一种深水可视化可控夯击实验工作平台的制作方法

本发明涉及海底勘探设备，具体地说是一种深水可视化可控夯击实验工作平台。

背景技术：

海洋是国家最重要的资源，充分合理利用海洋资源，彰显海权，对国家的经济建设、政治地位都具有巨大的影响。海洋因为其特殊性，特别是深海领域勘探开发方面，对技术和设备要求高、投入巨大，对其开发利用相对比陆地上落后。

现有的海底勘探产品仅有单一功能的深海活塞式取样系统，只能完成单一的取样工作。此外，目前仅有的深海活塞式取样系统采用单一电缆通讯或供电方式，需要采用价格昂贵的光纤缆或同轴缆，并且承载力与抗损能力均不如专门的高强度承载缆绳。

技术实现要素：

为了解决海底勘探产品功能单一的问题，本发明的目的在于提供一种深水可视化可控夯击实验工作平台。该实验工作平台可根据不同应用功能搭载不同的工作头来实现不同的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括电池舱、电气舱、声通设备、保护罩、工作头、油泵电机、油箱、控制板、油缸、击锤、冲击台、油路阀组、主壳体及油泵，其中主壳体的下方设有冲击台，所述油泵电机、油箱及油缸依次安装在主壳体内，所述油箱中设有由油泵电机带动工作的油泵，所述油缸上安装有控制油泵电机工作的控制板；所述油箱通过油缸液压管与安装在油缸的油室上的油路阀组相连通，所述油缸的活塞下端连接有位于主壳体内的击锤，该击锤随所述活塞升降、往复夯击所述冲击台；所述冲击台的下端连接有可更换的工作头；所述主壳体外表面分别安装有电池舱、电气舱及声通设备，所述保护罩罩于主壳体的外部。

其中：所述冲击台上安装有液压脱扣器，所述工作头通过脱扣销与冲击台相连，并与所述液压脱扣器连接，该液压脱扣器通过脱扣器油管与所述油路阀组相连通，所述脱扣销通过液压脱扣器释放，实现所述工作头与冲击台分离；所述工作头的上端开有销孔，所述脱扣销插设在该销孔内、与所述液压脱扣器连接；所述工作头可为插入式传 感器、桩基或取样管；

所述电池舱中装有工作电池，所述电气舱中装有传感器，且该电气舱上安装有接头，该接头通过光纤或同轴海缆与水上平台上的控制单元相连；所述传感器、控制板及油泵电机通过工作电池供电或通过光纤或同轴海缆由所述控制单元供电；所述实验工作平台通过声通设备定位、并与水上平台通讯，或通过所述光纤或同轴海缆与水上平台定位通讯；所述主壳体顶端设有位于保护罩外的吊环，该吊环在实验工作平台通过声通设备与水上平台通讯时通过缆绳与水上平台连接；所述声通设备的声通头露在保护罩的外部。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明内部具有通过液压气动驱动的往复升降的击锤，在控制板的控制下能够使冲击台连接的工作头插入水底土壤，并通过击锤的冲击使工作头插入深层土壤。

2.本发明自带工作电池与智能双供电，可实现水下自持工作与水上供电双模式，保证不同任务的灵活切换和工作的可靠性。

3.本发明自带水声通讯与有线通讯两种方式，灵活自由，减少了对光纤或同轴海缆在工作中损伤造成的损失。

4.本发明在采用水声通讯和自带电池工作模式时，可采用高承载能力的凯夫拉缆或其他高承载高强度缆，更能承受因海底物体擦挂、折弯、挤压而不会断裂损坏。

5.本发明具有能根据工作任务不同更换不同工作头的功能，一机多用，实现海底取样，海底光缆、海底建筑等海底设施基桩安装，海底固定式探测器布置安装等功能，极大地节约了不同任务所需要多种不同设备带来的巨大费用。

5.本发明可根据不同任务，携带摄像机、光谱仪、甲烷传感器等等多种传感器等设备进行工作。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构主视图；

图3为本发明的内部结构剖视图之一(击锤击下状态)；

图4为本发明的内部结构剖视图之二(击锤提起状态)；

图5为本发明拿掉保护罩后的立体结构示意图；

图6为本发明拿掉保护罩后的结构主视图；

图7为图6拿掉主体壳后的结构示意图；

图8A为本发明作为工作头的插入式传感器的结构示意图；

图8B为图8A的A—A剖视图；

图9A为本发明作为工作头的一种桩基结构的示意图；

图9B为图9A的B—B剖视图；

图10A为本发明作为工作头的另一种桩基结构的示意图；

图10B为图10A的C—C剖视图；

图11A为本发明作为工作头的取样管的结构示意图；

图11B为图11A的D—D剖视图；

其中：1a为电池舱A，1b为电池舱B，2a为电气舱A，2b为电气舱B，2c为摄像机位，3a为声通设备，3b为声通头，4为吊环，5为保护罩，6为工作头，7为油泵电机，8为油箱，9为控制板，10为油缸，10a为气室，10b为油室，11为活塞，12为击锤，13为冲击台，14为液压脱扣器，14a为脱扣销，15为油缸液压管，16为油路阀组，17为脱扣器油管，18为主壳体，19为油泵，20为密封圈，21为销孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2、图5～7所示，本发明包括电池舱、电气舱、声通设备3a、保护罩5、工作头6、油泵电机7、油箱8、控制板9、油缸10、击锤12、冲击台13、液压脱扣器14、油路阀组16、主壳体18及油泵19，其中主壳体18的下方设有冲击台13，油泵电机7、油箱8及油缸10由上至下依次安装在主壳体18内；油箱8中设有由油泵电机7带动工作的油泵19，油缸10的外表面安装有控制油泵电机7工作的控制板9。油缸10内位于活塞11上方的为气室10a、下方的为油室10b，在活塞11下方靠近油缸底部的缸壁上安装有油路阀组，油箱8通过油缸液压管15与油路阀组16相连通，油缸10的活塞11下端连接有位于主壳体18内的击锤12，该击锤12随活塞11升降、往复夯击冲击台13。

