本發明屬于水下工程技術領域，具體涉及一種液壓驅動的水下構筑物清洗系統及方法。

背景技術：

隨著水庫大壩的不斷建設和投入運行,定期的安全檢測將逐步成為新常態。由于堤壩和水庫的水下表面受到長期浸泡，表面附著了許多難以清除的貝類、水生植物和水垢等強附著物，影響了水下構筑物探傷過程中的表面裂縫檢測。因此，作為堤壩和水庫修繕過程中的一道工序，水下構筑物表面清洗的效率直接影響了大壩和水庫表面裂縫修護的效率。

現有的水下清洗技術，大多停留在清潔刷具和動力工具用電機驅動的層面，這種驅動方式的不足在于：一是電機質量大，對清洗裝置的姿態穩定產生影響；二是傳統電機在水下工作對于裝置密封性能要求高，成本高，一旦密封措施不到位，會損壞裝置，影響修護進度。因而，本發明旨在解決傳統水下清洗裝置中的電機質量大引起的姿態不易控制的問題及電機水下工作由于裝置密封性能而引起的不良問題。

技術實現要素：

針對上述現有技術中的不足，本發明提供了一種能夠提高效率，降低危險性，并可以對難除去的污穢物進行有效清洗的液壓驅動的水下構筑物清洗系統及方法。

為實現上述目的之一提供一種液壓驅動的水下構筑物清洗系統，本發明采用了以下技術方案：

一種液壓驅動的水下構筑物清洗系統，其特征在于：包括地面控制裝置及水下清洗裝置，所述地面控制裝置包括位于地面上的液壓泵站、上位機單元，所述水下清洗裝置包括位于水下互相配合以進行水下構筑物清洗的液壓清洗刷單元、液壓固定單元、液壓移動單元、圖像采集單元；其中，所述液壓泵站的輸入端與上位機單元的輸出端電連接，液壓泵站的輸出端與液壓清洗刷單元、液壓固定單元、液壓移動單元分別電連接，所述圖像采集單元的輸出端與上位機單元的輸入端電連接。該技術方案實現了水下構筑物清洗工作的自動化，保障了水下構筑物表面清洗的效率。

優選的，所述液壓清洗刷單元包括朝向待清洗構筑物的多組配合的高速液壓馬達和清洗刷具；所述高速液壓馬達的輸入端與液壓泵站的輸出端電連接，高速液壓馬達的輸出端與清洗刷具固連。

優選的，所述液壓固定單元包括多個背向待清洗構筑物的水下螺旋槳作為動力源，通過水下螺旋槳的反推作用力將液壓清洗刷單元固定在構筑物表面；所述水下螺旋槳包括構成傳動配合的液壓固定馬達和螺旋槳葉，所述液壓固定馬達的輸入端與液壓泵站的輸出端電連接，液壓固定馬達的輸出端與螺旋槳葉固連。

優選的，所述液壓移動單元包括在水下螺旋槳作用下互相配合以在構筑物表面移動的液壓驅動輪和萬向輪，從而使水下清洗裝置在構筑物表面移動以進行定點作業；所述液壓驅動輪包括液壓移動馬達和塑膠輪胎，所述液壓移動馬達的輸入端與液壓泵站的輸出端電連接，液壓移動馬達的輸出端與塑膠輪胎固連。

進一步的，所述液壓移動單元包括朝向待清洗構筑物的兩個液壓驅動輪和一個萬向輪，兩個液壓驅動輪以差速驅動的方式在構筑物表面移動。

進一步的，所述水下螺旋槳設為呈三角狀分布的三個，其中兩個靠近液壓驅動輪，因為兩個液壓驅動輪作為系統的動力輪是主要動力來源，這兩個水下螺旋槳靠近兩個動力輪，能使兩個動力輪受力均勻，從而使本系統更加有效的行進和轉彎；另一個靠近萬向輪，能夠配合兩個動力輪作用在水下構筑物表面進行移動。該技術方案能夠很好的將本系統固定在水下構筑物表面，保障本發明的穩定性及可靠性。

優選的，所述圖像采集單元包括朝向待清洗構筑物的高分辨率水下攝像機和水下照明設備，所述水下攝像機通過高速傳輸線纜與上位機單元電連接，用于實時采集清洗刷單元的水下作業情況。

優選的，該系統中水下清洗裝置還包括于采集水下清洗裝置在水下作業時姿態信息的姿態采集單元，所述姿態采集單元的輸出端通過高速傳輸線纜與上位機單元的輸入端電連接。

進一步的，所述姿態采集單元包括加速度計、陀螺儀、水壓計。

本發明的目的之二是提供一種液壓驅動的水下構筑物清洗方法，包括如下步驟：

s1、上位機單元實時收集圖像采集單元和姿態采集單元獲取的圖像與姿態信息后，使得地面上的工作人員可實時監控水下清洗裝置的工作情況，同時向液壓泵站下達控制命令；

s2、上位機單元通過液壓泵站控制液壓固定單元和液壓移動單元協同工作的方式，使液壓清洗刷單元固定在水下構筑物的表面特定位置進行作業；并且，上位機單元在得到水下姿態單元的水下姿態信息后，可通過控制液壓固定單元各方向水下螺旋槳調整清洗刷單元水下姿態，確保清洗刷單元在正確的姿態下作業。

