深水硬巖機械破碎沖擊錘的作業(yè)輔助系統(tǒng)設(shè)計

伍駿，趙錦榮，褚偉成，金康寧

（1.中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州510221；2.北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院，北京100083）

0 引言

隨著航道等級的提升和跨海沉管隧道深基槽開挖等市場需求，疏浚行業(yè)面臨深水和硬巖為特點的基槽開挖情況越來越多，“深中通道”沉管隧道基槽開挖工程中海底沉管開挖硬巖土方量約為33 萬m3，其中包括了硬度較高的微風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖，巖面高程變化大，最低處位于水面40 m 以下。 因此，深水硬巖破碎成為亟待解決的關(guān)鍵問題[1]。

目前水下破巖以爆破法[2-3]和機械破巖法[4-6]為主。 爆破法通過鉆孔、裝藥和爆破實現(xiàn)巖石破碎開挖，具有效率高、不受巖石硬度限制、方法簡單等特點，但是爆炸產(chǎn)生的振動和沖擊波會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，破壞水下生態(tài)，與我國“綠色發(fā)展，保護(hù)生態(tài)”的發(fā)展原則極為不符，且無法實現(xiàn)爆破的準(zhǔn)確控制[7]。 此外，深中通道水文條件復(fù)雜，也是白海豚的棲息地，因此，爆破法已不適用于水下硬巖破碎施工， 難以通過環(huán)保部門的審核。機械破巖法通常借助大功率絞刀頭、鑿巖棒、液壓沖擊錘等作為破巖作業(yè)工具。大功率絞刀頭需要以大型船只作為平臺，并通過絞刀梁連接船體和絞刀頭，具有可控性高、破巖施工精度高等特點， 但在高硬度巖石作業(yè)區(qū)域其施工效率極低，并且由于采用絞刀梁硬連接，其作業(yè)深度受到絞刀梁長度限制。鑿巖棒破巖通常借助提升平臺，將棒體提升至一定高度后釋放，通過棒體與巖石的撞擊實現(xiàn)破巖作業(yè)，可破碎硬度較高的巖石，具有環(huán)保、操作簡單等特點，但其破巖主要利用棒體的重力勢能，由于水對棒體的影響，其作業(yè)深度受到限制，且破巖效率不高。 液壓沖擊錘破巖，通過將液壓沖擊錘安裝于作業(yè)平臺，將平臺置于作業(yè)區(qū)域，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，實現(xiàn)破巖作業(yè)，具有不受巖石硬度限制、作業(yè)效率高、環(huán)保等特點，較適用于水下硬巖破碎作業(yè)。 本文以液壓沖擊錘為作業(yè)工具，開展深水硬巖沖擊錘破巖作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計[8]。

國內(nèi)外對于以沖擊錘為核心的破巖作業(yè)系統(tǒng)有深水安裝方面的研究主要集中在水下作業(yè)設(shè)備，而對于連接水下設(shè)備與浮體船之間的連接結(jié)構(gòu)研究很少[9]。 由于工程施工水深40 米，傳統(tǒng)的硬連接方式并不適用， 需要采用軟連接方式，通過平臺上的起吊機用鋼絲繩吊放液壓沖擊錘。為了支撐和保護(hù)液壓錘作業(yè)，需要加裝一套外框架裝置。本文設(shè)計了一套完整的液壓沖擊錘成套框架，由液壓支撐機構(gòu)支撐在巖石上方，與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)相互作用引導(dǎo)液壓沖擊錘移動[10]，該裝置可以根據(jù)海底地形狀況支持垂直或傾斜作業(yè)。目前國內(nèi)外鮮有應(yīng)用的類似破巖方案。文章提出的完整的框架裝置對于深水類似隧道工程的施工方案具有深遠(yuǎn)的參考意義。

本文以深中通道沉管隧道基槽開挖項目為背景， 從水下施工中深水硬巖破碎需求出發(fā)，分析沖擊錘破巖作業(yè)系統(tǒng)需求，提出水下硬巖破碎作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計原理， 完成作業(yè)系統(tǒng)各部分設(shè)計，進(jìn)一步分析作業(yè)平臺在水平、傾斜等典型工況下的受力特性，借助仿真建模展示了該破巖作業(yè)平臺的作業(yè)過程。

