一种打桩装置的制作方法

1.本发明涉及海上风电桩的安装技术领域，尤其涉及一种打桩装置。


背景技术：

2.海上风力资源要比陆地更为充足，因此在海上建风力发电场是风电发展的趋势。我国的海上沉桩技术还有待发展，大直径桩锤受极限制造能力的限制，主要还是通过进口国外的设备来弥补缺口。目前，海上打桩的设备多采用液压锤，而大尺寸液压打桩机基本依赖进口，受制于人且价格高昂，在海上应用中，它们由配备重型起重机的大型船舶操作，工作过程伴随着数小时的噪音，声音在水中传播得很远，严重影响海洋生态环境。
3.近年虽出现了多种基于水锤效应的打桩机，但都存在着影响实用转化的严重缺陷。专利文件cn113585258a中公开了一种利用水锤效应、通过有限次燃料燃烧使桩体获得有限次贯入度的打桩装置，有限的发生器安装空间限制了实际应用范围，当布置的气体发生器燃烧完毕后需工作人员进行更换安装作业，高空作业增加了工程成本和安全风险，同时严重影响工程效率。此外，对于全尺寸大直径的打桩装置，在燃烧膨胀气体导入水锤仓过程中，受流体静水压的作用，气液边界面不稳定，并不能完全保证水锤仓中的水在燃烧期间向上移动。
4.因此，亟需一种打桩装置以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种打桩装置，用于改善现有技术的打桩装置不能自动化更换气体发生器的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种打桩装置，包括：
7.水锤仓，水锤仓具有一空腔；
8.压力产生组件，压力产生组件包括压力室、导气结构以及气体发生器，压力室内部中空，压力室设置于水锤仓的外部并与空腔的底部连通，导气结构固定于压力室的侧壁并与压力室连通，气体发生器包括用于装载产气药的多个构件；以及
9.气体发生器更换装置，包括产气药传输器和机械臂；
10.其中，构件具有一装载产气药的第一使用状态和一未装载产气药的第二使用状态；产气药传输器用于将处于第一使用状态下的构件由靠近作业船端的一侧传送至靠近机械臂的一侧，以及将处于第二使用状态下的构件由靠近机械臂的一侧传送至靠近作业船端的一侧；机械臂用于将处于第一使用状态下的构件与导气结构固定连接，以及将处于第二使用状态下的构件由导气结构转移至产气药传输器上。
11.在本发明实施例所提供的打桩装置中，产气药传输器包括传送链，传送链为连续链状结构，传送链通过作业船端上的传动电机驱动。
12.在本发明实施例所提供的打桩装置中，气体发生器更换装置还包括具有圆孔的环形轨道，环形轨道通过作业船端上的起重设备套设于压力室上，且环形轨道的中心轴线与
压力室的中心轴线重合；
13.其中，机械臂的第一端与环形轨道滑动连接。
14.在本发明实施例所提供的打桩装置中，机械臂的第二端设置有控制电机以及与控制电机固定连接的连接件；
15.其中，控制电机用于使构件与导气结构固定连接，以及使构件与导气结构解除连接；连接件用于使构件与机械臂固定连接，以及使构件与机械臂解除连接。
16.在本发明实施例所提供的打桩装置中，连接件远离电机的一端包括第一磁性件以及围绕第一磁性件设置的多个凸起，构件包括第二磁性件以及围绕第二磁性件设置的多个凹槽；
17.其中，当机械臂与构件固定连接时，第一磁性件与第二磁性件磁性连接，每一个凸起与对应的一个凹槽配合连接。
18.在本发明实施例所提供的打桩装置中，打桩装置还包括边界控制器，边界控制器内嵌于水锤仓中，边界控制器包括环形基座，环形基座与水锤仓的内壁滑动连接；
19.其中，边界控制器还包括与环形基座固定连接的多个活动叶片；活动叶片用于在压力室产生膨胀压力时处于展开状态，以及在压力室未产生膨胀压力时处于折叠的基本态。
20.在本发明实施例所提供的打桩装置中，水锤仓的外壁上设置有第一导电线圈，环形基座上设置有第二导电线圈；
