一种海底液压贯入装置的制作方法

本实用新型涉及海洋地质探测领域，尤其涉及一种海底液压贯入装置。

背景技术：

随海洋探测技术的日益发展，针对海洋底部的研究对象逐渐由海水层向海底沉积物内部发展，探究海底沉积物各项物理力学性质参数成为现阶段的研究热点。目前多通过将安装传感探头的探杆贯入到沉积物中的技术探测参数，探杆涉及到静力触探探杆、孔隙水压力探杆、声学特性测量探杆、电阻率测量探杆等，所使用的贯入方式多采用液压传动装置进行贯入。

现有的采用液压贯入式探杆探测的装置中，贯入装置中的活动压盘与探杆固定连接，通过活动压盘的移动，带动探杆贯入，这样贯入装置只能在同一时间进行同一根探杆的贯入，探测参数单一，无法为海洋工程提供多元化的参数指标；因为贯入装置能够提供的贯入力有限，对于较硬的海底地质，如若同时贯入多根探杆则易损坏贯入装置；另外，探杆的贯入深度与活动压盘的行程一致，探杆的贯入深度受活动压盘的行程限制，无法对海底深层进行测量，影响进一步的研究。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种海底液压贯入装置，以解决现有技术中存在的探杆贯入数量少、探测参数单一以及探杆贯入深度小的技术问题。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种海底液压贯入装置，包括支撑框架、与所述支撑框架滑动连接的升降平台、与所述支撑框架固定连接的保持平台和至少一个探杆；

所述探杆与所述升降平台滑动连接，对应每个所述探杆于所述升降平台上设置夹持机构，能够夹紧或松开所述探杆；

所述探杆与所述保持平台滑动连接，对应每个所述探杆于所述保持平台上设置保持机构，能够夹紧或松开所述探杆。

其中，所述夹持机构与所述保持机构的结构相同，所述夹持机构包括：

夹爪，两个所述夹爪分别位于所述探杆两侧；

夹紧油缸，所述夹紧油缸与所述夹爪一一对应设置，用于驱动所述夹爪运动。

其中，所述夹爪的一端与所述夹紧油缸连接，所述夹爪的另一端与所述探杆可选择接触，所述夹爪靠近所述探杆的表面为与所述探杆配合的弧形面。

其中，还包括驱动机构，用于驱动所述升降平台移动，所述驱动机构包括贯入油缸和与所述贯入油缸连接的滑轮组件，所述滑轮组件与所述升降平台连接。

其中，所述滑轮组件包括：

上滑轮组件，其包括上动滑轮和三个上定滑轮，第一钢缆的一端与所述升降平台固定连接，第一钢缆的另一端依次绕过两个所述上定滑轮、上动滑轮和一个所述上定滑轮后固定；

下滑轮组件，其与所述上滑轮组件对称设置，所述下滑轮组件包括下动滑轮和三个下定滑轮，第二钢缆的一端与所述升降平台固定连接，第二钢缆的另一端依次绕过两个所述下定滑轮、下动滑轮和一个所述下定滑轮后固定。

其中，所述滑轮组件通过滑轮支架固定于所述支撑框架上，所述上动滑轮和所述下动滑轮均安装于动滑轮支架上，所述动滑轮支架与所述滑轮支架滑动连接，所述贯入油缸的输出端与所述动滑轮支架连接。

其中，所述滑轮组件有两组，两组所述滑轮组件间隔平行设置，两个所述上动滑轮同轴设置。

其中，所述支撑框架上设置有若干个导向轴，所述升降平台与所述导向轴滑动连接，所述升降平台上开设有用于穿设所述导向轴的导向孔，所述导向孔内设置有导向套。

其中，所述支撑框架包括若干个支撑杆，所述支撑杆的底端设置有防沉降盘，所述防沉降盘呈碗状，所述支撑杆插入所述防沉降盘内并与所述防沉降盘固定连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的海底液压贯入装置，包括支撑框架、与支撑框架滑动连接的升降平台、与支撑框架固定连接的保持平台和至少一个探杆；探杆与升降平台滑动连接，对应每个探杆于升降平台上设置夹持机构，能够夹紧或松开探杆；探杆与保持平台滑动连接，对应每个探杆于保持平台上设置保持机构，能够夹紧或松开探杆。贯入时，升降平台位于贯入初始位置，夹持机构夹紧，保持机构松开，接着升降平台下行，带动探杆贯入；当升降平台到达单次最大行程，升降平台位于拔出初始位置，保持机构夹紧，夹持机构松开，升降平台上行回到贯入初始位置，完成单次贯入；重复上述过程，可将探杆连续多次贯入，这样探杆的贯入深度不受升降平台行程的限制，能够对海底深层进行测量；当需要贯入多根探杆时，根据海底沉积物条件确定贯入方式，若沉积物松软可同时贯入多根探杆，若沉积物致密可依次贯入多根探杆，不仅实现了多根探杆对海底多个参数的同时测量，探测效率高，而且贯入深度大，测量参数具有更大的研究价值。

