CN107628204A - 一种破冰船的破冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及破冰技术领域，尤其涉及一种破冰船的破冰装置，包括滚轮破冰机构、动力机构和控制系统。滚轮破冰机构，安装于破冰船船艏部前端部，且包括设于所述破冰船船艏部前端中部的主滚轮组件和设于所述主滚轮组件左右两侧的副滚轮组件。动力机构，安装于所述破冰船船艏部内部的适于为所述滚轮破冰机构提供动力；以及控制系统，与所述滚轮破冰机构和动力机构电性连接。

Description

一种破冰船的破冰装置

技术领域

本发明涉及破冰技术领域，尤其涉及一种破冰船的破冰装置。

背景技术

目前，破冰船一般有连续破冰和冲撞破冰两种方法进行破冰作业。当冰层不超过该船设计的破冰厚度时，一般采用连续破冰法。如果冰层较厚，超过了破冰船设计的最大破冰厚度或者在较为复杂的堆积冰、厚冰区及更困难的冰脊区等冰区中时，则需要采用冲撞破冰法。

上述两种破冰方法均存在一定的问题：连续破冰方法破冰缓慢，且只能在冰面强度小、厚度薄的海域使用，而且对船舶自身强度要求高；冲撞破冰方法破冰效率较低、能耗较大，最大的问题是船体容易被冰卡住。同时这些方法均对船体结构、推进装置及其附属设施等提出较高的要求，而在浅海区域甚至无法实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种破冰船的破冰装置，以解决破冰宽度可调节，可适应不同吃水和冰层厚度的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了技术方案为：

一种破冰船的破冰装置，包括：

滚轮破冰机构，安装于破冰船船艏部前端部，且包括设于所述破冰船船艏部前端中部的主滚轮组件和设于所述主滚轮组件左右两侧的副滚轮组件；

动力机构，安装于所述破冰船船艏部内部的适于为所述滚轮破冰机构提供动力；以及

控制系统，与所述滚轮破冰机构和动力机构电性连接。

进一步的，所述主滚轮组件包括与所述动力机构连接的主机械臂、转动连接于所述主机械臂前端部的主安装导轨，以及置于所述主安装导轨上的一对主滚轮；

所述主安装导轨包括与所述主机械臂转动连接的且横向布置的主圆柱形导轨，以及分别安装于所述主圆柱形导轨前端面左、中、右部的四根主安装柱，其中中部设有两根主安装柱，且所述四根主安装柱两两形成两个分别用于放置所述主滚轮的第一凹形结构；

每个所述第一凹形结构的两侧翼内表面均固定有与所述主滚轮中心转动连接的用于固定所述主滚轮的主连接杆；以及

所述主机械臂、主滚轮和主圆柱形导轨均为内部中空结构。

进一步的，所述副滚轮组件包括与所述主机械臂连接的设于所述主机械臂左右两侧的两个副机械臂，转动连接于所述副机械臂前端部的副安装导轨，以及置于所述副安装导轨内的副滚轮；

所述副安装导轨包括与所述副机械臂转动连接的且横向布置的副圆柱形导轨，以及安装于所述副圆柱形导轨前端面左、右处的两根副安装柱，且所述两根副安装柱形成一个用于放置所述副滚轮的第二凹形结构；其中

每个所述第二凹形结构的两侧翼内表面均固定有与所述副滚轮中心转动连接的用于固定所述副滚轮的副连接杆；以及

所述副机械臂、副滚轮和副圆柱形导轨均为内部中空结构。

进一步的，所述动力机构包括与所述主机械臂连接的用于使所述主滚轮组件左右移动的且与所述控制系统电性连接的涡轮蜗杆组件、与所述涡轮蜗杆组件固定的用于使所述主滚轮组件上下移动的且与所述控制系统电性连接的升降组件，以及连接于所述主机械臂两侧的分别与所述副机械臂连接的且与所述控制系统电性连接的伸缩组件。

进一步的，所述涡轮蜗杆组件包括一与所述升降组件固定连接的且用于固定所述涡轮蜗杆组件的支架，与所述主机械臂连接的涡轮蜗杆，以及为所述涡轮蜗杆提供动力的与所述控制系统电性连接的第一动力元件；