1 沖擊錘輔助系統(tǒng)設(shè)計原理

液壓沖擊錘作為破巖作業(yè)工具，其正常工作需要輔助系統(tǒng)作為支撐，輔助系統(tǒng)需要滿足沖擊錘作業(yè)過程中的運動、穩(wěn)定性、作業(yè)安全、作業(yè)姿態(tài)等要求。 具體包括以下：

（1）沖擊錘輔助系統(tǒng)設(shè)計原理

輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計需包含液壓沖擊錘工作所需要的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，保證液壓沖擊錘沿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)上下滑動，保證工作過程中沖擊錘釬桿能夠抵至需破碎巖石。

（2）不同工況作業(yè)穩(wěn)定性

液壓沖擊錘輔助系統(tǒng)依靠液壓支撐腳和吊放鋼纜保持穩(wěn)定， 其作業(yè)過程中受水流沖擊、液壓沖擊錘振動等作用，存在前后和側(cè)向傾覆的可能性，并且沖擊錘上下擺動對于整體重心影響較大。校核其在各種工況條件下的穩(wěn)定性是保證輔助系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。 根據(jù)計算結(jié)果，在整體框架有液壓支撐腳進(jìn)行支撐不傾覆的情況下，安全系數(shù)均需達(dá)到3 以上。

吊放鋼纜在作業(yè)過程中實時承受框架整體重量的50%即200 kN 以上， 即可保證液壓支撐腳壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)均在3 以上。同時液壓支撐腳只進(jìn)行輔助支撐，應(yīng)避免作業(yè)過程中全部重量加載在支撐腳上， 以減輕液壓支撐腳的受力情況，防止結(jié)構(gòu)性破壞。

（3）輔助系統(tǒng)安全性

液壓沖擊錘破巖過程中， 會有巖石碎塊飛濺，考慮輔助系統(tǒng)的安全性需設(shè)計保護(hù)架，并將保護(hù)架連接提升機構(gòu)與液壓支撐機構(gòu)，起保護(hù)作用，該結(jié)構(gòu)主要由方管型材焊接而成。此外，為防止方管內(nèi)部與海水接觸發(fā)生腐蝕，提升框架水下浮力，減少液壓支撐機構(gòu)受力，對方管做了密封處理。

（4）不同作業(yè)模式

由于水下地形的復(fù)雜性，常在斜坡工況下破巖施工，因此輔助系統(tǒng)設(shè)計時需考慮不同作業(yè)模式的需求。如：為滿足斜打要求，按框架工作狀態(tài)的極限傾角為35°時進(jìn)行強度計算。此外，框架布置吊耳的合理性， 直接影響輔助系統(tǒng)的姿態(tài)，應(yīng)確保運輸過程中輔助系統(tǒng)橫向吊運、施工過程中垂直下放、以及極限傾角35°時的狀態(tài)安全。

2 輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.1 深水破巖作業(yè)流程

深水破巖作業(yè)具體流程包括：作業(yè)船調(diào)整施工位置→下放輔助系統(tǒng)→調(diào)整輔助系統(tǒng)姿態(tài)→水下狀態(tài)監(jiān)視→破巖作業(yè)→提升輔助系統(tǒng)→調(diào)整施工位置。 各步驟包括：

（1）將作業(yè)船只行駛至作業(yè)水域，并進(jìn)行定位。

（2）將破碎錘外框架下放。 首先利用框架外部超聲陣列對水下地形進(jìn)行掃測，根據(jù)掃測結(jié)果液壓缸液壓桿自動預(yù)調(diào)節(jié)伸出長度，適應(yīng)地形因素。

（3）待液壓桿底部接觸水底后根據(jù)框架中二軸傾角傳感器傳輸框架傾角，控制器實時調(diào)節(jié)液壓缸伸出收縮長度，保證框架整體豎直向下。

（4）ROV 潛水巡航施工區(qū)域， 通過ROV 將圖像傳回水上作業(yè)船只，實時監(jiān)測破巖過程。

（5）作業(yè)過程中根據(jù)傾角傳感器數(shù)據(jù)實時調(diào)節(jié)液壓桿伸出收縮長度，保證框架整體在豎直情況下進(jìn)行作業(yè)，控制液壓振動錘開始破巖作業(yè)。