21.其中，当边界控制器在水锤仓中滑动时，第二导电线圈与第一导电线圈之间形成电磁力。
22.在本发明实施例所提供的打桩装置中，水锤仓的内壁上设置有多个凸型导轨，环形基座上设置有多个限位槽；
23.其中，当边界控制器与水锤仓相对滑动时，每一个凸型导轨与对应的一个限位槽配合连接。
24.在本发明实施例所提供的打桩装置中，气体发生器还包括点火控制线路，导气结构中远离压力室的一端还设置有电路接入孔，电路接入孔用于外接点火控制线路；
25.其中，点火控制线路用于将位于导气结构上的构件由第一使用状态转换为第二使用状态。在本发明实施例所提供的打桩装置中，导气结构与压力室的连接位置设置有单向阀，单向阀用于控制导气结构与压力室之间的连通状态。
26.本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种打桩装置，包括水锤仓、压力产生组件及气体发生器更换装置，水锤仓具有一空腔，压力产生组件包括压力室、导气结构以及气体发生器，压力室内部中空，压力室设置于水锤仓的外部并与空腔的底部连通，导气结构固定于压力室的侧壁并与压力室连通，气体发生器包括用于装载产气药的多个构件，气体发生器更换装置，包括产气药传输器和机械臂，其中，构件具有一装载产气药的第一使用状态和一未装载产气药的第二使用状态，产气药传输器用于将处于第一使用状态下的构件由靠近作业船端的一侧传送至靠近机械臂的一侧，以及将处于第二使用状态下的构件由靠近机械臂的一侧传送至靠近作业船端的一侧，机械臂用于将处于第一使用状态下的构件与导气结构固定连接，以及将处于第二使用状态下的构件由导气结构转移至产气药传输器上；本发明提供的打桩装置通过将压力室设置在水锤仓的外围并且与水锤仓
的空腔底部连通，导气结构沿压力室的外壁分布，机械臂将处于第一使用状态的构件固定在导气结构上，气体发生器产生的高压气体通过导气结构传至水锤仓作用于其中的液体，使其上升至一定的高度，然后排出高压气体，上升的液体下降形成水锤效应用于打桩，同时，机械臂将处于第二使用状态的构件从导气结构转移至产气药传输器上，并将处于第一使用状态的构件从产气药传输器转移至导气结构上，以实现气体发生器自动化安装或者拆卸，进而提高了打桩装置的工程效率。
附图说明
27.图1是本发明实施例提供的打桩装置的总体结构示意图；
28.图2是本发明实施例提供的打桩装置中水锤仓与压力产生组件的连接示意图；
29.图3是本发明实施例提供的打桩装置中压力产生组件的剖视图；
30.图4是本发明实施例提供的打桩装置中机械臂与环形轨道的连接示意图；
31.图5是本发明实施例提供的打桩装置中产气药传输器的结构示意图；
32.图6是本发明实施例提供的打桩装置中机械臂与构件的连接示意图；
33.图7是本发明实施例提供的打桩装置中体发生器更换装置的结构示意图；
34.图8是本发明实施例提供的打桩装置中边界控制器与水锤仓的结构示意图；
35.图9是本发明另一种实施例提供的打桩装置中水锤仓的剖视图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
37.请参阅图1至图9，本发明提供了一种打桩装置100，包括水锤仓1、压力产生组件20及气体发生器更换装置30，水锤仓1具有一空腔，压力产生组件20包括压力室33、导气结构3以及气体发生器23，压力室33内部中空，压力室33设置于水锤仓1的外部并与空腔的底部连通，导气结构3固定于压力室33的侧壁并与压力室33连通，气体发生器23包括用于装载产气药的多个构件6，气体发生器更换装置30包括产气药传输器50和机械臂4；
