CN108820145B - 一种频率可调式船舶共振破冰装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船舶领域，公开了一种频率可调式船舶共振破冰装置，包括船体，动力系统，传动系统和工作系统；船体的底部有开孔；动力系统包括控制器，电机，减速器和基座；基座固定在船体底部，控制器固定在船体上，电机和减速器固定在基座上，控制器与电机连接，电机和减速器通过传送带连接，减速器具有输出轴；工作系统包括激振杆，滑槽和锤头；传动系统包括轴承座，回转杆，联轴器，曲柄，连杆，滑道，滑块和升降台。本发明采用简单可靠的设计实现了可调频，增强了破冰船的适应性；当锤头的工作频率与冰层固有频率相同时，能引起冰层共振，大幅提高了破冰效率。

Description

一种频率可调式船舶共振破冰装置
技术领域
本发明属于船舶领域，尤其涉及一种频率可调式船舶共振破冰装置。
背景技术
冬季气温低时，河流和一些海域会出现严重的结冰现象，阻碍正常的航运，给冬季的海上运输和海上贸易造成了较大的障碍。1969年2－3月渤海出现了最大的冰封，盛冰期比常年推迟1个月，渤海湾的冰期达到4个月，冰封严重时，冰外缘线距渤海海峡仅35海里，整个渤海几乎全部被海冰所覆盖，冰封状态维持长达40-50天之久，小型冰丘堆积高达5米，123条各型船只被困，7条船只进水；海井2号平台被流冰推倒，损失严重。
破冰船是用于破碎水面冰层，开辟航道，保障舰船进出冰封港口、锚地，或引导舰船在冰区航行的勤务船。分为江河、湖泊、港湾或海洋破冰船。船身短而宽，长宽比值小，底部首尾上翘，首柱尖削前倾，总体强度高，首尾和水线区用厚钢板和密骨架加强。推进系统多采用双轴和双轴以上多螺旋桨装置，以柴油机为原动力的动力推进。螺旋桨和舵有防护和加强。
破冰船一般常用两种破冰方法，当冰层不超过1.5米厚时，多采用“连续式”破冰法。主要靠螺旋桨的力量和船头把冰层劈开撞碎，每小时能在冰海航行9.2千米。如果冰层较厚，则采用“冲撞式”破冰法。冲撞破冰船船头部位吃水浅，会轻而易举地冲到冰面上去，船体就会把下面厚厚的冰层压为碎块。然后破冰船倒退一段距离，再开足马力冲上前面的冰层，把船下的冰层压碎。如此反复，就开出了新的航道。用燃料油为动力的破冰船，多采用柴油机带动发动机发电，电动机驱动螺旋桨，驱动功率可达上百万瓦，可以满足较长时间破冰航行的需要。
申请号为201510651281.1的专利公开了一种利用共振原理的新型破冰船。主要应用于船舶领域，包括提供振动作用的安装偏心轮的电机，楔形破冰锤，支架，传动装置，转轴，船体。本发明装置通过现有技术测定冰层厚度得到冰层的固有频率，调整楔形破冰锤内安装偏心轮的电机的转速使楔形破冰锤的频率与冰层的固有频率相同。另外，楔形破冰锤在转轴的带动下作圆周运动，从而可以压破冰层达到破冰的目的，并使破碎的冰块排向船的后方。可以调整船舶的吃水来适应冰层的厚度，从而可以处理不同厚度的冰层。但该发明采用挤压破冰的方法破冰，效率较低，且对设备的损耗较大，维修成本高。
申请号为201720609123.4的专利公开了一种液压式共振除冰装置，包括车架，所述车架的前端下方安装有频率传感器，所述车架靠近地面的一侧安装有滚轮，且滚轮上安装有防滑片，所述车架靠近地面的一侧设置有破冰区，所述车架位于破冰区的上方安装有液压缸，所述液压缸通过液压杆贯穿车架延伸至破冰区，且液压杆位于破冰区的一端焊接有破冰锤。本实用新型中利用频率传感器探测冰面的固有频率，并通过调节使得破冰锤达到相同的频率，提高了除冰的效率，同时，吹气口和清洁装置对破碎的冰进行打扫，使得路面在除冰后整洁干净，且本装置体积小巧，通过电机提供前进动力，操作人员只要扶稳方向即可，即使在狭窄道路也能够完成除冰作业，扩大了装置的适用范围。但该共振破冰的方式为挤压，对设备的稳定性影响较大，且效率低。
