CN109050823A - 螺旋桨用水下空化清洗装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋桨用水下空化清洗装置，包括水下机器人，所述水下机器人的一端安装有水下机械手，所述水下机械手的输出端通过连接装置安装有空化清洗装置，所述水下机器人内部穿入有水管，所述水管与空化清洗装置连接；所述空化清洗装置的结构为：包括安装架，所述安装架成框架型结构，所述安装架一端与连接装置连接，另一端安装罩壳，所述罩壳外端面圆周方向均匀间隔安装有多个凸球面，所述罩壳中部安装有中心旋转体，中心旋转体穿过罩壳中心孔，并与罩壳通过螺钉固连，所述中心旋转体的一端安装有反冲喷头，所述反冲喷头位于所述安装架内部，所述中心旋转体的另一端安装有异形喷头。工作可靠。

Description

螺旋桨用水下空化清洗装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械自动化装备技术领域，尤其是一种螺旋桨用水下清洗装置及其方法。

背景技术

螺旋桨在船舶航行中起着极为重要的作用，船舶长时间在海水浸泡，会使螺旋桨上附着海洋生物，使得螺旋桨有效功降低20％。定期清理船体及螺旋桨表面对保持船舶高效航行显得十分重要。

螺旋桨结构具有空间位置复杂，不易自动化清洗等特点，并且其材质较软，这些都为清洗工作带来巨大困难。

目前水下清洗方式主要有人工清洗、水下机器人自动清洗。

人工清洗是潜水员携带清洗设备(刮铲、液压刮刷、高压射流枪等)在水下清洗，工作环境恶劣，工作效率低，并且伴随一定安全问题。

水下机器人自动清洗主要适用于清洗小曲率、大面积的船体表面，对于螺旋桨的复杂形状则无法清洗。

以上清洗方式清洗效率低，清洗成本高，或多或少会损坏螺旋桨叶面。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种螺旋桨用水下空化清洗装置及其使用方法，从而大大提高清洗工作效率，降低清洗成本。

本发明所采用的技术方案如下：

一种螺旋桨用水下空化清洗装置，包括水下机器人，所述水下机器人的一端安装有水下机械手，所述水下机械手的输出端通过连接装置安装有空化清洗装置，所述水下机器人内部穿入有水管，所述水管与空化清洗装置连接；所述空化清洗装置的结构为：包括安装架，所述安装架成框架型结构，所述安装架一端与连接装置连接，另一端安装罩壳，所述罩壳外端面圆周方向均匀间隔安装有多个凸球面，所述罩壳中部安装有中心旋转体，中心旋转体穿过罩壳中心孔，并与罩壳通过螺钉固连，所述中心旋转体的一端安装有反冲喷头，所述反冲喷头位于所述安装架内部，所述中心旋转体的另一端安装有异形喷头。

作为上述技术方案的进一步改进：

至少两组异形喷头对称分布在中心旋转体上。

四个异形喷头对称分布在中心旋转体上。

所述罩壳的外表面覆盖有浮力材料。

所述连接装置的结构为：包括与水下机械手固连的底板，所述底板端面四个角处分别安装有固定座，每个固定座上安装带孔螺栓，所述安装架一端端面四个角处分别设置有安装孔，所述安装孔与带孔螺栓之间安装拉簧，位于上部两根为上拉簧，位于下部的两根为下拉簧；所述安装架中部与底板中部之间通过万向节连接。

一种螺旋桨用水下空化清洗装置的使用方法，包括如下操作步骤：

第一步：空化清洗装置调平；调整水下机械手的姿态，调整万向节、上拉簧和下拉簧，使空化清洗装置的清洗盘处于水平姿态，若清洗盘仍存在倾斜，微调带孔螺栓；

第二步：水下机器人就位；水下机械手缩回，将水下机器人吊放至水中，控制水下机器人运动至待清洗螺旋桨前，水下机械手伸出，带动安装在其上的清洗盘动作，清洗盘端面的凸球面与螺旋桨的桨叶面贴合；

第三步：大面积清洗：打开供水系统，高压水通过水管输送到清洗盘，高压水通过反冲喷头喷出，喷出的水流产生的推力将清洗盘紧贴在螺旋桨叶面，同时，高压水通过异形喷头喷出，清洗螺旋桨叶面，清洗的过程中，控制水下机械手带动清洗盘紧贴螺旋桨叶面移动；

