专利名称：用来从水体下除去淤泥的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种从水体中除去淤泥，特别涉及一种从一较浅的水体中除去淤泥的方法和装置。
背景技术：
目前已有各种可从水体中除去淤泥的已知结构。这些已知结构通常是设计成以这样一种方式来除去淤泥的，即，利用一蛤壳式铲斗从底部挖除材料、利用一螺旋推运器装置来提取材料、或通过利用一抽吸型装置从底部除去材料来从底部挖除材料的。在这些已知结构中，必需将所挖除的材料输送或传送至一区域或沉淀池，在该处可使淤泥与淤泥中所附带的大量的水分隔开。为了使淤泥从水中沉淀出来然后再将水除去，提供一可存放与淤泥相混合的水的场所是十分昂贵的。而且，根据沉淀池所在位置离开水体的距离，对与淤泥相混合的水进行搬运的成本可能是非常高的。使淤泥与水分离、将水除去并使淤泥干燥以便接下来将它从所述沉淀池中除去所需的时间可能需要几个星期。这样长的时间拖延了从水体底部除去淤泥的过程。人们希望有一种能更快、费用更节省地从水体中除去淤泥的方法。
本发明旨在克服上文中指出的一个或多个问题。
本发明所揭示的内容在本发明的一方面中，提供了一种用来从一较浅的水体底部除去淤泥的装置。所述装置包括一用来漂浮在水体表面上操作的浮动装置；一安装在所述浮动装置上的框架结构；一具有一最外周缘的淤泥挖掘轮机构。所述轮机构具有一平行于水体的轴，并可旋转地安装于所述框架结构上。所述轮机构可用来从水体下方挖除淤泥。所述装置还包括一用来将所挖除的淤泥搬离挖掘轮机构的输送装置；以及一用来相对于水平面抬高和降低挖掘轮机构的高度调节机构。
在本发明的另一方面中，提供了一种用来从一较浅的水体底部除去淤泥的方法。所述方法包括将一框架结构安装在一浮动装置上；将一淤泥挖掘轮机构安装在所述框架结构上，所述淤泥挖掘轮机构具有多个淤泥保持腔，并且当浮动装置朝预定方向移动时可使所述挖掘轮旋转；使挖掘轮机构的最外周缘的一部分与大量水隔绝开；使挖掘轮机构的内周缘的一部分与大量水隔绝开；将淤泥从各淤泥保持腔中推顶出来；以及将淤泥输送至一传送机构，诸如一螺旋推运器或输送系统。
附图简要说明
图1是一采用本发明的装置的示意图；图2是沿图1中线2-2截取的所述装置的正视图；图3是沿图1中线3-3截取的所述装置的侧视图；图4是沿图1中线4-4截取的局部放大侧视图；图5是一盾构机构的局部放大图；图6是处于松开状态的图5所示盾构机构的局部放大图；图7是一推顶机构的局部放大图；以及图8是图7所示推顶机构的俯视图。
本发明的较佳实施例下面将参阅各附图，尤其请参阅图1-图3，提供装置10，它适于从水体下除去淤泥。所述装置包括一浮动装置12、一与浮动装置12相连的框架结构14、一用来从水体下除去淤泥的淤泥挖掘轮机构16、一用来在将淤泥从水下除去至水面上方某一位置的过程中将所述轮机构16与水隔离的盾构机构18、一用来有助于从轮机构16中除去淤泥的推顶机构19、一用来将淤泥从所述轮机构传送出去的输送装置20，以及一用来相对于水下的淤泥升高或降低轮机构16的高度调节机构22。为了能使装置10在其自身的动力之下移动，设置有一推进和转向系统23。
浮动装置12包括多个单独的浮体24，这些浮体借助框架结构14彼此互连而形成一平台。浮动装置12还包括一浮力控制装置26。浮力控制装置26可通过增大或降低多个浮体24中至少一些浮体的浮力来控制所述平台的水平高度，以补偿重量分布的变化。
一诸如发动机28的电源、一流体罐30和一驾驶室32安装在框架结构14上。发动机28、流体罐30和驾驶室32可以定位在所述框架装置的不同位置上，而不脱离本发明的实质。
