CN109050806A - 一种自适应式船用破冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于破冰船领域，具体涉及一种自适应船用破冰装置。包括基座、储备箱、曲轴、电机、控制器、传送带、减速器、电磁离合器、连杆、滑块激振杆，小、大电磁铁，复位弹簧、止位销、电机控制器等；曲轴一端通过电磁离合器与减速器输出轴相连接，传递扭矩，另一端与连杆通过转动副连接；滑块激振杆与连杆通过球铰链连接，滑块激振杆与滑轨通过滚珠连接即可实现导向、减小摩擦；滑轨有四个圆弧形凹槽，滚珠位于圆弧形凹槽内，滑轨固定在基座上。破冰工作时控制器根据海域冰层固有频率f_n选择电机转速，使激振锤施加于冰层的激励力频率f₁与冰层固有频率f_n相等，从而实现共振破冰。本发明基于共振原理，具有费效比低、适应性强、破冰效率高等优点。

Description

一种自适应式船用破冰装置

技术领域

本发明属于破冰船领域，具体涉及一种自适应船用破冰装置。

背景技术

在全球人口增长迅速、资源匮乏的今天,北极油气资源的经济价值与战略价值尤为突出。重型破冰船、高破冰等级舰船等极区舰船装备已成为海洋强国及大国争夺的热点。传统破冰船等船舶极区航行时，其主要基于冰带作用区等结构设计，依靠船舶自身的重力实现船舶的破冰功能，其破冰能力主要由船舶排水量等参数决定；船舶排水量愈大，其破冰能力愈强，船舶主机功率等也要相应增加，由此导致船舶破冰费效比高。同时，传统破冰船破冰效率低，破冰时对船体疲劳磨损也很大，严重影响破冰船的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种费效比低、船体体积小、破冰效率高的自适应船用破冰装置。

一种自适应船用破冰装置，包括基座、储备箱、曲轴、电机、控制器、传送带、减速器、透盖、电磁离合器、连杆、滑块激振杆、滚珠、螺栓套件、轴承、端盖、滑轨、支座、小电磁铁、大电磁铁、复位弹簧、止位销、电机控制器；曲轴架设在两个固定于基座上的支座上，曲轴与支座之间装有轴承；储备箱安装在基座一侧；曲轴一端通过电磁离合器与减速器输出轴相连接，另一端与连杆通过转动副连接；滑块激振杆与连杆通过球铰链连接，滑块激振杆与滑轨通过滚珠连接；滑轨有四个圆弧形凹槽，滚珠位于圆弧形凹槽内，滑轨固定在基座上。

所述一种自适应船用破冰装置，滑轨一侧有固定装置，用于安装止位销、小电磁铁及复位弹簧。

所述一种自适应船用破冰装置，滑块激振杆为T形，其头部采用高硬度淬火材料。

所述一种自适应船用破冰装置，电机和减速器位于储备箱内，两者之间通过带传动连接。

本发明的有益效果在于：

相较于传统重力破冰船，本发明具有效率高、成本低、适用性强等优点，同时采用电机控制器调节电机转速来适应冰层厚度，从而实现1-3m冰层的破冰；滑轨与滑块激振杆之间通过滚珠连接即可实现导向、减小摩擦；主要磨损零件为激振锤，制造简单，易于更换，维护方便，本装置既可有效改善船舶破冰能力，又可减小船体冰带作用区疲劳磨损，延长破冰船使用寿命，从而为我国极区资源开发利用及军事战略竞争提供强有力支持。

附图说明

图1为自适应式船用破冰装置爆炸图；

图2为自适应式船用破冰装置轴测图；

图3为滑轨俯视图；

图4为滑轨全剖主视图；

图5为滑块激振杆俯视图；

图6滑块激振杆半剖主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如附图1所示，为自适应式船用破冰装置爆炸图，图中：1基座；2储备箱；3曲轴；4电机；5控制器；6传送带；7减速器；8透盖；9电磁离合器；10连杆；11滑块激振杆；12滚珠；13螺栓；14垫圈；15螺母；16轴承；17端盖；18滑轨；19复位弹簧；20止位销；21小电磁铁；22支座；23大电磁铁。