本發明的有益效果在于：本發明的水下構筑物清洗系統，液壓泵站驅動各路液壓馬達，水下清洗裝置通過所述液壓固定單元和所述液壓移動單元協同工作的方式，在水下構筑物表面使用所述液壓清洗刷單元進行定點作業；針對水下作業，液壓馬達相比傳統電機質量輕，使用壽命長，有效解決了傳統水下清洗裝置密封性能方面的問題，安全性能提高。

附圖說明

圖1為本發明結構的原理框圖。

圖2、3為本發明不同視角的整體結構示意圖。

圖中標注符號的含義如下：

1-高速液壓馬達2-清洗刷具3-萬向輪4-液壓移動馬達

5-塑膠輪胎6-高分辨率水下攝像機7-水下照明設備

8-姿態采集單元9-液壓固定馬達10-螺旋槳葉

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

本發明中水下構筑物為但不限于堤壩和水庫。

一種液壓驅動的水下構筑物清洗系統

如圖1所示，包括地面控制裝置及水下清洗裝置，所述地面控制裝置包括位于地面上的液壓泵站、上位機單元，所述水下清洗裝置包括位于水下互相配合以進行水下構筑物清洗的液壓清洗刷單元、液壓固定單元、液壓移動單元、圖像采集單元；其中，所述液壓泵站的輸入端與上位機單元的輸出端電連接，液壓泵站的輸出端與液壓清洗刷單元、液壓固定單元、液壓移動單元分別電連接，所述圖像采集單元的輸出端與上位機單元的輸入端電連接。

其中，液壓泵站通過液壓膠管，與水下清洗裝置內的各路液壓馬達相連，作為水下清洗裝置工作時的動力，通過調節液壓泵的流量來調節各路液壓馬達的轉速。

結合圖2、3所示，具體的水下清洗裝置內各路液壓馬達如下所述：

液壓清洗刷單元包括朝向待清洗構筑物的多組配合的高速液壓馬達1和清洗刷具2；高速液壓馬達1的輸入端與液壓泵站的輸出端電連接，高速液壓馬達1的輸出端與清洗刷具2固連。水下清洗裝置進行作業時，通過液壓泵站提供的液壓動力，清洗刷具2高速旋轉產生強有力的清潔能力，將水下構筑物表面的強附著物清理干凈。

液壓固定單元包括多個背向待清洗構筑物的水下螺旋槳作為動力源，通過水下螺旋槳的反推作用力將水下清洗裝置固定在構筑物表面；水下螺旋槳包括構成傳動配合的液壓固定馬達9和螺旋槳葉10，液壓固定馬達9的輸入端與液壓泵站的輸出端電連接，液壓固定馬達9的輸出端與螺旋槳葉10固連。通過液壓泵站提供的液壓動力帶動螺旋槳葉10旋轉，螺旋槳旋轉形成的反向推力將水下清洗裝置向作業地點推進，使液壓清洗刷單元貼緊作業區域進行作業。

液壓移動單元包括互相配合以在構筑物表面移動的液壓驅動輪和萬向輪3；液壓驅動輪包括液壓移動馬達4和塑膠輪胎5，液壓移動馬達4的輸入端與液壓泵站的輸出端電連接，液壓移動馬達4的輸出端與塑膠輪胎5固連。其中，液壓移動單元包括朝向待清洗構筑物的兩個液壓驅動輪和一個萬向輪3，兩個液壓驅動輪以差速驅動的方式在構筑物表面移動，由兩個液壓驅動輪的轉速決定清洗裝置的移動軌跡。

上述水下螺旋槳設為呈三角狀分布的三個，其中兩個靠近液壓驅動輪，這兩個水下螺旋槳靠近兩個動力輪，能使兩個動力輪受力均勻，從而使本系統更加有效的行進和轉彎；另一個靠近萬向輪3，能夠配合兩個動力輪作用在水下構筑物表面進行移動。

圖像采集單元包括朝向待清洗構筑物的高分辨率水下攝像機6和水下照明設備7，水下攝像機通過高速傳輸線纜與上位機單元電連接，用于實時采集清洗刷單元的水下作業情況；水下照明設備7用于對作業區域進行補光，提高水下攝像機成像質量。

在上述清洗系統中，水下清洗裝置還包括于采集水下清洗裝置姿態信息的姿態采集單元8，姿態采集單元8的輸出端通過高速傳輸線纜與上位機單元的輸入端電連接，將姿態信息實時發送到上位機單元，通過上位機單元的三維模型成像軟件，將水下清洗裝置的姿態信息實時顯示；其中姿態信息包括但不限于水下姿態、水深、工作方向，姿態采集單元8采用的傳感器包括但不限于加速度計、陀螺儀、水壓計。

上位機單元，用于為地面工作人員提供實時的水下清洗裝置的作業情況，根據姿態信息提供實時的水下清洗裝置的三維模型，同時提供操作接口，用于開發人員對整套清洗系統的自動化平臺搭建。

為減輕重量，水下清洗裝置主體采用防腐蝕的鋁合金材料。

一種液壓驅動的水下構筑物清洗方法

包括如下步驟：

s1、上位機單元實時收集圖像采集單元和水下姿態采集單元獲取的圖像與姿態信息后，使得地面上的工作人員可實時監控水下清洗裝置的工作情況，同時向液壓泵站下達控制命令；

s2、上位機單元通過液壓泵站控制液壓固定單元和液壓移動單元協同工作，使液壓清洗刷單元固定在水下構筑物的表面特定位置進行作業；并且，上位機單元在得到水下姿態單元的水下姿態信息后，可通過控制液壓固定單元各方向水下螺旋槳調整清洗刷單元水下姿態，確保清洗刷單元在正確的姿態下作業。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。