淤泥挖掘轮机构16包括一在枢转点35处与框架结构14枢转相连的轮子框架组件34和一高度调节机构22。淤泥挖掘轮机构16具有一最外周缘36和一最内周缘38，并包括可围绕一轴43旋转地安装于轮子框架组件34的第一和第二轮组件40、42。第一和第二轮组件可以彼此相互固定，或者可以制成为一整体式组件。轴43如图所示是与水平面相平行的，但是，应予认识的是，所述轴不必平行于水平面。可以认识的是，轮机构16可以是可旋转地安装于框架结构14，并具有另一种类型的高度调节控制机构。
每一第一和第二轮组件40、42均具有多个可形成淤泥保持腔46的径向分隔的叶片44。每一叶片44具有对置的端部48、50，第一和第二对置侧面52、54与对置端部48、50相连。如图所示，在本实施例中，侧面54在第一和第二轮组件40、42之间形成了一分隔件，并且每一轮组件40/42中的叶片44的对置端部中的一个与所述分隔件相连。每一叶片44位于最外周缘36和最内周缘38之间、最外周缘36附近。如图所示，一轮组件40中的各叶片44与另一轮组件42的各叶片44是径向偏置的。可以认识的是，第一和第二轮组件40、42中的各叶片不必彼此相互偏置。在本实施例中，每一叶片44均具有一曲率或一自最外周缘36延伸至最内周缘38的、连续变化的半径。设置所述曲率是为了使各叶片能进入淤泥中并且不能在淤泥和水之间产生不必要的紊流现象。
第一和第二轮组件是以一种传统方式由一液力发动机组件56来驱动。在本实施例中，为了降低液力发动机的尺寸并能以低速提供所需的扭矩，一终端齿轮驱动装置连接在液力发动机组件56和第一、第二轮组件40、42之间。
输送装置20包括右、左螺旋推运器58、60；右、左输送器62、64；以及第一和第二传送用输送器66、68。可以认识到的是，仅需要一个传送用输送器66，但也可以使用两个以上的输送器而不背离本发明的实质。右、左螺旋推运器58、60被可运转地定位，以承接来自于第一和第二轮组件40、42的、被挖除的淤泥，并将淤泥堆放到右、左输送器62、64上。右、左输送器62、64将淤泥从各螺旋推运器移动搬送至第一传送用输送器66。正如易于认识的那样，可以采用辅助的传送用输送器66、68，以从装置10除去淤泥，或者可以使淤泥堆放到一主输送器系统、驳船或其它运输机构(未示)，以将淤泥运输到一存放区域。如图所示，传送用输送器66、68安装在浮体24上。各圆齿轮组件70可用来使第一和第二传送用输送器66、68相对于装置10定向并彼此定向。因此，由于装置10可用来从水体下方连续地挖除淤泥，故可将所挖除的淤泥堆积在一预定地方。
高度调节机构22包括一安装在框架结构14上的塔架72，并包括一连接在塔架72的顶端和轮式框架组件34的那一与枢转点35相对的端部之间的提升装置74。高度调节机构22可对各轮组件40、42被许可伸入水体下的淤泥内的深度进行控制。
如图3所示，装置10可与一整体定位系统(GPS)一起工作。如众所周知的那样，所述GPS包括一具有发射器/接收器的遥控站76、一人造卫星78和一位于装置10处的接收器/发射器80。可以认识的是，GPS仅仅是用来相对于固定的遥控站76对所述装置的位置进行识别，从而可以使操作人员进行必要的调节，或者可以与一控制器一起使用，以对所述装置10的工作情况进行自动控制。还可以认识到的是，无需GPS的帮助就可以对装置10进行控制。例如，行进方向可以通过使用定位旗标、激光或其它已知的方向控制装置来加以控制。
现请参阅图4-图6，图中更详细地示出了盾构机构18，它包括一外弧形盾构装置84、一内弧形盾构装置86和一释放机构89。外弧形盾构装置84位于最外周缘36的一部分附近，并且其宽度基本上等于轮组件40/42内的各叶片44的宽度。外弧形盾构装置84位于最外周缘36的一部分附近，该部分是位于各轮组件40、42的后端上、在水体下方的淤泥和水平面上方某一点之间。在本装置中，外弧形盾构装置84的宽度基本上等于第一和第二轮组件40、42的宽度之和。