（6）作業(yè)完成后，通過提升輔助系統(tǒng)把液壓沖擊錘釬桿由巖土中抽出， 然后框架由鋼纜提升， 壓力傳感器檢測壓力變化后判斷作業(yè)完成，自動收回全部液壓桿。

（7）同一區(qū)域施工點完成后，調(diào)整船只位置至下一工位，繼續(xù)作業(yè)。

2.2 輔助系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

輔助系統(tǒng)用于安裝液壓沖擊錘，獨立于施工平臺，通過鋼絲繩吊放，可在水面40 米以下位置進(jìn)行破巖作業(yè)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由保護(hù)架、提升機構(gòu)、吊耳、液壓支撐機構(gòu)、內(nèi)部管纜等幾部分組成。保護(hù)架保護(hù)液壓沖擊錘、提升機構(gòu)、內(nèi)部管纜等。 吊放機構(gòu)連接吊機鋼纜與框架。 提升機構(gòu)保證液壓沖擊錘上下滑動，破巖完成后，起拔釬作用。 液壓支撐機構(gòu)起框架支撐、角度調(diào)節(jié)作用。

圖1 液壓沖擊錘輔助系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

輔助系統(tǒng)框架可以保護(hù)液壓沖擊錘及框架內(nèi)的配套設(shè)備和附件不受水下物體碰撞。不含液壓油管、液壓油、線纜情況下，框架質(zhì)量為28.1 t，水下質(zhì)量為21 t，滿足設(shè)計需求（小于30 t）；框架體積為11.8×2.1×2.2 m， 滿足設(shè)計需求（可裝入40尺集裝箱12.192×2.438×2.591 m）。

2.3 輔助系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

在輔助系統(tǒng)中，傳感器、提升機構(gòu)以及支撐機構(gòu)是整個系統(tǒng)的核心部分，分別滿足了系統(tǒng)的狀態(tài)檢測、沖擊錘運動輔助、輔助系統(tǒng)支撐等功能。

2.3.1 輔助系統(tǒng)傳感器

輔助系統(tǒng)的傳感器主要種類與安裝位置如下：

（1）超短基線1 個，用于輔助系統(tǒng)的水下定位，安裝于保護(hù)架頂部，安裝位置上方距鋼纜大于0.5 m，并且無遮擋；

（2）兩軸傾斜傳感器1 個，用于檢測輔助系統(tǒng)平面傾角， 安裝于輔助系統(tǒng)上部適當(dāng)位置，并且安裝平面與輔助系統(tǒng)的水平面位置保持一致；

（3）鑿入深度傳感器1 個，用于檢測液壓沖擊錘鑿入巖石深度，安裝于框架下部。

其他傳感器如導(dǎo)軌限位傳感器、液壓支撐腳壓力傳感器、液壓支撐腳行程傳感器等根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行選型布置，框架上安裝的所有傳感器均有相應(yīng)的防撞保護(hù)設(shè)計。各傳感器的安裝位置見圖2。

圖2 傳感器布置圖

2.3.2 提升機構(gòu)

提升機構(gòu)是連接液壓沖擊錘與保護(hù)架的關(guān)鍵部件，結(jié)構(gòu)如圖3 所示，由提升油缸、連接法蘭、滑塊、導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架安裝板、法蘭固定螺栓、滑塊-液壓沖擊錘固定螺栓和滑塊-滑塊固定螺栓組成。

圖3 提升機構(gòu)

其中，提升油缸需要通過法蘭盤安裝固定到導(dǎo)軌架安裝板上，涉及了頭部外法蘭式、頭部內(nèi)法蘭式和尾部外法蘭式三種：

（1）頭部外法蘭式，法蘭蓋設(shè)在提升油缸活塞桿側(cè)的缸蓋上，用它的外側(cè)面與外部組件的安裝面貼緊，并用螺釘緊固。 這種安裝形式由于承受提升油缸工作時的反作用力，安裝螺栓承受液壓力的拉伸作用較大， 因而安裝螺栓的直徑較大，并要求進(jìn)行強度計算。

（2）頭部內(nèi)法蘭式，法蘭蓋設(shè)在活塞桿側(cè)的缸蓋上， 用它的內(nèi)側(cè)面與外部組件的安裝面貼緊。 這種安裝形式由于提升油缸工作時，安裝螺栓受力不大，主要靠安裝支撐面承受，所以法蘭式直徑較小，結(jié)構(gòu)緊湊。 這種安裝形式在固定安裝形式中應(yīng)用得最多。