冲击台13下端连接有可更换的工作头6，工作头的上端开有销孔21，工作头通过脱扣销14a与冲击台13相连，脱扣销14a插设在销孔21内，并与安装在冲击台13上的液压脱扣器14连接。液压脱扣器14通过脱扣器油管17与油路阀组16相连通，脱扣销14a通过液压脱扣器14释放，实现工作头6与冲击台13分离。本发明的工作头6可为如8A、图8B所示的插入式传感器，或如图9A、图9B所示的实心桩基，或如图10A、图10B所示的实心桩基，或如图11A、图11B所示的取样管。插入式传感器、桩基及取样管的下端均为锥状，通过击锤10夯击冲击台13，进而便于使插入式传感器、桩基及取样管插入水底土壤中；插入式传感器、桩基及取样管的上端均开有销孔 21，取样管内部沿长度方向开有取样孔。本发明可根据工作任务的不同来更换不同功能的工作头，一机多用，实现海底取样，海底光缆、海底建筑等海底设施基桩安装，海底固定式探测器布置安装等功能，极大地节约了不同任务所需要多种不同设备带来的巨大费用。

主壳体18外表面分别安装有电池舱、电气舱及声通设备3a，其中电池舱为两个，分别为电池舱A1a、电池舱B1b，两个电池舱中装有工作电池；电气舱为两个，分别为电气舱A2a、电气舱B2b，两个电气舱中装有多个不同功能的传感器。在电气舱A2a及电气舱B2b上分别安装有接头，该接头通过光纤或同轴海缆与水上平台上的控制单元相连。各传感器、控制板9及油泵电机7通过工作电池供电或通过光纤或同轴海缆由控制单元供电。本发明自带工作电池与智能(通过控制单元供电)双供电，可实现水下自持工作与水上供电双模式，保证不同任务的灵活切换和工作的可靠性。电气舱底部为摄像机位2c，可携带摄像机或光谱仪、甲烷传感器等多种传感器设备进行工作。保护罩5罩于主壳体18的最外部。

本发明的实验工作平台通过声通设备3a定位、并与水上平台通讯，或通过光纤或同轴海缆与水上平台定位通讯；声通设备3a的声通头3b露在保护罩5的外部。主壳体18顶端设有位于保护罩5外的吊环4。本发明可采用光纤或同轴海缆供电、通讯，该光纤或同轴海缆即充当了下放实验工作平台的缆绳，可承载5～8吨。或者，采用水声通讯和自带工作电池模式，通过声通设备3a的USBL(超短基线定位系统)进行海底定位，并与水上平台进行通讯；当采用水声通讯和自带工作电池模式时，可采用高承载能力的凯夫拉缆或其他高承载高强度(可承载10～30吨)缆与吊环4连接，作为下放实验工作平台的缆绳，更能承受因海底物体擦挂、折弯、挤压而不会断裂损坏。

本发明的工作原理为：

当本发明被水上平台(船只、勘探平台等其他水面平台)的缆绳放到水下投放高度，由本发明附带的高度计(安装在保护罩5外表面上、指向海底)传感到符合投放高度、通过声通设备3a的USBL(超短基线定位系统)进行海底定位，通过角度和方位传感器(位于电气舱中)探测符合投放条件后进行释放。本发明靠重力下落，工作头6插入水底土壤中，通过声通设备3a与水上平台进行通讯。也可以采用光纤或同轴电缆进行通讯，将数据和附带的摄像机图像传到水面平台的管理计算机上，管理计算机下达夯击工作指令。

本发明电气舱A2a、电气舱B2b中的传感器将通过通讯部分收到的指令进行处理，向控制板9发送工作指令，控制板9控制油泵电机 7工作，油泵电机7带动油泵19通过油缸液压管15、油路阀组16(进油状态)向油缸10的油室10b高压输油，活塞11在油压作用下带动击锤12提升，并且压缩气室10a内的空气，如图4所示；当活塞11提升到设定高度时，油路阀组16快速切换到放油状态，活塞11在气室10a内压缩空气和击锤12重力作用下迅速下冲，油室10b内的液压油通过油路阀组16(回油状态)和油缸液压管15的回油支路快速回到油箱8，击锤12冲击到冲击台13上，如图3所示；冲击台13带动工作头6及本实验工作平台向下夯击。可根据工况控制活塞11的提升—冲击频率和高度(冲击力量)。

当工作头6夯击到需要的深度后，根据所装配的工作头6的工作性质，本发明可以将工作头6通过液压脱扣器14(或电控脱扣器)释放开，让工作头6插在水底进行工作(比如水底固定传感器、实心基桩、空心基桩、海底光缆限位桩等)，也可将工作头6在工作完成后提升起来，随缆绳拉至水面平台(如海底沉积物取样管等)。当工作头被卡在海底无法提取时，也可通过液压脱扣器14脱开工作头，将平台回收。

本发明的电气舱和冲击台13可携带多种传感器(比如甲烷、温度、PH、盐度等)，满足不同工作需要。

本发明以低成本、快速、高效的方式对海底沉积物资源勘探、海底状况探测、海底设施架设等方面提供一套能根据不同应用功能搭载不同工作头的多功能的设备。