所述升降组件包括与所述支架固定连接的承重杆，与所述承重杆连接的且固定于所述破冰船船艏部内的液力升降缸，以及为所述液力升降缸提供动力的且与所述控制系统电性连接的第二动力元件。

进一步的，所述伸缩组件包括固定于所述主机械臂左侧或右侧的压力缸，与所述压力缸连接的用于为所述压力缸提供动力的且与所述控制系统电性连接的第三动力元件，以及一端与所述压力缸输出端连接而另一端与所述副机械臂连接的固定杆。

进一步的，所述主机械臂前端部的内腔中设有一与所述控制系统电性连接的主旋转电机，所述主旋转电机的输出轴伸出所述主机械臂一侧端面向外连接有一主旋转传动组件；

所述主旋转传动组件包括与所述主旋转电机输出轴固定连接的主输出齿轮，以及与所述主圆柱形导轨上与所述主输出齿轮相同一侧端部固定连接的且与所述主输出齿轮啮合的主啮合齿轮。

进一步的，所述副机械臂前端部的内腔中设有一与所述控制系统电性连接的副旋转电机，所述副旋转电机的输出轴伸出所述副机械臂一侧端面向外连接有一副旋转传动组件；

所述副旋转传动组件包括与所述副旋转电机输出轴固定连接的副输出齿，以及与所述副圆柱形导轨的与所述副输出齿相同一侧端部固定连接的且与所述副输出齿啮合的副啮合齿。

进一步的，每根所述主连接杆分为两段，所述主滚轮内腔中设有同轴固定于两段所述主连接杆之间的与所述控制系统电性连接的主变频电机，所述主变频电机输出端连接有一主传动齿轮，所述主滚轮内腔内壁上固定有一与所述主传动齿轮啮合的主从动齿圈，用于带动所述主滚轮转动。

进一步的，每根副连接杆分为两段，所述副滚轮内腔中设有同轴固定于两段所述副连接杆之间的与所述控制系统电性连接的副变频电机，所述副变频电机输出端连接有一副传动齿轮，所述副滚轮内腔内壁上固定有一与所述副传动齿轮啮合的副从动齿圈，用于带动所述副滚轮转动。

本发明的有益效果为：本发明的破冰船的破冰装置采用滚轮式连续垂向转动打击冰层，破冰能力强、效率高，采用略微扭曲的刀刃设计，达到同等的破冰效果只需更小的力，更加节能。

进一步的，采用副滚轮组件，使两侧两个滚轮可以横向左右变距，应对不同航行要求，改变破冰航道宽度，同时可防止船体被卡死。

又进一步的，主、副滚轮可绕主、副圆柱形导轨的轴线上下升降变距，可适应不同吃水和冰层厚度，并且当船舶在无冰区域航行时可抬升至水面上，以减阻节能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的破冰装置的正面结构示意图；

图2是本发明的破冰装置的俯视结构示意图；

图3是本发明的破冰装置的侧面结构示意图；

图4是本发明的主安装导轨以及主滚轮内部结构示意图；

图5是应用本发明的破冰装置的破冰船的结构示意图。

图中：破冰船船艏部110、滚轮破冰机构200、主滚轮组件210、主机械臂211、主安装导轨212、主圆柱形导轨2121、主安装柱2122、主滚轮213、第一凹形结构216、主连接杆217、副滚轮组件220、副机械臂221、副安装导轨222、副圆柱形导轨2221、副安装柱2222、副滚轮223、第二凹形结构226、副连接杆227、动力机构300、涡轮蜗杆组件310、支架311、涡轮蜗杆312、第一动力元件313、升降组件320、承重杆321、液力升降缸322、第二动力元件323、伸缩组件330、压力缸331、第三动力元件332、固定杆333、主旋转电机340、主输出齿轮341、主啮合齿轮342、副旋转电机350、副输出齿351、副啮合齿352、主变频电机360、主传动齿轮361、主从动齿圈362。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1至图5所示，本发明提供了一种破冰船的破冰装置，包括滚轮破冰机构、动力机构以及控制系统。

滚轮破冰机构200，安装于破冰船船艏部110前端部，且包括设于所述破冰船船艏部110前端中部的主滚轮组件210和设于所述主滚轮组件210左右两侧的副滚轮组件220。

动力机构300，安装于所述破冰船船艏部110内部的适于为所述滚轮破冰机构200提供动力.

