[发明专利]用于从水底移除材料的刀头

说明书

技术领域

本发明涉及用于从水底(water bed，河底)移除材料的刀头(cutter head)，该刀头布置成绕旋转轴线旋转，该刀头包括基座圈(base ring)和毂(hub)，基座圈和毂设置成相对于旋转轴线是旋转对称的，刀头包括在基座圈与毂之间延伸的多个臂，臂包括多个挖掘工具。本发明进一步涉及包括这种刀头的船。

背景技术

绞吸式挖泥船(dredger)(CSD)是已知的。这种挖泥船使用吸管，该吸管在吸入口处具有刀头。刀头可利用毂连接至挖泥船，毂安装在具有使刀头旋转的驱动器的轴线上。旋转轴线被称为刀头的轴向方向。刀切下的材料被吸入吸管并从刀头输送走，例如通过浮动管线输送至倾倒位置(dumping location)。

刀头切下水底材料并使其松动，以便使该材料被吸入吸管。刀头和吸入口可相对于水底移动。

为了将水底材料吸入吸管，可设置耐磨的泵，例如离心泵。

绞吸式挖泥船常用于切下硬表面材料(例如，岩石)，然而绞吸式挖泥船也可用于挖掘砂砾(gravel)或沙子。

刀头可设置有多个挖掘工具(例如，形成为凿形的齿)来挖凿水底材料。挖掘工具也可由包括多个齿的切削刃形成。然而，挖掘工具易于磨损，尤其是当其切下硬表面材料时。

因此，包括可更换齿或可更换切削刃的刀头是已知的。更换齿是一项费时因而费钱的操作，且导致了绞吸式挖泥船停工。

已知的刀头设计包括设置在吸入开口周围的基座圈，多个臂连接至该基座圈。臂在轴向上远离吸入开口地延伸，并径向地朝向彼此会聚，从而在吸入开口的前面形成刀头。臂在切向和径向上可以是弯曲的，以便臂朝向彼此成螺旋形。臂也可仅在径向上是弯曲的，同时轴向对齐或相对于轴向成小的角度。例如，这种设计被称为Lancelot(由IHC Parts&Services公司制造)。

会聚的臂可在吸入开口的前方一定距离处的中部彼此靠近，臂在此处连接至驱动刀头的毂。

挖掘工具，例如，齿或切下刃，被附接至臂。挖掘工具使水底材料松动并切下水底材料，水底材料通过在臂之间的空间被吸入吸入开口。齿还起到铲子(scoop)的作用，其从水底铲起切下的和/或松动的材料，将该材料铲向吸入开口。

已知的刀头具有许多缺点。

例如，形成为凿形的齿易于磨损且需要经常更换，这增加了刀头的停机时间。在一些情况下，齿持续的时间不超过一小时。

US-A-3885330和EP-A1-0376433示出的用于挖孔的设备和切削工具不适合与绞吸式挖泥船结合使用。这些文献示出了具有臂的工具，该臂包括设置在与工具的旋转轴线垂直的平面内的多个挖掘工具。因此，当设置成与水底成除了垂直外的一定角度时，这种工具不适合发挥功能。此外，这种切削工具不适合在与其旋转轴线垂直的方向上移动，这在绞吸式挖泥船中是很常见的，其中绞吸式挖泥船设置有定位桩系统(spud system)，其允许绞吸式挖泥船相对于定位桩做旋转运动，从而沿水底移动刀头。

WO2011003896公开了这样一种用于疏浚水下的地面的刀头。该刀头适合于绕中心轴线可旋转地附接至绞吸式挖泥船的梯形件，并适合于随该挖泥船在横移运动中移动穿过地面。刀头包括基座圈、在中心轴线方向上位于距基座圈一距离处的毂，以及从基座圈延伸至毂的多个支撑臂，其中支撑臂之间设置有通道开口，且其中切削工具是轴对称的，至少在切削工具的自由外端是轴对称的。切削工具至少在其自由外端是轴对称的，且优选沿其整个长度是轴对称的，从而允许绕其纵向轴线自由旋转。切削工具可以是旋转对称的，且优选为锥形的。这种切削工具所占空间较少，这使得有可能为刀头提供大量的切削工具。切削工具可布置在槽内，以便切削工具可绕其旋转对称轴线自由地旋转或至少容易地旋转。允许切削工具在操作期间自由地或容易地旋转降低了破损的风险，并且还通过与土壤摩擦使切削工具的土壤接触末端自主地锐化。

在优选的实施方式中，根据本发明的刀头包括至少50个切削工具，更优选包括至少100个切削工具，再更优选包括至少140个切削工具，最优选包括至少180个切削工具。此处，切削工具可规则地也可不规则地分布在刀头的回转表面上。每个支撑臂的切削工具的数量优选地包括至少10个切削工具，更优选包括至少15个切削工具，再更优选包括至少20个切削工具，最优选包括至少25个切削工具。