发明内容
本发明的目的在于公开可靠性高，破冰效率高的一种频率可调式船舶共振破冰装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种频率可调式船舶共振破冰装置，包括船体1，动力系统，传动系统和工作系统；
船体1的底部有开孔；
动力系统包括控制器12，电机3，减速器5和基座16；基座16固定在船体1底部，控制器12固定在船体1上，电机3和减速器5固定在基座16上，控制器12与电机3连接，电机3和减速器5通过传送带连接，减速器5具有输出轴；
工作系统包括激振杆9，滑槽8和锤头11；锤头11位于船体1外侧，激振杆9穿过船体1底部的开孔，锤头11固定在激振杆9的一端，激振杆9的另一端装卡在滑槽8内；滑槽8竖直地固定在船体1上；锤头11的下半部分为半球形。
传动系统包括轴承座2，回转杆4，联轴器15，曲柄14，连杆13，滑道6，滑块7和升降台10；轴承座2固定在船体1上，回转杆4的一端与轴承座2连接，另一端与滑块7连接；滑块7位于滑道6内，滑道6固定在激振杆9上，连杆13的一端固定在回转杆4，连杆13的另一端与曲柄14连接，曲柄14与减速器5的输出轴通过联轴器15连接。
本发明的有益效果为：
本发明采用简单可靠的设计实现了可调频，增强了破冰船的适应性；当锤头的工作频率与冰层固有频率相同时，能引起冰层共振，大幅提高了破冰效率。
附图说明
图1是一种频率可调式船舶共振破冰装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步描述本发明：
实施例1：
如图1，假设3000吨破冰船破冰，破冰航区冰厚t＝2m，冰密度ρ＝0.9×103kg/m3，基座16高度为0.2m；电机3额定功率为70kw；减速器5为二级减速器，传动比为10；曲柄14长度为0.4m；连杆13长度为0.8m；回转杆4长度为3.5m；轴承座2型号为H2010；滑块尺寸为0.3×0.3m2；滑道6长度为1.2m；滑槽8长度为2m；激振杆9长度为4.5m；锤头11重量为2吨，上部长方体结构尺寸为0.2×0.2×0.4m3，下部半球形结构半径为0.35m，两者通过肘板连接，锤头11往复工作路程为0.3m；升降台10上表面敷设有20mm厚度的橡胶材料；传动构件及锤头11材料为钢；轴承座2及滑槽8所固定的舱壁厚度均为12mm，且竖直方向设有间距为1m尺寸为T450×150×8×10的T型材以及间距为0.5m的HP100×6球扁钢，水平方向设有间距为1.2m尺寸为T450×250×10×25的T型材以及间距为0.6m的HP100×6球扁钢；基座所固定的甲板厚度为14mm，且设有间距为1m尺寸为T450×150×8×10的纵桁、间距为0.5m尺寸为HP100×6的纵骨及间距为1.2m尺寸为T450×250×10×25的横梁；锤头11收入船体1后所在位置四周设有水密舱壁。船体1的底部有开孔；动力系统包括控制器12，电机3，减速器5和基座16；基座16固定在船体1底部，控制器12固定在船体1上，电机3和减速器5固定在基座16上，控制器12与电机3连接，电机3和减速器5通过传送带连接，减速器5具有输出轴；工作系统包括激振杆9，滑槽8和锤头11；锤头11位于船体1外侧，激振杆9穿过船体1底部的开孔，锤头11固定在激振杆9的一端，激振杆9的另一端装卡在滑槽8内；滑槽8竖直地固定在船体1上；锤头11的下半部分为半球形。