一种水下方块安装装置

摘要

本发明公开了一种水下方块安装装置，涉及码头施工技术领域，包括：活动支架、支撑机构、横梁组件、起吊装置和控制系统。活动支架呈口字型；活动支架两侧均设置有支撑机构，支撑机构通过伸缩以改变活动支架的高度；横梁组件的两端分别与活动支架连接，横梁组件将活动支架分为左右两部分，左右两部分的活动支架均通过左右伸缩以改变横梁组件在活动支架的相对位置；起吊装置一端与横梁组件连接，起吊装置另一端用于吊起方块，起吊装置通过在横梁组件上移动以改变起吊装置在横梁组件的相对位置；以及控制系统用于控制水下方块安装装置。通过水下方块安装装置实现对待安装方块的移动和安装角度的调整，进而实现水下方块的精准安装。

权利要求

1.一种水下方块安装装置，其特征在于，包括：活动支架，所述活动支架呈口字型；

支撑机构，所述活动支架两侧均垂直连接有所述支撑机构，所述支撑机构通过伸缩以改变所述活动支架的高度；

横梁组件，所述横梁组件的两端分别与所述活动支架连接，所述横梁组件将所述活动支架分隔为左右两部分，所述左右两部分的活动支架均通过左右伸缩以改变所述横梁组件在所述活动支架的相对位置；

起吊装置，所述起吊装置一端与所述横梁组件连接，所述起吊装置另一端用于吊起方块，所述起吊装置与所述横梁组件在所述横梁组件的轴向上可相对移动以改变所述起吊装置在所述横梁组件的相对位置；以及控制系统，用于控制所述水下方块安装装置；

所述起吊装置包括吊杆和底托，所述吊杆一端与所述横梁组件连接，所述吊杆另一端与所述底托连接，所述吊杆可绕吊杆轴线旋转，所述底托可绕所述吊杆转动，所述底托通过向下延伸并抵住支撑面以支撑起所述水下方块安装装置。

2.根据权利要求1所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述支撑机构包括伸缩式立柱和底座，所述伸缩式立柱一端与所述活动支架垂直连接，所述底座与所述伸缩式立柱的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述水下方块安装装置设置有陀螺仪。

4.根据权利要求3所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述陀螺仪有四个，四个所述陀螺仪分别安装在所述活动支架的四个角上。

5.根据权利要求1所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述水下方块安装装置中的伸缩功能均通过伸缩式梁实现。

6.根据权利要求5所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述控制系统包括油压动力系统，所述油压动力系统包括油缸活塞，所述油缸活塞通过活塞杆驱动所述伸缩式梁伸缩。

7.根据权利要求1所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述水下方块安装装置还包括距离传感器系统，所述距离传感器系统包括第一距离传感器和第二距离传感器，所述第一距离传感器与所述第二距离传感器互相垂直设置，所述第一距离传感器用于测量X方向上的距离，所述第二距离传感器用于测量Y方向上的距离。

8.根据权利要求1所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述水下方块安装装置还包括水下摄像头，所述摄像头可绕自身安装轴旋转。

9.根据权利要求1所述的水下方块安装装置，其特征在于：所述横梁组件设置有GPS定位系统，用于定位所述水下方块安装装置。

说明书

一种水下方块安装装置

技术领域

[0001] 本发明涉及码头施工技术领域，特别涉及一种水下方块安装装置。

背景技术

[0002] 目前重力式码头水下方块安装施工工艺主要有以下两种：(1)将混凝土方块堆放至码头后方陆侧堆场，再通过履带吊将混凝土方块吊入水中进行安装；(2)驳船装运混凝土
方块至水上，采用起重船进行水中方块的安装。

[0003] 上述第一种常规工艺，只适用于顺岸式码头的施工，不适用于不具备后方陆地条件的突堤式码头施工。该工艺对码头后方地基承载能力有较高的要求，往往需要进行额外
的地基处理工作，待地基满足承载力的要求，方能进行吊装作业，不但影响施工进度，而且
需要投入额外的成本。此外，从码头后方进行吊装，导致吊距过大，需配备重型、甚至超重型
履带吊进行作业，该类超常规设备租赁费巨大。

[0004] 在上述第二种常规工艺中，起重船在水中姿态调整的效率低下，起重船也难以控制方块的安装精度，而且潜水员在水下配合测量安装时存在较大安全风险。同时，在水上对
方块进行精定位难度大，起重船受风浪、暗涌影响非常明显。