38.其中，构件6具有一装载产气药的第一使用状态和一未装载产气药的第二使用状态，产气药传输器50用于将处于第一使用状态下的构件6由靠近作业船端52的一侧传送至靠近打桩装置端51的一侧，以及将处于第二使用状态下的构件6由靠近打桩装置端51的一侧传送至靠近作业船端52的一侧，机械臂4用于将处于第一使用状态下的构件6与导气结构3固定连接，以及将处于第二使用状态下的构件6由导气结构3转移至产气药传输器50上。
39.本发明提供的打桩装置100通过将压力室33设置在水锤仓1的外围并且与水锤仓1的空腔底部连通，导气结构3沿压力室33的外壁分布，机械臂4将处于第一使用状态的构件6固定在导气结构3上，气体发生器23产生的高压气体通过导气结构3传至水锤仓1作用于其中的液体，使其上升至一定的高度，然后排出高压气体，上升的液体下降形成水锤效应用于打桩，同时，机械臂4将处于第二使用状态的构件6从导气结构3转移至产气药传输器50上，并将处于第一使用状态的构件6从产气药传输器50转移至导气结构3上，以实现气体发生器
23自动化安装或者拆卸，进而提高了打桩装置100的工程效率。
40.现结合具体实施例对本技术的技术方案进行描述。
41.请参阅图1至图8，图1是本发明实施例提供的打桩装置100的总体结构示意图，图2是本发明实施例提供的打桩装置100中水锤仓1与压力产生组件20的连接示意图，图3是本发明实施例提供的打桩装置100中压力产生组件20的剖视图，图4是本发明实施例提供的打桩装置100中机械臂4与环形轨道41的连接示意图，图5是本发明实施例提供的打桩装置100中产气药传输器50的结构示意图，图6是本发明实施例提供的打桩装置100中机械臂4与构件6的连接示意图，图7是本发明实施例提供的打桩装置100中体发生器更换装置的结构示意图，图8是本发明实施例提供的打桩装置100中边界控制器2与水锤仓1的结构示意图。
42.请参阅图1以及图2，本发明实施例提供的打桩装置100包括水锤仓1，水锤仓1具有一空腔，空腔用于容纳液体，水锤仓1的底部通过连接支撑件与桩体的顶部可拆卸连接；
43.其中，桩体垂直于海平面插入海床中；基于水锤效应的打桩装置100燃料爆炸产生的爆破力以及高压气体驱动液体上升后再下降产生的水锤效应作用于桩体，进行打桩作业。
44.在本发明实施例中，基于水锤效应的打桩装置100与桩体通过螺栓紧固连接，在其他实施例中，也可采用卡接等方式，可以理解的是，只要能够保证基于水锤效应的打桩装置100和桩体之间紧固连接且可拆卸即可。
45.桩体可为挤土桩，也可为非挤土桩，在本实施例中，桩体为非挤土桩；桩体可为任意形状和规格，如圆柱状、四方体、六方体等，在本实施例中，桩体为圆柱状，桩体的直径根据打桩需求设定。
46.需要说明的是，水锤仓1中通过水泵等方式注入有液体，在本实施例中，液体为水；其中，水大约占水锤仓1体积的三分之一，确保水锤仓1上部具有水柱上升的空间。
47.请参阅图1至图3、图6以及图7，其中，打桩装置100还包括压力产生组件20，压力产生组件20包括压力室33、导气结构3、气体发生器23，压力室33包括形成压力积聚空间的上部和通过通路与水锤仓1连通的下部，压力室33的侧壁上具有排气孔，泄压阀通过排气孔与压力室33连通。
48.在本发明实施例中，导气结构3安装在压力室33的侧壁上并与压力室33的侧壁通孔连通；其中，导气结构3与压力室33的侧壁通过螺栓法兰实现传力密闭连接，导气结构3用于与压力室33上部协同，在燃烧膨胀期间建立压力，从而使水锤仓1中的液体向上移动，以在桩体产生向下的作用力。
49.在本发明实施例中，打桩装置100安装的导气结构3包括但不限于八个，具体可根据压力室33的侧壁空间和施工工艺的需求确定。
50.具体地，请参阅图2以及图6，导气结构3与压力室33的连接位置设置有单向阀32，单向阀32用于控制导气结构3与压力室33之间的连通状态；其中，导气结构3与压力室33的连接处附近内部具有一较大镂空腔体，单向阀32可通过螺纹或螺栓等可拆卸的紧固密闭连接方式安装于其中，在其他优选方案中单向阀32亦可由两段结构限位于其中并通过法兰垫片实现密封。