以2500吨重破冰船为例，破冰航区冰层厚度为2m，冰层固有频率为f_n＝2Hz。以下对本发明的自适应式船舶破冰装置进行详细描述。如图1、2所示，曲轴3架设在两个固定于基座1上的支座22上，曲轴3与支座22之间装有轴承16，曲轴3的一端通过电磁离合器9与减速器7输出轴相连接，曲轴3与连杆10之间通过转动副连接实现相对转动；滑块激振杆11与连杆10通过球铰连接；滑轨18固定在基座1上，与滑轨18之间通过滚珠12连接；滑轨18一侧有固定装置，用于安装止位销20、小电磁铁21及复位弹簧19；储备箱2内设电机4和减速器7，两者之间通过带传动6连接，储备箱2安装在基座1一侧；大电磁铁23安装在滑轨18上方两侧的基座1上。

根据设计要求，该破冰装置具体参数如下：基座1厚度为7mm；曲轴3截面半径为15mm；电机4额定功率为60Kw；减速器7选用二级减速器，传动比为10；连杆10长度为50cm；截面半径为15mm；滑块激振杆11下部结构为圆柱，其截面半径为25cm，长度为0.8m，往复工作路程为0.25m；滑轨18长度为0.6m。

本装置安装在船艏部龙骨两侧，在破冰工作时，控制器5发出指令，大电磁铁23通电使滑块激振杆11提升至上止点，同时小电磁铁21通电吸合止位销20远离滑块激振杆11，此时电磁离合器9吸合，之后控制器使大电磁铁23断电，同时根据航行区冰层固有频率，由控制器5调节电机4转速为1200rpm，经过皮带6传动、减速器7、电磁离合器9传递运动和扭矩，以此来调节曲轴3转速，最终滑块激振杆11对冰层施加的激振力频率f₁＝2Hz，与冰层固有频率f_n相等，实现共振破冰。破冰工作结束后电磁离合器9断电，激振杆11停留在下止点，控制器5控制大电磁铁23通电将激振杆11提升到靠近上止点位置，控制器5控制小电磁铁21断电，止位销20在复位弹簧19作用下复位，而后大电磁铁23断电，激振杆11在止位销20支撑下停留在靠近上止点的位置。

该发明装置具体工作过程如下：

在破冰工作时，大电磁铁23通电使滑块激振杆11提升至上止点，同时小电磁铁21通电吸合止位销20远离滑块激振杆11，此时电磁离合器9吸合，控制器使大电磁铁23断电，同时根据航行区冰层固有频率，由控制器5调节电机4转速，经过减速器7、电磁离合器9以及曲轴3作用，最终使滑块激振杆11工作频率f₁与冰层固有频率f_n相等，实现共振破冰。

破冰工作完成后，电磁离合器9断电，控制器5控制大电磁铁23通电将激振杆11提升到靠近上止点位置，控制器5控制小电磁铁21断电，止位销20在复位弹簧19作用下复位，而后大电磁铁23断电，激振杆11在止位销20支撑下停留在靠近上止点的位置。

Claims (4)

1.一种自适应船用破冰装置，包括基座(1)、储备箱(2)、曲轴(3)、电机(4)、控制器(5)、传送带(6)、减速器(7)、透盖(8)、电磁离合器(9)、连杆(10)、滑块激振杆(11)、滚珠(12)、轴承(16)、端盖(17)、滑轨(18)、支座(22)、小电磁铁(21)、大电磁铁(23)、复位弹簧(19)、止位销(20)、电机控制器；其特征在于：曲轴架设在两个固定于基座上的支座上，曲轴与支座之间装有轴承；储备箱安装在基座一侧；曲轴一端通过电磁离合器与减速器输出轴相连接，另一端与连杆通过转动副连接；滑块激振杆与连杆通过球铰链连接，滑块激振杆与滑轨通过滚珠连接；滑轨有四个圆弧形凹槽，滚珠位于圆弧形凹槽内，滑轨固定在基座上。

2.根据权利要求1所述一种自适应船用破冰装置，其特征在于：所述滑轨一侧有固定装置，用于安装止位销、小电磁铁及复位弹簧。

3.根据权利要求1所述一种自适应船用破冰装置，其特征在于：所述滑块激振杆为T形，其头部采用高硬度淬火材料。

4.根据权利要求1所述一种自适应船用破冰装置，其特征在于：所述电机和减速器位于储备箱内，两者之间通过带传动连接。