（3）尾部外法蘭式，法蘭設(shè)置在提升油缸的底部， 用法蘭的外側(cè)與外部組件的安裝面貼緊，并用螺栓緊固。這種安裝形式液壓缸的連接螺釘受拉力較小，但對活塞桿的縱向彎曲強度影響較大。

綜合比較三種安裝形式，最終選擇頭部內(nèi)法蘭式安裝。

2.3.3 液壓支撐機構(gòu)

液壓支撐機構(gòu)是確保輔助系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其中一般以液壓油缸為支腿，通過油缸的伸縮調(diào)節(jié)，實現(xiàn)支撐機構(gòu)的調(diào)平或調(diào)姿。 在工程中以支腿數(shù)量來區(qū)分調(diào)平點數(shù)，常用的有三點調(diào)平系統(tǒng)、四點調(diào)平系統(tǒng)和六點調(diào)平系統(tǒng)等。三點調(diào)平系統(tǒng)采用三個支腿實現(xiàn)臺架支撐，其組成相對比較簡單，算法也相對比較簡單，不會出現(xiàn)虛腿現(xiàn)象。 但由于支撐點少，三點調(diào)平系統(tǒng)抗傾覆能力差，承載能力小。

四點調(diào)平系統(tǒng)采用四個支腿支撐臺架，相比于三點調(diào)平系統(tǒng)，四點調(diào)平系統(tǒng)多了一個支腿和支腿驅(qū)動系統(tǒng)，系統(tǒng)組成比較復(fù)雜，另一方面由于要解決虛腿問題，調(diào)平算法也比較復(fù)雜。 但四點支撐臺架抗傾覆能力高，同時支撐點增多提高了臺架的剛度。 在單腿載荷相同的情況下，四點調(diào)平系統(tǒng)承載能力比三點調(diào)平系統(tǒng)大。

對于大載荷、大跨距的臺架采用六點或六點以上的調(diào)平系統(tǒng)，隨著支撐點增多，支腿驅(qū)動系統(tǒng)也相應(yīng)地增多，系統(tǒng)組成更復(fù)雜。

綜合考慮輔助系統(tǒng)的工況要求，整體結(jié)構(gòu)參數(shù)等特性，選定四點調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)平，即選用四個支撐油缸進(jìn)行輔助系統(tǒng)調(diào)平執(zhí)行元件，安裝形式如圖4 所示。 除了必須滿足調(diào)姿要求外，液壓缸支腳在有鋼纜主要承重、正常作業(yè)情況下必須滿足強度要求。 根據(jù)作業(yè)工況要求，在有水流及存在水下坡度情況下利用液壓支撐腳調(diào)節(jié)整體平衡， 液壓缸需滿足極限角度35°情況下豎直作業(yè)。

圖4 液壓支撐腳

由壓桿穩(wěn)定公式可計算出液壓支撐腳伸出長度與壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)間關(guān)系，其最高安全系數(shù)4.5， 在全部伸出液壓桿后最低安全系數(shù)1.47 左右，可滿足作業(yè)需求。

3 輔助系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析

3.1 輔助系統(tǒng)豎直狀態(tài)力學(xué)分析

輔助系統(tǒng)（含液壓沖擊錘）重心位置如圖5所示，圖中坐標(biāo)系2 原點為保護(hù)架（不含液壓沖擊錘）的形心。 相比框架整體的體積，可以忽略y、z 方向的偏移， 因此設(shè)輔助系統(tǒng)重心位置為（-590，0，0）。 輔助系統(tǒng)在水下豎直狀態(tài)受到重力、浮力、地面支撐力、水流作用力等作用，其受力如圖6 所示。

圖5 輔助系統(tǒng)重心圖

圖6 輔助系統(tǒng)豎直狀態(tài)受力圖

F浮為外框架所受浮力，浮心的位置為（0，0，0），F(xiàn)浮=89850 N；G 為整體框架所受的重力，G=29400 N；F 錘為工作時液壓沖擊錘的反沖力，根據(jù)S90 最大工作載荷為4.75 t， 計算得反作用力F錘=46500 N；F1、F2、F3和F4為四個液壓腳的受力，此外，還有水流沖擊力F水，其方向與Y 軸呈β角。