附图说明

图1是本实用新型提供的海底液压贯入装置的结构示意图。

图2是本实用新型提供的海底液压贯入装置的部分结构示意图；

图3是图2中的升降平台和夹持机构的结构示意图；

图4是本实用新型提供的海底液压贯入装置的部分结构的主视图；

图5是本实用新型提供的海底液压贯入装置的部分结构的侧视图。

图中：

1、支撑框架；2、升降平台；3、保持平台；4、探杆；5、驱动机构；6、电池舱；

11、支撑杆；12、连接板；13、防沉降盘；14、网板；

21、夹持机构；22、导向轴；23、导向孔；24、导向套；25、固定套；26、法兰；211、夹爪；212、夹紧油缸；

31、保持机构；

51、贯入油缸；52、上滑轮组件；53、下滑轮组件；54、滑轮支架；55、动滑轮支架；521、上动滑轮；522、上定滑轮；523、第一钢缆；531、下动滑轮；532、下定滑轮；533、第二钢缆。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

参见图1至图5，本实用新型实施例提供一种海底液压贯入装置，包括支撑框架1、升降平台2、保持平台3、探杆4、驱动机构5、控制系统和电池舱6，通过夹持机构21、保持机构31的夹紧松开，配合升降平台2的下降与上升，完成探杆4的贯入、上拔动作。以下对贯入装置的各个部件进行详细介绍。

如图1和图2所示，支撑框架1是用以固定整套装置各个部件的框架结构，为探杆4的贯入提供支撑。支撑框架1包括若干个支撑杆11，在本实施例中，四个支撑杆11间隔设置呈矩形，四个支撑杆11之间通过多个连接板12连接，连接板12将支撑框架1分为底层、中层和上层。相邻两个支撑杆11之间设置有网板14，用于对装置进行防护。

在支撑杆11的底端设置有防沉降盘13，防沉降盘13呈碗状，支撑杆11插入防沉降盘13内并与防沉降盘13固定连接。防沉降盘13增加了支撑框架1与海平面的接触面积，保证整个装置的稳定性。在本实施例中，支撑框架1采用高强度耐腐蚀的钢材结构加工，尺寸为2.0×1.7×1.5m，自重为1.5t。

支撑框架1上设置有若干个导向轴22，为升降平台2提供导向作用，升降平台2与导向轴22滑动连接。升降平台2上开设有用于穿设导向轴22的导向孔23，导向孔23内设置有导向套24。导向轴22的两端通过固定套25与支撑框架1固定连接，固定套25通过法兰26与支撑框架1固定连接。保持平台3与支撑框架1固定连接，在本实施例中，贯入装置上设置了四根探杆4。

探杆4与升降平台2滑动连接，对应每个探杆4于升降平台2上设置夹持机构21，能够夹紧或松开探杆4；探杆4与保持平台3滑动连接，对应每个探杆4于保持平台3上设置保持机构31，能够夹紧或松开探杆4。

探杆4的一端连接有链条，探杆4的另一端安装有探头。安装有探头的一端穿过升降平台2和保持平台3，链条随探杆4移动而传动，用于对探杆4进行限位。

参考图3并结合图2所示，夹持机构21包括夹爪211和夹紧油缸212，两个夹爪211分别位于探杆4两侧，夹紧油缸212与夹爪211一一对应设置，用于驱动夹爪211运动。夹爪211的一端与夹紧油缸212连接，夹爪211的另一端与探杆4可选择接触，夹爪211靠近探杆4的表面为与探杆4配合的弧形面。两个夹爪211同时运动，用于夹紧或松开探杆4。

在本实施例中，夹持机构21与保持机构31的结构相同，因设置位置不同，故起到不同的作用，当夹持机构21夹紧探杆4、保持机构31松开探杆4时，升降平台2可带动探杆4移动；当保持机构31夹紧探杆4时，探杆4相对于支撑框架1固定；当保持机构31夹紧探杆4、夹持机构21松开探杆4时，升降平台2可相对于探杆4滑动。

参考图4和图5所示，驱动机构5用于驱动升降平台2移动，驱动机构5包括贯入油缸51和与贯入油缸51连接的滑轮组件，滑轮组件与升降平台2连接。滑轮组件包括上滑轮组件52和下滑轮组件53，滑轮组件通过滑轮支架54固定于支撑框架1上。