[0005] 采用上述常规工艺施工时，还需在方块的安装位置配设潜水员，利用尺子对安装位置、相邻方块之间的间隙等进行人工判定，并发出调整指令。为了保证水下安装精度，整
个安装过程中，潜水员时刻贴近方块作业，辅助作业时手指经常磕碰受伤，具有非常大的安
全隐患。

发明内容

[0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例拟提供一种水下方块安装装置，实现水下方块机械安装，无需潜水员水下配合。

[0007] 根据本发明实施例的水下方块安装装置，包括：活动支架，所述活动支架呈口字型；支撑机构，所述活动支架两侧均垂直连接有所述支撑机构，所述支撑机构通过伸缩以改
变所述活动支架的高度；横梁组件，所述横梁组件的两端分别与所述活动支架连接，所述横
梁组件将所述活动支架分隔为左右两部分，所述左右两部分的活动支架均通过左右伸缩以
改变所述横梁组件在所述活动支架上的相对位置；起吊装置，所述起吊装置一端与所述横
梁组件连接，所述起吊装置另一端用于吊起方块，所述起吊装置与所述横梁组件在所述横
梁组件的轴向上可相对移动以改变所述起吊装置在所述横梁组件中的相对位置；以及控制
系统，用于控制所述水下方块安装装置。

[0008] 进一步的，所述起吊装置包括吊杆和底托，所述吊杆一端与所述横梁组件连接，所述吊杆另一端与所述底托连接，所述吊杆可绕吊杆轴线旋转，所述底托可绕所述吊杆转动，
所述底托通过向下延伸并抵住支撑面以支撑起所述水下方块安装装置。

[0009] 进一步的，所述支撑机构包括伸缩式立柱和底座，所述伸缩式立柱一端与所述活动支架垂直连接，所述底座与所述伸缩式立柱的另一端连接。

[0010] 进一步的，所述水下方块安装装置设置有陀螺仪。

[0011] 进一步的，所述陀螺仪有四个，四个所述陀螺仪分别安装在所述活动支架的四个角上。

[0012] 进一步的，所述水下方块安装装置中的伸缩功能均通过伸缩式梁实现。

[0013] 进一步的，所述控制系统包括油压动力系统，所述油压动力系统包括油缸活塞，所述油缸活塞通过活塞杆驱动所述伸缩式梁伸缩。

[0014] 进一步的，所述水下方块安装装置还包括距离传感器系统，所述距离传感器系统包括第一距离传感器和第二距离传感器，所述第一距离传感器与所述第二距离传感器互相
垂直设置，所述第一距离传感器用于测量X方向上的距离，所述第二距离传感器用于测量Y
方向上的距离。

[0015] 进一步的，所述水下方块安装装置还包括水下摄像头，所述摄像头可绕自身安装轴旋转。

[0016] 进一步的，所述横梁组件设置有GPS定位系统，用于定位所述水下方块安装装置。

[0017] 基于上述技术方案，本发明实施例至少具有以下有益效果：通过水下方块安装装置在水中行走，利用起吊装置实现对待安装方块的移动和安装角度的调整，进而实现水下
方块的精准安装，避免了水下方块安装时需要潜水员辅助安装的情况，提高了水下方块的
安装效率。

附图说明

[0018] 下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

[0019] 图1是本发明实施例的水下方块安装装置结构示意图；

[0020] 图2是本发明实施例中综合端头的示意图；

[0021] 图3是本发明实施例的水下方块安装装置吊装水下方块的工作示意图；

[0022] 图4是本发明实施例的水下方块安装装置安装水下方块的示意图；

[0023] 图5是本发明是实施例的水下方块安装装置吊杆旋转的工作示意图；

[0024] 图6是本发明实施例的水下方块移动时各部件工作情况示意图；

[0025] 图7是本发明实施例的水下方块对正时的工作示意图；

[0026] 图8是本发明实施例的测量系统工作示意图；

[0027] 图9是本发明实施例的水下方块装置移动时各部件的运动情况示意图；

[0028] 图10是本发明实施例的距离传感器系统结构示意图。

[0029] 附图标记：第一控制面1，第二控制面2，第三控制面3，第四控制面4，吊孔5，活动支架11，横梁组件12，伸缩式立柱13，底座14，吊杆15，吊耳16，榫槽17，底托18，GPS定位系统
21，陀螺仪22，距离传感器系统30，第一距离传感器31，第二距离传感器32，摄像头33，伸缩
式支臂34。