豎直工作時的受力分析如圖7 所示。

圖7 豎直工作時受力分析圖

由于X 軸方向沒有外力， 可得Fy1=Fy2=Fy3=Fy4=0。水的流速按照流體力學(xué)牛頓內(nèi)摩擦定律，可得水流流速均勻下降。 假定水底流速為0，表面流速為2 m/s，水深40 m，設(shè)備高10 m。 為保守計算，設(shè)水流流速v=0.5 m/s。

受力計算如下

其中，d3=d4=0.97 m，d1=d2=0.926 m，d5=6 m，d6=0.59 m， 此處不考慮淤泥對液壓腳的阻力，只考慮摩擦力。 巖石和金屬之間的摩擦系數(shù)μ 為0.3-0.7，取摩擦系數(shù)為0.3，可得

即在豎直工作狀態(tài)下，輔助系統(tǒng)滿足穩(wěn)定條件。

當(dāng)水流的方向改變時， 支腿在X、Y 方向的作用合力與摩擦力相等， 輔助系統(tǒng)未發(fā)生滑移，水流沖擊力與摩擦力保持一致。

設(shè)A1為框架（含液壓沖擊錘）的表面積，A2為框架（含液壓沖擊錘）后側(cè)表面積，如圖8，經(jīng)測量A1＞A2。

圖8 沖擊面示意

水流在不同方向上的沖擊力

經(jīng)過求導(dǎo)，可得（2-sin β-cos β）的最大值為1，因此F水≤ρv2A1。

由此可知，無論水流的方向如何，沖擊力最大為3840 N， 因此可認(rèn)為輔助系統(tǒng)在豎直工作時，無論水流方向如何，均保持穩(wěn)定。

3.2 輔助系統(tǒng)傾斜狀態(tài)力學(xué)分析

輔助系統(tǒng)在35°斜坡工作的受力如圖9 所示， 其與豎直工作狀態(tài)下的工作受力基本相同，只是支持力和摩擦力的方向發(fā)生改變。

圖9 傾斜35°情況下的工作受力圖

由公式可知

外力之間關(guān)系

計算可得

由此可知， 摩擦力不足以讓框架保持穩(wěn)定。計算得， 斜面與水平面的夾角為35°時不能正常工作。 根據(jù)斜坡自鎖角公式tan θ=f，因為斜面液壓腳與地面的摩擦系數(shù)為0.3，由此可計算，斜面的角度應(yīng)保持在15°比較安全。此時摩擦力，即側(cè)向力極限值為44511 N。

工作時， 輔助系統(tǒng)可通過液壓腳調(diào)整角度，受力如圖10 所示。假設(shè)設(shè)備在傾斜θ 角時，設(shè)備剛好處于穩(wěn)定狀態(tài)和失穩(wěn)狀態(tài)的臨界點，此處以左側(cè)支點為力矩的中心點，可得

圖10 斜面裝置傾斜受力圖

其中，d1=1.05 m，d2=4.5 m，d4=3.9 m，d3=d0+2 d1sin φ，d0為液壓腳自身長度。

可求得裝置在斜面各角度能夠允許自身調(diào)整的角度如表1 所示。

由表1 可見， 輔助系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的角度較小，工作時需使用吊放鋼纜輔助工作。

表1 斜面工作允許的調(diào)整角度

3.3 導(dǎo)軌受力理論計算

導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖如圖11 所示，取液壓錘質(zhì)量Q=15×103kg，導(dǎo)軌根數(shù)n=2，導(dǎo)軌最大設(shè)計間距L=715 mm， 液壓錘中心距導(dǎo)軌y 向距離Dy=710mm，x 向距離Dx=300 mm， 導(dǎo)軌上下兩滑塊距離h=3600 mm，導(dǎo)軌全長l=10 m，重力加速度g=10 m/s2，安全因數(shù)K=1.2。 水的流速按照流體力學(xué)牛頓內(nèi)摩擦定律，可得水流流速均勻下降，假定水底流速為0，表面流速為2 m/s，水深40 m，設(shè)備高10 m，為保守計算，設(shè)水流流速v=0.5 m/s。