外弧形盾构装置84包括一在枢转点92处与轮式框架组件34枢转连接的弧形件90。弧形件90的宽度基本上等于第一和第二轮组件40、42的宽度之和，并位于轮组件40、42的最外周缘的所述部分附近。
内表面弧形盾构装置86与轮式框架组件34相连，并沿着第一和第二轮组件40、42的一部分设置，邻近于最内周缘38。内弧形盾构装置86包括各弧形的盾构件88，所述盾构件位于每一轮组件40、42的最内周缘38附近，沿着装填淤泥的淤泥保持腔46至一刚好在淤泥排出之前的某一位置，并沿着其上那一在淤泥排出之后的部分至淤泥保持腔46通常可在该处重新进入水体内的某一位置。
释放机构89可用来使外弧形盾构装置84的弧形件90枢转离开轮组件40、42，并且能在一物体楔嵌在轮组件40、42和弧形件90之间的情况下使轮组件40、42止动。本发明的释放机构89包括第一和第二联动装置94、96。由于联动装置94、96是相同的，因此在下文中将仅对其中之一作具体描述。
每一第一和第二联动装置94、96包括连接在弧形件90和轮式框架组件34之间的第一和第二连杆98、100。第一和第二连杆98、100的一端在枢转点102处彼此可枢转地相连。第一连杆98的另一端在位置101处与弧形件90相连。第二连杆100的另一端在位置103处与轮式框架组件34相连。各连杆机构94、96可藉助各自的液压缸机构104而偏压至它们的设定位置，所述液压缸机构连接在第二连杆100和轮式框架组件34之间。当处于设定位置时，第一和第二连杆98、100的枢转点102是位于这样一个位置它大体上在一直线的附近但不是沿着该直线，所述直线延伸在第一、第二连杆98、100的另一端与弧形件90、第二连杆100相连的连接点101和103之间。万一有一物体楔嵌在轮组件40、42之间，作用在弧形件90上的作用力可通过它而传递至连杆机构94、96。所施加的作用力藉助克服由液压缸机构104产生的偏压力可使第一和第二连杆98、100在枢转点102处作枢转，为了保证弧形件90不会处于困境，可将一扭转管106牢固地连接在第一和第二联动装置94、96之间。在本实施例中，扭转管106是设置在两第二连杆100之间。
一开关108设置在轮式框架组件34和连杆98、100中的至少一个之间，并可用来提供一信号，以便每当释放机构89松开时使轮组件40、42停止旋转。一旦物体已被除去，液压缸机构104可使联动装置94、96复位，轮组件40、42将再次起作用。
现请参阅图7、图8和图4，图中更详细地示出了推顶机构19。推顶机构19与轮式框架组件34相连，并包括第一和第二推顶件109、110；一如一链条或皮带之类的定时装置112；一曲柄件114，以及连接在曲柄件114和第一、第二推顶件109、110之间的第一和第二连杆116、118。
每一第一和第二推顶件109、110的宽度大体上要大于各叶片44的宽度的1/2，但是小于其宽度。在本实施例中，各第一和第二推顶件109、110的宽度约为叶片44的宽度的90％。
曲柄件114具有彼此呈180度取向的第一和第二偏心臂120、122。第一和第二偏心臂120、122的取向是根据各轮组件40、42的叶片之间的偏置程度而定的。定时装置112随轮组件40、42的旋转而使曲柄件114转动。因此，当轮组件40、42旋转时，每一推顶件109、110就移动到相关的淤泥保持腔46内。推顶机构19大体上是位于轮组件40、42的顶部。