控制系统，与所述滚轮破冰机构200和动力机构300电性连接，用于控制破冰装置。

具体的，如图1所示，主滚轮组件210包括与动力机构300连接的主机械臂211、转动连接于主机械臂211前端部的主安装导轨212，以及置于主安装导轨212上的一对主滚轮213。

主安装导轨212包括与主机械臂211转动连接的且横向布置的主圆柱形导轨2121，以及分别安装于主圆柱形导轨2121前端面左、中、右部的四根主安装柱2122，其中中部设有两根主安装柱2122，且四根主安装柱2122两两形成两个分别用于放置主滚轮213的第一凹形结构。每个第一凹形结构的两侧翼内表面均固定有与主滚轮213中心转动连接的用于固定主滚轮213的主连接杆217；主滚轮213可以在第一凹形结构216内随意转动。

主机械臂211、主滚轮213和圆柱形导轨214均为内部中空结构。

副滚轮组件220包括与主机械臂211连接的设于主机械臂211左右两侧的两个副机械臂221，转动连接于副机械臂221前端部的副安装导轨222，以及置于副安装导轨222内的副滚轮223。

副安装导轨222包括与副机械臂221转动连接的且横向布置的副圆柱形导轨2221，以及安装于副圆柱形导轨2221前端面左、右处的两根副安装柱2222，且两根副安装柱2222形成一个用于放置副滚轮223的第二凹形结构226；其中每个第二凹形结构226的两侧翼内表面均固定有与副滚轮223中心转动连接的用于固定副滚轮223的副连接杆227；副滚轮223可以在第二凹形结构226内随意转动。

副机械臂221、副滚轮223和副圆柱形导轨2221均为内部中空结构。

可选的，如图2和图3所示，动力机构300包括与主机械臂211连接的用于使主滚轮组件210左右移动的且与控制系统电性连接的涡轮蜗杆组件310、与涡轮蜗杆组件310固定的用于使主滚轮组件210上下移动的且与控制系统电性连接的升降组件320，以及连接于主机械臂211两侧的分别与副机械臂221连接的且与控制系统电性连接的伸缩组件330。

涡轮蜗杆组件310包括一与升降组件320固定连接的且用于固定涡轮蜗杆组件310的支架311、与主机械臂211连接的涡轮蜗杆312，以及为涡轮蜗杆312提供动力的与控制系统电性连接的第一动力元件313。根据控制系统传递的信号，控制涡轮蜗杆组件310的运动，调整主、副滚轮的破冰位置。

升降组件320包括与支架311固定连接的承重杆321、与承重杆321连接的且固定于破冰船船艏部110内的液力升降缸322，以及为液力升降缸322提供动力的且与控制系统电性连接的第二动力元件323。根据控制系统传递的信号来控制升降组件320控制破冰机构的升降，当需要破冰时将破冰机构下降至水面距离，破冰结束后收起破冰装置。

伸缩组件330包括固定于主机械臂211左侧或右侧的压力缸331，与压力缸331连接的用于为压力缸331提供动力的且与控制系统电性连接的第三动力元件332，以及一端与压力缸331输出端连接而另一端与副机械臂221连接的固定杆333，用以调整主、副滚轮之间的距离。

具体的，通过涡轮蜗杆组件310使得主机械臂211左右移动，由于副机械臂221通过伸缩组件330与主机械臂211连接，所以当主机械臂211左右移动时跟随主机械臂211左右移动，升降组件320拉动主机械臂211和涡轮蜗杆组件310一起上下运动，由于与主机械臂211连接的副机械臂221，使得副机械臂221也跟随主机械臂211上下移动。并且采用伸缩组件330，使得副机械臂221与主机械臂211之间的距离可调，即调节主、副滚轮之间的距离，也就是使副滚轮223能左右变距，应对不同航行要求，改变破冰航道宽度，同时可防止船体被卡死。