51.请参阅图1、图2、图6以及图7，气体发生器23包括用于装载产气药的多个构件6，构件6为金属材料制备而成，构件6具有一装载产气药的第一使用状态和一未装载产气药的第
二使用状态。
52.具体地，导气结构3中远离压力室33的端口31设有内螺纹，产气药装填于构件6中并通过构件6上的外螺纹61安装在导气结构3的端口31中；在其他实施例中也可采取其他可拆卸的紧固连接方式，需要特别说明的是金属构件6为承压件，直接承受产气药燃烧生成的高压气体。
53.在本发明实施例中，气体发生器23还包括点火控制线路，点火控制线路与导气结构3中远离压力室33的端口31固定连接；
54.其中，点火控制线路用于将位于导气结构3上的构件6由第一使用状态转换为第二使用状态。
55.在本发明实施例中，为了简化产气药的更换工艺，点火控制线路与产气药相互独立安装于导气结构3上；导气结构3中远离压力室33的端口31的外壁还设置有电路接入孔312，电路接入孔312用于外接点火控制线路；
56.其中，远程控制端通过点火控制线路接入电路接入孔312，并通过导气结构3接触激发构件6中的气体产气药。
57.请参阅图6以及图7，导气结构3的内壁还设置有铜导体环311，在装载产气药的构件6的外螺纹61处融合设计铜接触点，如此点火控制线路与产气药可通过导体接触建立电信号联系，这样在本发明实施例中只需对装载产气药的构件6进行拆装作业便可完成气体发生器23的更换。
58.需要说明的是，根据实际工程作业需求，各个导气结构3间的设备可独立或协同工作，此处以单个导气结构3为例。在构件6内的产气药在接收到点火控制线路的信号点火燃烧后，膨胀气体可推动单向阀32打开并经由导气结构3进入压力室33完成压力积聚，进一步开始进行打桩作业。
59.在本发明实施例中，气体发生器23不工作或是燃烧膨胀结束后，单向阀32会在压力室33内的压力作用下处于闭合状态，此时单向阀32可以保证压力室33与水锤仓1的密闭，也就是说在气体发生器23工作结束后即可拆装处于第二使用状态的构件6，在其他优选实施例中，可待单个打桩周期结束，设备姿态稳定后，进行气体发生器23更换作业。
60.请参阅图1、图3、图4、图6以及图7，其中气体发生器更换装置30包括产气药传输器50和机械臂4；产气药传输器50用于将处于第一使用状态下的构件6由靠近作业船端52的一侧传送至靠近机械臂4的一侧，以及将处于第二使用状态下的构件6由靠近机械臂4的一侧传送至靠近作业船端52的一侧；机械臂4用于将处于第一使用状态下的构件6与导气结构3固定连接，以及将处于第二使用状态下的构件6由导气结构3转移至产气药传输器50上。
61.在本发明实施例所提供的打桩装置100中，气体发生器更换装置30还包括具有圆孔的环形轨道41，环形轨道41通过作业船端52上的起重设备套设于压力室33上，且环形轨道41的中心轴线与压力室33的中心轴线重合；
62.其中，机械臂4的第一端与环形轨道41滑动连接。
63.具体地，环形轨道41与产气药传输器50均借助作业船端52上的起重设备架设于打桩装置100附近，打桩装置100亦需要上述起重设备稳定姿态和转移，环形轨道41以及其上的机械臂4另借助辅助构件稳定姿态并与打桩装置100保持相对确定的位置。
64.在本发明实施例所提供的打桩装置100中，机械臂4的第二端(作业端)设置有控制
电机42以及与控制电机42固定连接的连接件43；
65.其中，控制电机42用于建立和解除构件6与导气结构3的螺纹连接，连接件43用于实现机械臂4与构件6的灵活连接与脱离。
66.为了传递控制电机42的转动力矩，在本发明实施例中，连接件43远离控制电机42的一端包括第一磁性件62以及围绕第一磁性件62设置的多个凸起，构件6包括第二磁性件以及围绕第二磁性件设置的多个凹槽；