如图1和图2中更清楚示出的那样，推进和转向系统23包括第一和第二独立传动轮组件124、126。由于每一第一和第二独立传动轮组件124、126是相同的，因此，下面将仅对其中之一进行具体描述。各传动轮组件均包括一流体驱动的传动轮128；一设置在流体驱动传动轮128和框架结构14之间的平行四边形连杆机构130；以及一可使传动轮组件128升高和降低的流体驱动的液压缸132。在本实施例中，各传动轮128具有与其周缘相连且可深入淤泥内以便牵引的诸铲形件。平行四边形连杆机构130是以一种众所周知的方式进行工作的，以在升高和降低过程中保持各传动轮处于一大体垂直的方向。由于各传动轮128是单独被控制的，因此，通过使一个传动轮128转动得比其它传动轮快或慢，可以实现转向。
工业应用性在从水体中除去淤泥之前，先确定水体内淤泥上方的水的深度并将其绘制成图表。如果除泥装置10是与GPS一起工作的，则使图表信息进入所述装置的控制系统并相对于固定的遥控位置设置。在使用过程中，将传动轮128降低至水中，一直到其铲形件嵌入淤泥，淤泥挖掘轮机构16被降低至水下一定深度，该深度等于使淤泥保持腔46有效地填装淤泥所需的深度。当挖掘轮机构16旋转时，各淤泥保持腔46就通过水体朝着各轮组件40、42的最高位置移动。由于各淤泥保持腔46移动通过水体，外弧形盾构机构84就可使各淤泥保持腔64内的淤泥与水隔离。因此，淤泥不会携带大量的水。同样，水也不会趋于对来自淤泥保持腔46的淤泥进行冲洗。当轮组件40、42旋转并将淤泥从底部朝着顶部进行传送时，所述内弧形盾构装置86的一部分起作用，将淤泥与水隔离开，并可在各淤泥保持腔到达轮组件40、42的最高位置之前，将淤泥保持在各淤泥保持腔46内。
一旦淤泥保持腔到达轮组件40、42的最高位置，淤泥就处于将从淤泥保持腔46被除去的位置并沉积在螺旋推运器58/60内。在各淤泥保持腔46到达所述最高位置之前，先使内弧形盾构停止作业，以使淤泥能离开淤泥保持腔46。当淤泥保持腔46到达所述最高位置时，将相应的推顶件109/110向下压，以将淤泥推离淤泥保持腔46。由于定时装置112相对于轮组件40、42的转动而使曲柄件114转动，因此，相关的连杆件116/118使相应的推顶件109/110向下移动到淤泥保持腔46内。由于所述轮组件继续旋转，内弧形盾构件86的另一部分即可起作用，以隔离或关闭各淤泥保持腔46。如果不是所有的淤泥自淤泥保持腔46掉落下来并试图落入水中，则内弧形盾构件86可阻止淤泥下落。淤泥回落入水中将搅动水，并会扰乱水和水体底部的淤泥的混合。
在本实施例中，挖掘轮机构16的转向方向与各传动轮128的转向方向是相同的。因此，传动轮128可以起到一制动轮的作用，或者只需提供极小的动力或不需要提供任何动力就可以转动。装置10向前移动的速率大体上等于各淤泥保持腔46完全装满淤泥所需的速率。如果淤泥保持腔46未被完全填满，剩下的未填满部分就有可能被不需要的水所填满。可以相信，在本实施例中，挖掘轮机构将以每分钟大约1转的速率进行转动。轮组件40、42的转动速率是以轮组件的尺寸为基础的。在本实施例中，轮子直径约为6米，总宽度约为2米。可以认识到的是，可以采用各种轮子直径和轮宽，而不背离本发明的实质。
一旦淤泥已自淤泥保持腔46推顶入各螺旋推运器58、60内，各螺旋推运器将向外移动淤泥并将淤泥沉积在各自的第一和第二输送器62、64上。输送器62、64移动淤泥并将它倾倒在输送器66上，输送器66再移动淤泥并将它倾倒在输送器68上。输送器68再将淤泥倾倒在一连续的输送器上或其它一些收集装置上，以将淤泥称动到一存储堆放场所。一个可能的存储场所应该是在水体内将淤泥堆积成诸大的淤泥堆或者在水体内将淤泥堆积成诸长淤泥堆。这样就可以减少用卡车将材料搬运走的需要和成本。