具体实施方式

[0030] 本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的
每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

[0031] 在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简
化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和
操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0032] 在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、
第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所
指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

[0033] 本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体
含义。

[0034] 参照图1，本发明实施例的水下方块安装装置，包括：活动支架11、支撑机构、横梁组件12、起吊装置以及控制系统。

[0035] 具体的，活动支架11呈口字型；活动支架11两侧均垂直连接有支撑机构，支撑机构通过伸缩以改变活动支架11的高度；横梁组件12的两端分别与活动支架11连接，横梁组件
12将活动支架11分为左右两部分，左右两部分的活动支架11均通过左右伸缩以改变横梁组
件12在活动支架11上的相对位置；起吊装置一端与横梁组件12连接，起吊装置另一端用于
吊起方块，起吊装置与横梁组件12在横梁组件的轴向上可相对移动以改变起吊装置在横梁
组件12中的相对位置；控制系统用于控制水下方块安装装置。

[0036] 本发明实施例的水下方块安装装置顶部的四个角的位置设置有吊耳16，方便将水下方块安装装置吊起。进行水下方块安装时，利用起重设备将一批待安装方块投入水中相
应的安装位置集中堆放。在该批次的方块中，留出最后一块方块，在陆上用钢丝绳及卡环拴
住本实施例水下方块安装装置顶部的四个吊耳16，使本发明实施例的水下方块安装装置充
当吊具，通过起重船吊将方块和本发明实施例一起吊入水中，作为该批次的首件方块进行
安装。起重船吊钩卸载后，本发明实施例的水下方块安装装置在水中独立地对首件方块进
行位置调整并安装，起重船可以闲置出调遣至其他地点施工。首件方块安装完成后，控制本
发明实施例行走至水下方块堆场，拾取下一块方块并进行安装，重复以上步骤，完成该批次
所有方块的水下安装工作。本发明实施例的水下方块安装装置入水后不再依靠履带吊或起
重船便能进行水下方块安装作业，优化了大型起重设备的利用率，压缩了昂贵的起重设备
租赁费用。

[0037] 需要指出的是，在本发明实施例中，水下方块安装装置中的伸缩功能均通过伸缩式梁实现。伸缩式梁具有伸缩功能，且结构紧凑，占用空间小，常用于工程机械和其他行走
机械。

[0038] 进一步的，控制系统包括油压动力系统，油压动力系统包括油缸活塞，油缸活塞用于驱动伸缩式梁伸缩。在本发明实施例中，每个具有伸缩功能的构件单位设置油缸活塞，以
精准地控制构件进行伸缩作业。

[0039] 支撑机构包括伸缩式立柱13和底座14，伸缩式立柱13一端与活动支架11垂直连接，底座14与伸缩式立柱13的另一端连接。控制伸缩式立柱13的延伸，以活动支架两侧的伸
缩式立柱13作为支撑，进而将固定在起吊装置中的方块吊起；控制伸缩式立柱13收缩，则整
个水下方块安装装置通过以起吊装置和方块作为支撑，进而将整个水下方块安装装置托
起。

[0040] 在本实施例中，横梁组件12包括伸缩式梁，横梁组件12两端分别连接有伸缩式梁，伸缩式梁的另一端与活动支架11连接，吊杆15在横梁组件12上的相对位置通过横梁组件12
两端的伸缩式梁的伸缩进行改变。当需要改变吊杆15在横梁组件上的前后位置时，控制连
接在横梁组件12一端的伸缩式梁延伸，同时控制连接在横梁组件12另一端的伸缩式梁收
缩，进而改变吊杆15在横梁组件12上的前后位置，如图3所示。

[0041] 在其它的一些实施例中，活动支架11由四根首尾相连的伸缩式梁连接而成，在连接处设置有连接关节，连接关节内置有油缸活塞，油缸活塞通过活塞杆驱动伸缩式梁伸缩。