67.其中，当机械臂4与构件6固定连接时，第一磁性件62与第二磁性件磁性连接，每一个凸起与对应的一个凹槽配合连接。
68.上述凹凸结构可传递控制电机42的转动力矩，电磁铁通过电信号可实现灵活连接，在其他优选实施例中亦可采用卡接等方式实现灵活的传力连接。
69.需要特别说明的是，机械臂4的设置数量由导气结构3的数量决定，需要注意的是，由于打桩作业时间与气体发生器23更换作业时间的差异，本发明实施例中的机械臂4可以在环形轨道41上运动，如此可以实现一台机械臂4伺服多个导气结构3，也就是说设备数量和伺服规则均可根据现场实际情况灵活确定，其具有的另一益处是可显著增强构件6在产气药传输器50和导气结构3间转运的灵活性，换句话说该设计可显著增强设备的适用性；该设计亦可降低机械臂4自由度的要求，采用更低自由度的机械臂4可增强设备可靠性，同时可显著降低制造使用成本。
70.请参阅图1、图5、图7以及图8，产气药传输器50包括传送链5，作业船端52包括传送电机；其中，传送链5为连续链状结构，传送电机用于驱动传送链5运动。
71.具体地，传送链5为设置在作业船和打桩装置100间的连续链状结构，用于传输处于第一使用状态的构件6和回收处于第二使用状态的构件6，工人的作业任务均在船上就可以完成。
72.具体地，在本发明实施例中，传送链5在由作业船端52到打桩装置100端的阶段运输装载了处于第一使用状态的构件6，传送链5在由打桩装置100端到作业船端52的阶段装载处于第二使用状态的构件6，能够同时完成产气药的供应和回收装载处于第二使用状态的构件6的任务。
73.具体地，传送链5将处于第一使用状态的构件6至打桩装置100附近后，机械臂4将处于第一使用状态的构件6取下并转移安装在导气结构3上，在气体发生器23结束燃烧并完成本轮贯入冲击打桩后，机械臂4将处于第二使用状态的构件6从导气结构3上卸下并转移至传送链5上原先的空位上。
74.进一步地，传送链5向前传动，机械臂4将下一个位置的产气药取下并开始新一轮的装卸打桩作业，以此方案，传送链5不断传动，机械臂4重复以上拆卸作业，打桩装置100不断重复着每一个打桩周期，逐步将桩打入地面。
75.在本发明实施例中，工人只需在作业船上完成控制设备的操控和设备状态的监测、拆卸用于装载产气药的构件6、装填新的已填入发生药的构件6。需要说明的是，传送链5的个数包括但不限于一条，为缩短作业时间，亦可使用多条传送链5。
76.需要注意的是，设备的作业时间由单个燃烧打桩周期的时间决定，因此，机械臂4运行组织和装备个数，传送链5的个数均受单个打桩周期的时间影响，因此，在实际作业过程中，提高作业效率需要进行科学的作业组织和方案设计。
77.请参阅图3以及图8，打桩装置100还包括边界控制器2，边界控制器2内嵌于水锤仓1中，边界控制器2包括环形基座21，环形基座21与水锤仓1的内壁滑动连接；
78.其中，边界控制器2还包括与环形基座21固定连接的多个活动叶片22；活动叶片22用于在压力室33产生膨胀压力时处于展开状态，以及在压力室33未产生膨胀压力时处于折叠的基本态。
79.在本发明实施例所提供的打桩装置100中，水锤仓1的外壁上设置有第一导电线圈，环形基座21上设置有第二导电线圈；
80.其中，当边界控制器2在水锤仓1中滑动时，第二导电线圈与第一导电线圈之间形成电磁力。
81.在本发明实施例所提供的打桩装置100中，水锤仓1的内壁上设置有多个凸型导轨11，环形基座21上设置有多个限位槽；
82.其中，当边界控制器2与水锤仓1相对滑动时，每一个凸型导轨11与对应的一个限位槽配合连接。
83.具体地，为了提高设备的作业功率，必须提升水锤仓1的直径以容纳更多的水，为此必须要解决静水压作用下的气泡压溃导致的水体上升效果不理想的问题。其中，边界控制器2由环形基座21和柔性的活动叶片22构成。活动叶片22与环形基座21均与水锤仓1内壁形状匹配，也就是说上述边界控制器2的结构形状能使其在展开状态顺利向上运动并在基本态承受水较小的冲击载荷。