上滑轮组件52包括上动滑轮521和三个上定滑轮522，第一钢缆523的一端与升降平台2固定连接，第一钢缆523的另一端依次绕过两个上定滑轮522、上动滑轮521和一个上定滑轮522后固定；下滑轮组件53与上滑轮组件52对称设置，下滑轮组件53包括下动滑轮531和三个下定滑轮532，第二钢缆533的一端与升降平台2固定连接，第二钢缆533的另一端依次绕过两个下定滑轮532、下动滑轮531和一个下定滑轮532后固定。上动滑轮521和下动滑轮531均安装于动滑轮支架55上，动滑轮支架55与滑轮支架54滑动连接，贯入油缸51的输出端与动滑轮支架55连接。贯入油缸51内液压杆的伸出与缩回动作直接带动动滑轮支架55上下移动，通过钢缆及其他定滑轮牵引升降平台2上下移动。

在本实施例中，滑轮组件有两组，两组滑轮组件间隔平行设置，两个上动滑轮521同轴设置，保证贯入装置工作过程中，升降平台2受力平衡，提高稳定性。

控制系统用于控制贯入装置进行探杆4的贯入或拔出，包括液压站和阀台，液压站为密封圆筒型结构，外接液压管路接头，为整套系统提供液压源；阀台包括上阀台、下阀台，上阀台与夹持机构21的夹紧油缸212连接，下阀台与保持机构31的夹紧油缸212、贯入油缸51连接，控制液压管路流向，从而控制夹紧油缸212、贯入油缸51进油与出油。

控制系统还包括控制舱及驱动舱，控制舱及驱动舱均是密封圆筒型结构，采用高强度耐腐蚀的钢材结构加工。控制舱内设有单片机，可提前将控制程序写入，控制程序信号连接到驱动舱，进一步地驱动控制贯入装置的运行。或者，在控制舱内设置水声通讯机连接串口，利用水密通讯缆与水声通讯机连接，可在海面进行水声通讯控制贯入装置的运行，数据传输通过水声通讯机实现远距离水声通讯，克服通讯电缆的高调查成本以及作业的复杂性。

电池舱6内设置有锂电池，通过水密接插缆与其他部件相连，为贯入装置提供用电支持。

海底液压贯入装置的在使用时，具体包括以下步骤：

贯入前，利用作业船将贯入装置于指定点位通过船载地质绞车释放至海底，释放速度可调至最大，下放至距海底100m时降低速度，将其缓慢下放。

设备触底之后，通过预设控制程序或者通过水声通讯机进行控制装置运行。控制系统调动液压站工作，所有保持机构31处于夹紧状态，所有夹持机构21处于松开状态，控制系统判断升降平台2的位置。如果升降平台2处于贯入初始位置，系统就开始贯入动作；如果升降平台2偏离贯入初始位置，控制系统发出指令，控制升降平台2回到贯入初始位置，开始贯入动作。

选定拟贯入的探杆4，选择所有探杆4或者其中某些探杆4，并确定贯入顺序，根据海底沉积物条件确定贯入方式，若沉积物松软可一次性全部贯入，若沉积物致密可逐一贯入。

以下步骤以四根探杆4一次性全部贯入为例进行说明。

步骤1：升降平台2位于贯入初始位置，夹持机构21夹紧，保持机构31松开，升降平台2下行，带动探杆4贯入；

步骤2：当升降平台2到达单次最大行程，升降平台2位于拔出初始位置，保持机构31夹紧，夹持机构21松开，升降平台2上行回到贯入初始位置，完成单次贯入；

步骤3：重复步骤1和步骤2，将探杆4连续多次贯入。

当需要将探杆4拔出时，需要以下步骤：

步骤4：升降平台2位于拔出初始位置，夹持机构21夹紧，保持机构31松开，升降平台2上行，带动探杆4拔出；

步骤5：当升降平台2到达单次最大行程，升降平台2位于贯入初始位置，保持机构31夹紧，夹持机构21松开，升降平台2下行回到拔出初始位置，完成单次拔出；

步骤6：重复步骤4和步骤5，将探杆4连续多次拔出。

在步骤4中，控制系统判断升降平台2的位置，如果升降平台2处于拔出初始位置，系统就开始拔出动作；如果升降平台2偏离拔出初始位置，控制系统发出指令，控制升降平台2回到拔出初始位置，开始拔出动作。

在本实施例中，贯入装置单次最大贯入深度1米，连续多次动作完成探杆4的贯入。贯入装置单次最大拔出深度为1米，连续多次动作完成探杆4的拔出。

上述贯入装置可将探杆4连续多次贯入，这样探杆4的贯入深度不受升降平台2行程的限制，能够对海底深层进行测量；当需要贯入多根探杆4时，根据海底沉积物条件确定贯入方式，若沉积物松软可同时贯入多根探杆4，若沉积物致密可依次贯入多根探杆4，不仅实现了多根探杆4对海底多个参数的同时测量，探测效率高，而且贯入深度大，测量参数具有更大的研究价值。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。