂土的装置包括抱夹浮体20和设置在其下方并由浮体20支承的翻土装置11以及传输装置27，传输装置27将翻土装置11翻取的砂土送到其后方的砂土收集和运走装置。
3.如权利要求2所述的水底砂土采集运输装置，其特征是抱夹浮体20上设有控制翻土装置11升降的绞车或起重设备。
4.如权利要求1所述的水底砂土采集运输装置，其特征是所述的砂土收集运走装置包括一球形端艇30和砂土存放袋40，二者按所述的前后顺序连接在一起。
5.如权利要求4所述的水底砂土采集运输装置，其特征是所述的球体形端艇30前后均有开口，前开口可关闭，所述的传输装置的后端在作业时伸进前开口，后开口与所述的砂土存放袋40连接。
6.如权利要求4或5所述的水底砂土采取运输装置，其特征是所述的砂土存放袋40的两侧设有浮体，砂土存放袋40的后端设有可开启也可关闭的门。
7.如权利要求6所述的水底砂土采集运输装置，其特征是所述的砂土存放袋40由挠性材料制成。
全文摘要
本发明提出了一种水底砂土采集运输装置，它包括从水底翻取砂土的装置和将从水底翻取的砂土收集起来运走的装置，所述的两个装置可拆卸地连接在一起，在翻取砂土和收集砂土作业时，所述的两个装置按照上述前后顺序连接起来并由拖船拖航。
文档编号E02F5/28GK1037005SQ88102459
公开日1989年11月8日 申请日期1988年4月23日 优先权日1988年4月23日
发明者丰岛兼人 申请人:丰岛兼人