84.在本发明实施例中，边界控制器2的状态转变均需在气液压力和重力作用下被动完成，气体燃烧膨胀后进入压力室33并建立压力，之后通过压力室33下部的通路推动水锤仓1中的水向上流动，气体和水的向上运动会推动边界控制器2展开并随之向上移动；在其他阶段，由于缺少向上的力的作用，边界控制器2中的活动叶片22处于折叠的基本态，也就是说当不处于向上运动的阶段时，其承受的冲击载荷较小。
85.在其他实施例中，若大尺寸的边界控制器2在下落过程中与水锤仓1的侧壁存在严重的冲击载荷，可基于电磁感应定律加装导电线圈以吸收控制器的势能，换句话说，通过在水锤仓1外围设置第一导电线圈和在边界控制器2上设置第二导电线圈可有效减小其下落过程中的冲击载荷。
86.需要特别说明的是，气体发生器23燃烧膨胀气体进入水锤仓1后，边界控制器2的受力是复杂的，边界控制器2在向上运动的过程中可能会出现多余的运动，这可导致设备间的摩擦增大，亦有可能造设备间的冲击，因此，通过在水锤仓1的内壁设置多个凸型导轨11，以及在边界控制器2的环形基座21上设置与凸型导轨11匹配的多个限位槽，以上问题不会发生或至少可以得到显著改善。
87.请参阅图9，是本发明另一种实施例提供的打桩装置100中水锤仓1的剖视图；图9提供的打桩装置100与图1至图8提供的内部结构大致相同，不同之处仅在于：
88.打桩装置100的水锤仓1包括第一子仓12以及内嵌于第一子仓12中的第二子仓13，第二子仓13的内径小于第一子仓12的内径，第二子仓13的底部与第一子仓12的底部连通；这样设计可以提升打桩装置100中水锤仓1的有效直径，进而提高设备的作业功率。
89.为了便于对本发明实施例有更好的理解，以下对本技术实施例的使用过程加以详细叙述：
90.s10，首先开始打桩时，借助作业船的起重装置起竖待作业的桩并起吊打桩装置100，然后将打桩装置100转移到桩体的端部并与桩体的顶部固定连接；
91.s20，通过作业船端52的传动电机驱动传送链5，使传送链5上的装载有产气药的构件6由作业船端52传送至靠近机械臂4的位置；
92.s30，远程控制端通过第一控制系统控制机械臂4抓取装载有产气药的构件6，并将装载有产气药的构件6转移安装在导气结构3上，使装载有产气药的构件6与导气结构3固定连接，同时船上水泵向水锤仓中充入简单过滤后的海水；
93.s40，远程控制端通过第一控制系统断开机械臂4与装载有产气药的构件6之间的连接，同时远程控制端通过第二控制系统控制气体发生器23内的点火控制线路，通过点火控制线路接入电路接入孔312，并通过导气结构3接触激发构件6中的气体产气药，点燃构件6内部的产气药使其爆炸产生大量气体；s50，高压气体通过处于开启状态的单向阀32进入压力室33，并进入水锤仓1中驱动其中的水柱向上运动；此时，水柱运动的过程中推动边界控制器2从折叠状态转换至展开状态；
94.s60，当水柱上升到一定高度后，开启压力室33侧壁上的泄压阀，压力室33内的气体被排出，水柱下降作用于桩体上，形成水锤进行打桩；此时，水柱下降的过程中推动边界控制器2从展开状态转换至折叠状态；
95.s70，完成一次打桩后，可重复上述步骤进行下一次打桩，直至构件6内的产气药全部燃烧；
96.s80，远程控制端通过第一控制系统控制机械臂4抓取导气结构3上产气药燃烧完的构件6，并将产气药燃烧完的构件6由导气结构3转移至传送链5上，使传送链5回收产气药燃烧完的构件6至作业船端52；
97.s90，重复s20步骤至s80步骤，直至桩体底部插入海床底部的预设位置。
98.相对于现有技术，本发明实施例至少具有如下效果：