第四步：设备回收；清洗完成后，回收水下清洗装置，待下次清洗。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过水下机器人、水下机械手、连接装置和空化清洗装置的配合作用，可以方便的实现对螺旋桨的水下自动清洗工作，清洗方便，工作效率高，清洗成本低。

(1)由于采用了水下机器人搭载机械手及空化清洗装置，代替了人工下水清洗，降低清洗成本；

(2)由于采用的清洗技术为空化清洗技术，在对螺旋桨叶面进行清洗时，可以有效的清除螺旋桨叶面附着物，并且不会损伤螺旋桨叶面；

(3)空化清洗盘采用罩壳包裹，保证清洗距离的同时，会在罩壳内部产生一定负压，有利于清洗盘贴紧螺旋桨叶面；

(4)空化清洗盘旋转中心轴末端装有反向喷嘴，喷嘴产生的推力有助于清洗盘紧贴螺旋桨叶面；

(5)空化清洗盘采用双级空化喷头，大大提高螺旋桨清洗效率和清洗效果；

(6)空化清洗盘采用的双级空化喷头为歪头结构，有利于清洗时自旋转；

(7)空化清洗盘端部采用凸起结构，清洗时凸起部分与螺旋桨叶面接触，减小接触阻力，便于清洗盘移动清洗；

(8)机械手与空化清洗盘的连接装置为万向节结构，使得空化清洗盘在工作过程中灵活转动，易于贴合螺旋桨叶面，增强清洗效果；

(9)机械手与空化清洗盘连接装置中采用拉簧，使空化清洗盘在非工作状态下保持在初始位置，不至于下垂。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明空化清洗装置的结构示意图。

图3为本发明空化清洗装置的主视图。

图4为本发明连接装置的结构示意图。

图5为本发明连接装置的受力示意图。

其中：1、水下机器人；2、水下机械手；3、连接装置；4、空化清洗装置；5、水管；6、安装架；7、反冲喷头；8、罩壳；9、凸球面；10、异形喷头；11、中心旋转体；25、底板；26、带孔螺栓；27、上拉簧；28、下拉簧；29、万向节。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图5所示，本实施例的螺旋桨用水下空化清洗装置，包括水下机器人1，水下机器人1的一端安装有水下机械手2，水下机械手2的输出端通过连接装置3安装有空化清洗装置4，水下机器人1内部穿入有水管5，水管5与空化清洗装置4连接；空化清洗装置4的结构为：包括安装架6，安装架6成框架型结构，安装架6一端与连接装置3连接，另一端安装罩壳8，罩壳8外端面圆周方向均匀间隔安装有多个凸球面9，罩壳8中部安装有中心旋转体11，中心旋转体11穿过罩壳8中心孔，并与罩壳8通过螺钉固连，中心旋转体11的一端安装有反冲喷头7，反冲喷头7位于安装架6内部，中心旋转体11的另一端安装有异形喷头10。

至少两组异形喷头10对称分布在中心旋转体11上。

四个异形喷头10对称分布在中心旋转体11上。

罩壳8的外表面覆盖有浮力材料。

连接装置3的结构为：包括与水下机械手2固连的底板25，底板25端面四个角处分别安装有固定座，每个固定座上安装带孔螺栓26，安装架6一端端面四个角处分别设置有安装孔，安装孔与带孔螺栓26之间安装拉簧，位于上部两根为上拉簧27，位于下部的两根为下拉簧28；安装架6中部与底板25中部之间通过万向节29连接。

本实施例的螺旋桨用水下空化清洗装置的使用方法，

包括如下操作步骤：

第一步：空化清洗装置4调平；调整水下机械手2的姿态，调整万向节29、上拉簧27和下拉簧28，使空化清洗装置4的清洗盘处于水平姿态，若清洗盘仍存在倾斜，微调带孔螺栓26；

第二步：水下机器人1就位；水下机械手2缩回，将水下机器人1吊放至水中，控制水下机器人1运动至待清洗螺旋桨前，水下机械手2伸出，带动安装在其上的清洗盘动作，清洗盘端面的凸球面9与螺旋桨的桨叶面贴合；