如果在除去淤泥的过程中，有一物体楔嵌在轮组件40、42和弧形件90之间，释放机构89松开并使轮组件40、42停止工作。在收到来自于开关108的信号之后，所述轮组件可以在操作人员的操作下停止工作，或者一旦释放机构89松开，可以自动停止工作。一旦除去所述物体，液压缸装置104使释放机构89复位，并且所述装置准备好继续从水体下除去淤泥。
正如以上所指出的，所述装置是通过改变第一和第二传动轮128的相对速度来转向的。由于GPS已将水深制成图表，而且还知道了水体的总的地形，因此，只需极少量的人工控制就可以连续不断地进行淤泥挖除作业。
装置10主要是用来从通常水深不超过1至1.5米的水体下方挖除淤泥。一旦已从水体中挖除了淤泥，较理想的是，水体的深度在2至2.5米深的范围内。
由于装置10是长时间使用的，因此，会耗费掉燃料罐30内大量的燃料，从而会影响其重量分布。当燃料被耗费时，浮力控制装置对重量分布的变化情况进行检测，并自动改变某些浮体24的浮力，以校正重量分布。
在挖除淤泥的过程中，当所述装置向前移动时，圆齿轮组件70可保持住输送器68相对于主输送系统的位置，这种相互关系可由GPS自动控制，或者可以由一工作人员来手动控制。
鉴于以上描述，显然的是，去除淤泥装置10是一种从水体下方挖除淤泥并将所挖除的淤泥堆放成堆的有效系统。所述装置有效地除去淤泥，同时还可以防止在挖除淤泥时带走大量的水。而且，通过使用GPS，整个淤泥挖除过程不需要大量的人工介入就可以实施，并且可以连续进行，而无需等到水与淤泥分离之后。
本发明的其它方面、目的和优点可以通过阅读各附图、本说明书和所附的权利要求书而得到了解。
权利要求
1.一种适于从一较浅的水体底部除去淤泥的装置(10)，其特征在于，所述装置包括一用来漂浮在水体表面上的浮动装置(12)；一安装在所述浮动装置(12)上的框架结构(14)；一具有一最外周缘(36)和一平行于水体的轴(43)的淤泥挖掘轮机构(16)，它可旋转地安装于框架结构(14)上，并用来从水体下方挖除淤泥；一用来将所挖除的淤泥运离挖掘轮机构(16)的输送装置(20)；以及一用来相对于水平面抬高和降低挖掘轮机构(16)的高度调节机构(22)。
2.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述挖掘轮机构(16)具有多个径向隔开的叶片(44)，这些叶片具有对置的端部(48，50)并位于最外周缘(36)附近；以及与叶片(44)的各对置端部(48，50)相连以形成多个淤泥保持腔(46)的第一、第二对置侧面(52，54)。
3.如权利要求2所述的装置(10)，其特征在于，它包括一盾构机构(18)，所述盾构机构具有一外弧形盾构装置(84)，其宽度基本上等于各叶片(44)的宽度，并且在一邻近于一部分挖掘轮最外周缘(36)的地方与框架结构(14)相连。
4.如权利要求3所述的装置(10)，其特征在于，所述挖掘轮机构(16)具有一与最外周缘(36)向内隔开的最内周缘(38)，所述盾构装置(18)具有一内弧形盾构装置(86)，所述盾构装置的宽度基本上与各叶片(44)的宽度相等，并在一邻近于一部分最内周缘(38)的地方与框架结构(14)相连。
5.如权利要求4所述的装置(10)，其特征在于，挖掘轮机构(16)包括第一和第二相邻的挖掘轮组件(40，42)，每一挖掘轮组件具有多个径向隔开的叶片(44)，所述叶片具有对置的端部(48，50)，并位于最外周缘(38)附近，一分隔件设置在第一和第二相邻轮组件(40，42)之间，并与每一叶片(44)的一端部相连，第一和第二对置侧面(52，54)与各叶片(44)的另一端部相连，以形成多个淤泥容纳腔(46)。
6.如权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，第一挖掘轮组件(40)内的多个叶片(44)与第二挖掘轮(42)内的多个叶片(44)是径向偏置的。