[0042] 起吊装置包括吊杆15和底托18，吊杆15一端与横梁组件12连接，吊杆15另一端与底托18连接，吊杆15可绕吊杆15轴线旋转，底托18可绕吊杆15转动，底托18通过向下延伸并
抵住支撑面以支撑起水下方块安装装置。在本实施例中，吊杆15设置有两根。操控驱动伸缩
式立柱13伸缩的油缸活塞，将伸缩式立柱13收缩至最短。此时，位于起重船吊钩上的水下方
块安装装置相当于常规的方块吊具，如图3所示。将水下方块安装装置移动到待安装的方块
正上方，吊杆15对准方块的吊孔5，吊钩缓缓下降，吊杆15插入方块的吊孔5后，将底托18绕
自身安装轴线旋转90°并进行锁定，使其能够将方块托起。底托18通过二次伸展至支撑面，
以底托18作为本实施例的水下方块安装装置的支撑，可将整个水下方块安装装置顶起。

[0043] 由于吊杆15可绕自身杆轴旋转，因此，可将横梁组件12与吊杆15的相对位置调至初始状态，将水下方块安装装置进行摆正，此时，待装方块与水下方块安装装置恢复初始时
刻的正交位置关系，如图6所示。

[0044] 作为上述实施例的一种改进，水下方块安装装置设置有陀螺仪22，用于检测水下方块安装装置是否平衡，确保后续检测得到的数据准确可靠。在本实施例中，陀螺仪22有四
个，四个陀螺仪22分别安装在活动支架11的四个角上。

[0045] 作为上述实施例的另一种改进，水下方块安装装置还包括距离传感器系统30，距离传感器系统30包括第一距离传感器31和第二距离传感器32，第一距离传感器31与第二距
离传感器32互相垂直设置，第一距离传感器31用于测量X方向上的距离，第二距离传感器32
用于测量Y方向上的距离。在本实施例中，吊杆15的侧面设置有榫槽17，距离传感器系统30
通过滑块与榫槽17活动连接。驱动移动滑块，使其沿吊杆15内的榫槽17向下移动，距离传感
器系统30将方块棱角卡住后，锁住槽内的滑块，进而将距离传感器系统30固定。

[0046] 在本实施例中，信号发射综合端头如图2所示，两个互相垂直的侧面分别设有第一距离传感器31和第二距离传感器32，上述两个传感器具有发射、接受信号的功能，第一距离
传感器31用于测量信号发射端到已装方块的X方向的距离，第二距离传感器32用于测量信
号发射端到已装方块的Y方向的距离。通过两个独立的传感器实现已装方块与待装方块之
间的间隙控制，以及方块前沿面的线型控制。第一距离传感器31包括第一X方向信号发射/
接收器，测距传感器系统30还设有第二X方向信号发射/接收器，第一X方向信号发射/接收
器在X方向上的位置可通过调节伸缩式支臂34臂长的初始长度，使得第一X方向信号发射/
接收器和第二X方向信号发射/接收器构成的平面与待装方块控制面板2平行，以保证待装
方块在挪动过程中与已装方块控制面板3保持平行，如图10所示。

[0047] 本发明实施例在工作中的定位包括粗定位阶段和精定位阶段。对于超声波信号，方块刚下水或在水中大幅度挪动时，由于海底淤泥等杂质受到搅动，水质浑浊度较大，待装
方块转向调整过程中，水下方块安装装置的伸缩式立柱13成为已装、待装方块之间的障碍
物。由于该阶段为粗定位阶段，安装精度要求不高。因此，在此阶段，不受水质浊度影响，信
号传播不受障碍物影响，精度可达到厘米级别的超声波信号具有完美的适用性。对于激光
信号，粗定位完成后，水环境相对平静，水质浊度明显降低，满足激光信号的工作环境，在此
精定位阶段，通过测距精度可达毫米级别的激光信号进行纠偏及安装位置二次控制，对粗
定位结束后的结果进行复测和纠正，可完美实现方块水下安装的质量目标。

[0048] 待装方块入水并到达支撑面后，开启两处X方向信号发射/接收器的超声波信号，可发现此时待装方块与已装方块之间有较大的夹角，将待装方块两侧伸缩式立柱13缓缓放
下，底座14与支撑面相抵并持力后，位于吊杆15上的待装方块被微微吊起。根据本发明实施
例的水下安装装置顶部的陀螺仪22反馈的实时数据及时调整伸缩式立柱13的伸缩量，在待
装方块托起过程中，可保证水下方块安装装置的整体稳定性，如图4所示。根据两处X方向信
号发射/接收器的距离数据，调整吊杆15转动量，可将待装方块第二控制面2绕Z轴旋转至与
已装方块的第三控制面3平行，如图5所示。