99.第一、导气结构3设置在打桩装置100的外围，并且将气体发生器23的点火控制电路与导气结构3融合设计，仅将装载产气药的构件6作为可更换部件，如此便于安装拆卸产气药；导气结构3中安装单向阀32，在卸下发生器后依旧可保证压力室33的密封性，如此可以在设备工作过程中进行气体发生器23的安装拆卸工作，由此实现设备的全自动化连续工作。
100.第二、本发明提出的配合打桩装置100的气体发生器更换装置30，其跳出了压力室33侧壁有限空间的局限，实现气体发生器23的自动化更换作业，扩大了装备的的应用范围，打开了水锤效应打桩装置100的应用前景。为了减少作业时间以提高作业效率和减少对海洋环境的影响，本方案提出在气体发生器23和压力室33间设置导气结构3，该结构提供了单向阀32和发生器控制线路的安装位置，根据该设计本发明提出一种可全时段进行发生器更换的实施作业方法，同时根据该设计本发明提出将气体发生器23的控制线路和产气药独立设计，分开安装，实现了发生器更换作业的简化。
101.第三、本发明提出的边界控制器2可以有效地扩大水锤仓1直径的设计空间，通过提升水锤仓1直径可有效提升打桩装置100的峰值功率，满足未来大功率打桩装置100的需求，根据本发明提出的边界控制器2为被动工作部件，其仅在燃烧膨胀向上运动过程中是展开的，故其不承受水锤冲击载荷，同时其在高比热容的水中工作，在燃烧膨胀过程中所受热
载荷和冲击载荷较小，故可有效降低使用维护成本，事半功倍。
102.综上，区别于现有技术的情况，本发明提供了一种打桩装置100，包括水锤仓1、压力产生组件20及气体发生器更换装置30，水锤仓1具有一空腔，压力产生组件20包括压力室33、导气结构3以及气体发生器23，压力室33内部中空，压力室33设置于水锤仓1的外部并与空腔的底部连通，导气结构3固定于压力室33的侧壁并与压力室33连通，气体发生器23包括用于装载产气药的多个构件6，气体发生器更换装置30，包括产气药传输器50和机械臂4，其中，构件6具有一装载产气药的第一使用状态和一未装载产气药的第二使用状态，产气药传输器50用于将处于第一使用状态下的构件6由靠近作业船端52的一侧传送至靠近机械臂4的确定位置，以及将处于第二使用状态下的构件6由靠近机械臂4的一侧传送至靠近作业船端52的一侧，机械臂4用于将处于第一使用状态下的构件6与导气结构3固定连接，以及将处于第二使用状态下的构件6由导气结构3转移至产气药传输器50上；本发明提供的打桩装置100通过将压力室33设置在水锤仓1的外围并且与水锤仓1的空腔底部连通，导气结构3沿压力室33的外壁分布，机械臂4将处于第一使用状态的构件6固定在导气结构3上，气体发生器23产生的高压气体通过导气结构3传至水锤仓1作用于其中的液体，使其上升至一定的高度，然后排出高压气体，上升的液体下降形成水锤效应用于打桩，同时，机械臂4将处于第二使用状态的构件6从导气结构3转移至产气药传输器50上，并将处于第一使用状态的构件6从产气药传输器50转移至导气结构3上，以实现气体发生器23自动化安装或者拆卸，进而提高了打桩装置100的工程效率。
103.需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种打桩装置，其特征在于，包括：水锤仓，所述水锤仓具有一空腔；压力产生组件，所述压力产生组件包括压力室、导气结构以及气体发生器，所述压力室内部中空，所述压力室设置于所述水锤仓的外部并与所述空腔的底部连通，所述导气结构固定于所述压力室的侧壁并与所述压力室连通，所述气体发生器包括用于装载产气药的多个构件；以及气体发生器更换装置，包括产气药传输器和机械臂；其中，所述构件具有一装载所述产气药的第一使用状态和一未装载所述产气药的第二使用状态；所述产气药传输器用于将处于所述第一使用状态下的所述构件由靠近作业船端的一侧传送至靠近所述机械臂的一侧，以及将处于所述第二使用状态下的所述构件由靠近所述机械臂的一侧传送至靠近所述作业船端的一侧；所述机械臂用于将处于所述第一使用状态下的所述构件与所述导气结构固定连接，以及将处于所述第二使用状态下的所述构件由所述导气结构转移至所述产气药传输器上。