圖11 滑塊導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖

導(dǎo)軌支架簡化后的受力分析，見圖12。

圖12 導(dǎo)軌受力簡化過程

可以得到受力關(guān)系式

補充下式所示的撓度方程，在簡化結(jié)構(gòu)中間位置導(dǎo)軌撓度變形為0。

計算得導(dǎo)軌彎矩圖如圖13 所示， 由彎矩圖13（a）可得，當(dāng)θ=-90°時，導(dǎo)軌所受彎矩最大，此時Mmax=43634.5 N·m。

圖13 導(dǎo)軌彎矩圖

查方鋼尺寸規(guī)格參數(shù)表GB/76728-2007，選用120×120×12 型號的方鋼（Wx=168257 mm3）。安全系數(shù)k=1.3，導(dǎo)軌所受彎曲應(yīng)力如下式所示

如圖（b）所示，當(dāng)θ=0°時，導(dǎo)軌所受彎矩最大，此時Mmax=10169.44 N·m。

此時，導(dǎo)軌所受彎曲應(yīng)力如下式所示

可見，Q345 型結(jié)構(gòu)鋼在豎直狀態(tài)下，滿足強度及安全使用要求。

3.4 仿真分析

采用Fluent 流-固耦合方法， 分析導(dǎo)軌支架在水流沖擊作用下所受應(yīng)力和最大變形。水流沖擊速度取v=0.5 m/s， 其中水流沖擊的角度如圖14 所示，水流與豎線所成角度為沖擊角度，其中仿真的沖擊角度為從0°-180°、 以10°為間隔的一系列數(shù)值。

圖14 水流沖擊角度示意圖

σmax為74.66 MPa。 取安全系數(shù)k 為1.3，導(dǎo)軌架最大應(yīng)力如下式所示

導(dǎo)軌架最大變形ωmax=1.63 mm。

Q345 型結(jié)構(gòu)鋼在豎直狀態(tài)下， 滿足強度及安全使用要求。

采用Fluent 流-固耦合方法， 分析導(dǎo)軌支架在水流沖擊作用下所受應(yīng)力和最大變形。水流沖擊速度取v=0.5 m/s，仿真結(jié)果如圖15 所示。

圖15 斜打狀態(tài)下計算結(jié)果

導(dǎo)軌架最大應(yīng)力如下式所示

導(dǎo)軌架最大變形=7.59 mm。

Q345 型結(jié)構(gòu)鋼在裝置豎直和傾斜的狀態(tài)下，滿足強度及安全使用要求。

4 基于沖擊錘的破巖過程與仿真

為證明輔助系統(tǒng)的可行性，建立液壓沖擊錘作業(yè)輔助系統(tǒng)模型，進(jìn)行液壓沖擊錘破巖過程仿真，模擬真實作業(yè)場景和流程。 通過探測水下地形，調(diào)整液壓支撐腳長度，液壓沖擊錘垂直入巖，利用ROV 監(jiān)控整個作業(yè)過程， 工作過程仿真如圖16 所示。

圖16 輔助系統(tǒng)破巖過程模擬

5 結(jié)論

本文設(shè)計了一套深水硬巖破碎作業(yè)輔助系統(tǒng)。 系統(tǒng)以液壓沖擊錘為破巖工具，可實現(xiàn)水下硬巖破碎作業(yè)，提出了以鋼纜吊放輔助系統(tǒng)的軟連接形式， 可滿足水深超過40 m 的水下巖石破碎需求， 通過吊放鋼纜與液壓支撐機構(gòu)的配合，可實現(xiàn)水下不同施工坡度的巖石破碎作業(yè)。輔助系統(tǒng)通過液壓支撐結(jié)構(gòu)調(diào)平或調(diào)姿，維持輔助系統(tǒng)整體穩(wěn)定，提升機構(gòu)保證沖擊錘可沿導(dǎo)軌垂直上下滑動， 滿足破巖過程中沖擊錘的打孔和拔釬。 輔助系統(tǒng)中的外框架保護(hù)液壓沖擊錘、提升機構(gòu)、支撐腳等結(jié)構(gòu)，在框架不同位置布置多種傳感器用于采集輔助系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，并支持作業(yè)決策，輔助系統(tǒng)破巖工作過程中，利用ROV 在附近水域巡航監(jiān)控整個硬巖破碎過程。