7.如权利要求6所述的装置(10)，其特征在于，所述外盾构件的宽度基本上等于第一和第二轮组件(40，42)的宽度之和，并且第二挖掘轮组件(42)具有一内周缘(38)和一与框架(14)相连并位于第二挖掘轮组件(42)的内周缘附近的内盾构件。
8.如权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，所述浮动装置(12)包括多个由框架结构(14)相互连接起来的独立浮体(24)，以及用来调节多个独立浮体(24)中至少一部分浮体的浮力的浮力控制装置(26)。
9.如权利要求4所述的装置(10)，其特征在于，所述挖掘轮机构(16)包括一具有一可旋转地安装在其上的挖掘轮组件(16)的轮式框架组件(34)，并包括一与轮式框架组件(34)相连的推顶机构(19)。
10.如权利要求9所述的装置(10)，其特征在于，所述推顶机构(19)包括一推顶件(109，110)，所述推顶件大体上位于轮组件(40，42)的顶部附近，并可用来将淤泥从各淤泥腔(46)中推送出来。
11.如权利要求10所述的装置(10)，其特征在于，推顶件(109，110)可根据挖掘轮的旋转而移动。
12.如权利要求4所述的装置(10)，其特征在于，它包括一有助于对装置(10)的工作情况进行控制的控制装置(26)。
13.如权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，所述控制装置(26)是一整体定位系统。
14.一种用来从一较浅的水体下除去淤泥的方法，其特征在于，所述方法包括将一框架结构(14)安装在一浮动装置(12)上；将一具有多个淤泥保持腔(46)的淤泥挖掘轮机构(16)安装在所述框架结构(14)上，并且当浮动装置(12)朝预定方向移动时，使所述挖掘轮旋转；使挖掘轮机构的最外周缘(36)的一部分与大量水隔离开；使挖掘轮机构的最内周缘(38)的一部分与大量水隔离开；将淤泥从各淤泥保持腔(46)中推顶出来；以及将淤泥输送至一传送机构(66，68)以进行连续的堆放。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在使挖掘轮机构(16)旋转的步骤中，使所述挖掘轮以一与浮动装置(12)的移动成正比的速率旋转。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，它包括与一整体定位系统一起协作，对淤泥挖掘轮(16)的工作情况加以控制的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述浮动装置(12)包括多个由框架结构(14)相互连接起来的浮动件，并包括对至少一部分浮动件的浮力加以控制的步骤。
全文摘要
提供一种用来从水体下除去淤泥的除泥装置(10)。所述除去淤泥装置(10)包括一可旋转地安装在一浮动装置(12)上的除泥轮(16)。除泥轮(16)具有多个由多个叶片(44)形成的淤泥保持腔(46)。一旦淤泥已被保持在淤泥保持腔(46)内。当淤泥保持腔(46)旋转通过水体时,盾构机构(18)可使淤泥与水隔离。一旦各淤泥保持腔(46)到达一最上位置时,一推顶机构(19)将淤泥从各淤泥保持腔(46)中除去。一输送装置(20)将淤泥传送至一存放场所。如果有一物体楔嵌在盾构机构(18)和除泥轮(16)之间,一释放机构(89)可松开并使除泥轮(16)停止作业以便除去该物体。
文档编号E02F3/92GK1251632SQ98803751
公开日2000年4月26日 申请日期1998年3月3日 优先权日1997年4月1日
发明者R·L·萨茨勒 申请人:履带拖拉机股份有限公司