优选的，主机械臂211前端部的内腔中设有一与控制系统电性连接的主旋转电机340，主旋转电机340的输出轴伸出主机械臂211一侧端面向外连接有一主旋转传动组件。

主旋转传动组件包括与主旋转电机340输出轴固定连接的主输出齿轮341，以及与主圆柱形导轨2121的与主输出齿轮341相同一侧端部固定连接的且与主输出齿轮341啮合的主啮合齿轮342。

副机械臂221前端部的内腔中设有一与控制系统电性连接的副旋转电机350，副旋转电机350的输出轴伸出副机械臂221一侧端面向外连接有一副旋转传动组件。

副旋转传动组件包括与副旋转电机350输出轴固定连接的副输出齿351，以及与副圆柱形导轨2221上与副输出齿351相同一侧端部固定连接的且与副输出齿351啮合的副啮合齿352。在主、副机械臂内分别设置的主、副旋转电机控制主、副圆柱形导轨进行自转，从而使得主、副滚轮能绕主、副圆柱形导轨的轴线转动。

由控制系统控制主、副旋转电机转动，根据需求调整主、副滚轮的不同高度，适应不同吃水和冰层厚度，并且当船舶在无冰区域航行时可抬升至水面上，以减阻节能。

优选的，每根所述主连接杆217分为两段，主滚轮213内腔中设有同轴固定于两段主连接杆217之间的与控制系统电性连接的主变频电机360，主变频电机360输出端连接有一主传动齿轮361，主滚轮213内腔内壁上固定有一与主传动齿轮361啮合的主从动齿圈362，用于带动主滚轮213转动。

每根副连接杆227分为两段，副滚轮223内腔中设有同轴固定于两段副连接杆227之间的与控制系统电性连接的副变频电机，副变频电机输出端连接有一副传动齿轮，副滚轮223内腔内壁上固定有一与副传动齿轮啮合的副从动齿圈，用于带动副滚轮223转动。

本实施例中，主、副滚轮绕主、副圆柱形导轨轴线上下转动的原理为：由于主机械臂211中的主旋转电机340转动，通过与主旋转电机340连接的主旋转传动组件，使得与主旋转传动组件连接的主圆柱形导轨2121可以绕自身轴线自转，带动了主圆柱形导轨2121上的主安装柱2122跟随其一起转动，继而带动了安装在主安装柱2122之间第一凹形结构216内的主滚轮213上下运动。

相同的，由于副机械臂221中的副旋转电机350转动，通过与副旋转电机350连接的副旋转传动组件，使得与副旋转传动组件连接的副圆柱形导轨2221可以绕自身轴线自转，带动了副圆柱形导轨2221上的副安装柱2222跟随其一起转动，继而带动了安装在副安装柱2222之间第二凹形结构226内的副滚轮223上下运动。

当破冰机构一但发生被冰卡主的情况，即变频电机转动受阻时，由变频电机向控制系统传递信号，由控制系统控制变频电机进行高速反转，同时控制主、副旋转电机350转动，向上抬起主、副滚轮，解除卡冰状态。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语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设备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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种破冰船的破冰装置，其特征在于，包括：

滚轮破冰机构，安装于破冰船船艏部前端部，且包括设于所述破冰船船艏部前端中部的主滚轮组件和设于所述主滚轮组件左右两侧的副滚轮组件；

动力机构，安装于所述破冰船船艏部内部的适于为所述滚轮破冰机构提供动力；以及

控制系统，与所述滚轮破冰机构和动力机构电性连接。

2.根据权利要求1所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，所述主滚轮组件包括与所述动力机构连接的主机械臂、转动连接于所述主机械臂前端部的主安装导轨，以及置于所述主安装导轨上的一对主滚轮；

所述主安装导轨包括与所述主机械臂转动连接的且横向布置的主圆柱形导轨，以及分别安装于所述主圆柱形导轨前端面左、中、右部的四根主安装柱，其中中部设有两根主安装柱，且所述四根主安装柱两两形成两个分别用于放置所述主滚轮的第一凹形结构；