传动系统包括轴承座2，回转杆4，联轴器15，曲柄14，连杆13，滑道6，滑块7和升降台10；轴承座2固定在船体1上，回转杆4的一端与轴承座2连接，另一端与滑块7连接；滑块7位于滑道6内，滑道6固定在激振杆9上，连杆13的一端固定在回转杆4，连杆13的另一端与曲柄14连接，曲柄14与减速器5的输出轴通过联轴器15连接；曲柄14、回转杆4与连杆13销连接；回转杆4的另一端与滑块7销连接；激振杆9可在滑槽8内上下滑动；滑槽8及轴承座2通过螺栓固定于船体1舱壁上，滑道6正下方甲板上设置有升降台10。
本发明通过控制器12调节电机3转速，通过减速器5、联轴器15带动曲柄14旋转，经连杆13作用带动回转杆4绕轴承座2做回转运动，进而经滑块7带动滑道6、激振杆9及锤头11做竖直往复运动，使得锤头11工作频率f1与预破冰区域冰层固有频率fn相同，使冰层共振，进而实现高效破冰。
本发明装置具体工作过程如下：
破冰工作时，升降台10下落，然后电机3工作，经减速器5、联轴器15带动曲柄14旋转，通过连杆13带动回转杆4绕轴承座2做回转运动，经滑块7及滑道6配合作用，最终带动锤头11做竖直往复运动以锤击冰层。
若实现近距离破冰，可通过控制器12调节电机3转速为600rpm，通过减速机减速后，锤头工作频率f1＝1Hz，与预破冰区域冰层固有频率相同，使冰层共振；若实现远距离破冰，可通过控制器12调节电机3转速为1200rpm，通过减速机减速后，锤头工作频率f1＝2Hz，与预破冰区域冰层固有频率相同，使冰层共振，从而实现高效定向破冰。
破冰工作完成后，电机3停止工作，升降台10升起以支撑滑道6，将锤头上移收入船体1。
与现有技术相比，本发明采用简单可靠的设计实现了可调频，增强了破冰船的适应性；当锤头的工作频率与冰层固有频率相同时，能引起冰层共振，大幅提高了破冰效率。
以上所述并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种频率可调式船舶共振破冰装置，其特征在于：包括船体(1)，动力系统，传动系统和工作系统；船体(1)的底部有开孔；动力系统和传动系统通过联轴器连接，传动系统和工作系统通过激振杆连接；
所述的动力系统包括控制器(12)，电机(3)，减速器(5)和基座(16)；基座(16)固定在船体(1)底部，控制器(12)固定在船体(1)上，电机(3)和减速器(5)固定在基座(16)上，控制器(12)与电机(3)连接，电机(3)和减速器(5)通过传送带连接，减速器(5)具有输出轴；
所述的工作系统包括激振杆(9)，滑槽(8)和锤头(11)；锤头(11)位于船体(1)外侧，激振杆(9)穿过船体(1)底部的开孔，锤头(11)固定在激振杆(9)的一端，激振杆(9)的另一端装卡在滑槽(8)内；滑槽(8)竖直地固定在船体(1)上；锤头(11)的下半部分为半球形；
所述的传动系统包括轴承座(2)，回转杆(4)，联轴器(15)，曲柄(14)，连杆(13)，滑道(6)，滑块(7)和升降台(10)；轴承座(2)固定在船体(1)上，回转杆(4)的一端与轴承座(2)连接，另一端与滑块(7)连接；滑块(7)位于滑道(6)内，滑道(6)固定在激振杆(9)上，连杆(13)的一端固定在回转杆(4)，连杆(13)的另一端与曲柄(14)连接，曲柄(14)与减速器(5)的输出轴通过联轴器(15)连接；升降台(10)竖直地固定在船体(1)底部，升降台(10)处在滑道(6)下方。
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