[0049] 进行X方向上的移动时，首先微缩短右侧伸缩式立柱13，此时水下方块安装装置依靠左侧伸缩式立柱13、吊杆15提供的支反力实现平衡，延伸右侧活动支架11的伸缩式梁；然
后恢复右侧伸缩式立柱13的持力状态，在左侧伸缩式立柱13以及右侧伸缩式立柱13的支撑
下，收缩吊杆15将待装方块吊起，驱动左侧活动支架11的伸缩式梁延伸，同时驱动右侧活动
支架11的伸缩式梁收缩，将待装方块往安装位置进行移动；最后恢复吊杆15的底托18持力
状态，通过左侧活动支架11的伸缩式梁收缩，使左侧伸缩式立柱13往已装方块方向进行移
动，两处X方向信号发射/接收器在该过程中均进行距离控制，保证待装方块平行挪动。

[0050] 重复以上动作，待装方块的第二控制面2距已装方块的第三控制面3约1‑1.5m时，将右侧伸缩式立柱13架到已装方块顶部，如图7所示。开启X方向信号发射/接收器的激光信
号，根据激光信号数据，调整左侧活动支架11的伸缩式梁的延伸量及右侧活动支架11的伸
缩式梁的收缩量，将待装方块与相邻的已装方块之间的最终间隙控制在误差允许范围内，
完成X方向的对齐安装。

[0051] 驱动横梁组件12两侧的伸缩式梁，使方块沿Y轴方向移动，采用吊杆15和待装方块两侧的伸缩式立柱13轮流支撑的方式，可实现水下方块安装装置和方块整体在Y方向的移
动。开启位于综合端头上的X方向信号发射/接收器的激光信号，此过程待装方块的第一控
制面1不断向已装方块第四控制面4靠近，当接收器无法收到激光反射信号时，判定待装方
块的第一控制面1已经远离已装方块第四控制面4，方块需要往反方向进行回调。此过程，可
通过水下高分辨率摄像头33监控方块的移动情况，减少方块回调频率及回调量。

[0052] 如图8所示，驱动伸缩式支臂34，将综合端头推送至已装方块控制面4之上，开启位于综合端头上的Y方向信号发射/接收器的激光信号，根据激光测距数据控制方块回调量，
直至待装方块的第四控制面4与已装方块第四控制面4位于同一平面内，完成Y方向的对齐
安装。至此，完成该方块的水下安装。

[0053] 需要指出的是，上述所描述的“X方向”指的是已装方块的宽度方向；“Y方向”指的是已装方块的长度方向。

[0054] 可以理解的是，水下方块安装装置还包括水下摄像头33，摄像头33可绕自身安装轴旋转。在本实施例中，信号发射端顶部配有高分辨率水下摄像头33，该摄像头33可以绕支
撑轴自由旋转360°，实现±45°仰/俯角，不但能辅助测距传感器系统30的定位工作，而且能
在本实施例的水下方块安装装置拾取水下堆场的方块后检查距离传感器系统30的固定情
况，确保距离传感器系统30有效发挥作用。同时，摄像头33监视整个水下方块安装过程，使
地面上的技术人员掌握方块的安装情况和已装方块的成品保护情况。

[0055] 本实施例的控制系统还包括可视化显示屏和操控面板。可视化显示屏呈现高分辨率水下摄像头33的影视图像、陀螺仪22及距离传感器系统实时监测的数据，可视化显示屏、
操控按钮集成为一块整体的操控面板。通过本发明实施例，陆上操作人员可根据摄像头33、
陀螺仪22和距离传感器系统30对水下方块安装装置进行精准操作，避免了潜水员进行水下
作业，有效地减少了施工安全隐患。在其它的一些实施例中，可视化显示屏、操控按钮集成
为一块整体的操控面板并与油压动力系统一起设置在水上驳船中，水下方块安装装置通过
油管、数据线与上述水上控制系统进行连接。

[0056] 横梁组件12设置有GPS定位系统21，用于定位水下方块安装装置。通过GPS定位系统21，可准确定位水下方块安装装置的具体位置，方便后续工作的进行。如将待装方块吊运
至安装位置附近的水中。

[0057] 上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作
出各种变化。