2.根据权利要求1所述的打桩装置，其特征在于，所述产气药传输器包括传送链，所述传送链为连续链状结构，所述传送链通过所述作业船端上的传动电机驱动。3.根据权利要求1所述的打桩装置，其特征在于，所述气体发生器更换装置还包括具有圆孔的环形轨道，所述环形轨道通过所述作业船端上的起重设备套设于所述压力室上，且所述环形轨道的中心轴线与所述压力室的中心轴线重合；其中，所述机械臂的第一端与所述环形轨道滑动连接。4.根据权利要求3所述的打桩装置，其特征在于，所述机械臂的第二端设置有控制电机以及与所述控制电机固定连接的连接件；其中，所述控制电机用于使所述构件与所述导气结构固定连接，以及使所述构件与所述导气结构解除连接；所述连接件用于使所述构件与所述机械臂固定连接，以及使所述构件与所述机械臂解除连接。5.根据权利要求4所述的打桩装置，其特征在于，所述连接件远离所述电机的一端包括第一磁性件以及围绕所述第一磁性件设置的多个凸起，所述构件包括第二磁性件以及围绕所述第二磁性件设置的多个凹槽；其中，当所述机械臂与所述构件固定连接时，所述第一磁性件与所述第二磁性件磁性连接，每一个所述凸起与对应的一个所述凹槽配合连接。6.根据权利要求1所述的打桩装置，其特征在于，所述打桩装置还包括边界控制器，所述边界控制器内嵌于所述水锤仓中，所述边界控制器包括环形基座，所述环形基座与所述水锤仓的内壁滑动连接；其中，所述边界控制器还包括与所述环形基座固定连接的多个活动叶片；所述活动叶片用于在所述压力室产生膨胀压力时处于展开状态，以及在所述压力室未产生膨胀压力时处于折叠的基本态。7.根据权利要求6所述的打桩装置，其特征在于，所述水锤仓的外壁上设置有第一导电线圈，所述环形基座上设置有第二导电线圈；其中，当所述边界控制器在所述水锤仓中滑动时，所述第二导电线圈与所述第一导电线圈之间形成电磁力。8.根据权利要求6所述的打桩装置，其特征在于，所述水锤仓的内壁上设置有多个凸型
导轨，所述环形基座上设置有多个限位槽；其中，当所述边界控制器与所述水锤仓相对滑动时，每一个所述凸型导轨与对应的一个所述限位槽配合连接。9.根据权利要求1所述的打桩装置，其特征在于，所述气体发生器还包括点火控制线路，所述导气结构中远离所述压力室的一端还设置有电路接入孔，所述电路接入孔用于外接所述点火控制线路；其中，所述点火控制线路用于将位于所述导气结构上的所述构件由所述第一使用状态转换为所述第二使用状态。10.根据权利要求9所述的打桩装置，其特征在于，所述导气结构与所述压力室的连接位置设置有单向阀，所述单向阀用于控制所述导气结构与所述压力室之间的连通状态。

技术总结
本发明提供了一种打桩装置，包括水锤仓、压力产生组件及气体发生器更换装置，压力产生组件包括压力室、导气结构以及气体发生器，导气结构固定于压力室的侧壁并与压力室连通，气体发生器包括用于装载产气药的多个构件，气体发生器更换装置包括产气药传输器和机械臂，其中，产气药传输器用于将装载有产气药的构件由靠近作业船端的一侧传送至靠近机械臂的一侧，以及将处于第二使用状态下的构件由靠近机械臂的一侧传送至靠近作业船端的一侧，机械臂用于将处于第一使用状态下的构件与导气结构固定连接，以及将处于第二使用状态下的构件由导气结构转移至产气药传输器上；本发明提供的打桩装置能够实现气体发生器的自动化安装或者拆卸。拆卸。拆卸。


技术研发人员：危卫 陈帅旗 陈樊 熊庭
受保护的技术使用者：湖北航天化学技术研究所
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/13