每个所述第一凹形结构的两侧翼内表面均固定有与所述主滚轮中心转动连接的用于固定所述主滚轮的主连接杆；以及

所述主机械臂、主滚轮和主圆柱形导轨均为内部中空结构。

3.根据权利要求2所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，所述副滚轮组件包括与所述主机械臂连接的设于所述主机械臂左右两侧的两个副机械臂，转动连接于所述副机械臂前端部的副安装导轨，以及置于所述副安装导轨内的副滚轮；

所述副安装导轨包括与所述副机械臂转动连接的且横向布置的副圆柱形导轨，以及安装于所述副圆柱形导轨前端面左、右处的两根副安装柱，且所述两根副安装柱形成一个用于放置所述副滚轮的第二凹形结构；其中

每个所述第二凹形结构的两侧翼内表面均固定有与所述副滚轮中心转动连接的用于固定所述副滚轮的副连接杆；以及

所述副机械臂、副滚轮和副圆柱形导轨均为内部中空结构。

4.根据权利要求3所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，所述动力机构包括与所述主机械臂连接的用于使所述主滚轮组件左右移动的且与所述控制系统电性连接的涡轮蜗杆组件、与所述涡轮蜗杆组件固定的用于使所述主滚轮组件上下移动的且与所述控制系统电性连接的升降组件，以及连接于所述主机械臂两侧的分别与所述副机械臂连接的且与所述控制系统电性连接的伸缩组件。

5.根据权利要求4所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，所述涡轮蜗杆组件包括一与所述升降组件固定连接的且用于固定所述涡轮蜗杆组件的支架，与所述主机械臂连接的涡轮蜗杆，以及为所述涡轮蜗杆提供动力的与所述控制系统电性连接的第一动力元件；

所述升降组件包括与所述支架固定连接的承重杆，与所述承重杆连接的且固定于所述破冰船船艏部内的液力升降缸，以及为所述液力升降缸提供动力的且与所述控制系统电性连接的第二动力元件。

6.根据权利要求4所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，所述伸缩组件包括固定于所述主机械臂左侧或右侧的压力缸，与所述压力缸连接的用于为所述压力缸提供动力的且与所述控制系统电性连接的第三动力元件，以及一端与所述压力缸输出端连接而另一端与所述副机械臂连接的固定杆。

7.根据权利要求6所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，所述主机械臂前端部的内腔中设有一与所述控制系统电性连接的主旋转电机，所述主旋转电机的输出轴伸出所述主机械臂一侧端面向外连接有一主旋转传动组件；

所述主旋转传动组件包括与所述主旋转电机输出轴固定连接的主输出齿轮，以及与所述主圆柱形导轨的与所述主输出齿轮相同一侧端部固定连接的且与所述主输出齿轮啮合的主啮合齿轮。

8.根据权利要求6所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，所述副机械臂前端部的内腔中设有一与所述控制系统电性连接的副旋转电机，所述副旋转电机的输出轴伸出所述副机械臂一侧端面向外连接有一副旋转传动组件；

所述副旋转传动组件包括与所述副旋转电机输出轴固定连接的副输出齿，以及与所述副圆柱形导轨上与所述副输出齿相同一侧端部固定连接的且与所述副输出齿啮合的副啮合齿。

9.根据权利要求2所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，每根所述主连接杆分为两段，所述主滚轮内腔中设有同轴固定于两段所述主连接杆之间的与所述控制系统电性连接的主变频电机，所述主变频电机输出端连接有一主传动齿轮，所述主滚轮内腔内壁上固定有一与所述主传动齿轮啮合的主从动齿圈，用于带动所述主滚轮转动。

10.根据权利要求3所述的破冰船的破冰装置，其特征在于，每根副连接杆分为两段，所述副滚轮内腔中设有同轴固定于两段所述副连接杆之间的与所述控制系统电性连接的副变频电机，所述副变频电机输出端连接有一副传动齿轮，所述副滚轮内腔内壁上固定有一与所述副传动齿轮啮合的副从动齿圈，用于带动所述副滚轮转动。