第三步：大面积清洗：打开供水系统，高压水通过水管5输送到清洗盘，高压水通过反冲喷头7喷出，喷出的水流产生的推力将清洗盘紧贴在螺旋桨叶面，同时，高压水通过异形喷头10喷出，清洗螺旋桨叶面，清洗的过程中，控制水下机械手2带动清洗盘紧贴螺旋桨叶面移动；

第四步：设备回收；清洗完成后，回收水下清洗装置，待下次清洗。

本发明的具体结构如下：

如图1所示，水下的清洗设备包括水下机器人1、水下机械手2、连接装置3和空化清洗装置4，的水下机器人1头部装有水下机械手2，的空化清洗装置4通过连接装置3安装到水下机械手2上；

空化清洗装置4为空化清洗盘，如图2所示，包括安装架6、反冲喷头7、罩壳8、凸球面9、异形喷头10、中心旋转体11；

安装架6一端与连接装置3连接，另一端装有罩壳8，的罩壳8的高度要保证喷头距离螺旋桨叶面5～10cm，保证清洗效果；的罩壳8外表面覆盖有浮力材料，用于平衡其自重；如图3所示，在罩壳8端部，均布6～10个凸球面9，凸球面9的半径，根据螺旋桨叶面上附着的海蛎子等附着物平均大小来决定，确保凸球面9不会卡在间隙中；中心旋转体11穿过罩壳8中心孔，并与罩壳8通过螺钉固连，中心旋转体11一端装有反冲喷头7，反冲喷头7在工作过程中会产生反向作用力，推动空化清洗盘贴至螺旋桨叶面；中心旋转体11另一端装有异形喷头10；异形喷头10对称分布在中心旋转体11上，至少分布两组异形喷头10，如图3所示，其异形结构可增强旋转效果，异形喷头10长度不一致，可增大清洗面积，提高清洗效率；

清洗过程中，空化清洗盘须与螺旋桨叶面贴合，由于螺旋桨独特的曲面结构，设计连接装置3来连接水下机械手2和空化清洗盘，该结构可使空化清洗盘与螺旋桨叶面很好的贴合。

如图4所示，所述的连接装置3包括底板25、带孔螺栓26、上拉簧27、下拉簧28、万向节29；

底板25与水下机械手2固连；同样的，为使空化清洗盘有两个转动自由度，采用万向节29连接底板25和安装架6；为防止空化清洗盘在初始状态下下垂，利用四根拉簧来确定空化清洗盘初始位置，四根拉簧分为上拉簧27和下拉簧28各两根，拉簧连接安装架6和带孔螺栓26，带孔螺栓26可在底板25上移动，便于调整拉簧初始拉力；根据受力平衡选取拉簧。

连接装置3的受力情况如图5所示，a、b、e、f、分别为拉簧连接点，d为万向节中心点，g为空化清洗盘重心位置点；主要受力包括拉簧拉力F1、F2和空化清洗盘重力G，为使空化清洗盘初始状态受力平衡，则

G×cosγ×l₃+F₁×cosβ×l₁＝F₂×cosα×l₂

其中，F₁为下拉簧28产生的拉力；

F₂为上拉簧27产生的拉力；

l₁为df间距；

l₂为de间距；

l₃为dg间距；

拉簧拉力计算公式如下，

F₁＝k₁×(x₁ x₁₀)

F₂＝k₂×(x₂-x₂₀)

其中，k₁、k₂分别为下拉簧28和上拉簧27的弹性系数，

x₁、x₂分别为ae、bf间距，

x₁₀、x₂₀分别为下拉簧28和上拉簧27的初始长度，

拉簧的设计参数应满足上述方程，可使空化清洗盘在初始位置处于平衡状态，同时，清洗完成后，利用拉簧将空化清洗盘恢复至初始位置。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种螺旋桨用水下空化清洗装置，其特征在于：包括水下机器人(1)，所述水下机器人(1)的一端安装有水下机械手(2)，所述水下机械手(2)的输出端通过连接装置(3)安装有空化清洗装置(4)，所述水下机器人(1)内部穿入有水管(5)，所述水管(5)与空化清洗装置(4)连接；所述空化清洗装置(4)的结构为：包括安装架(6)，所述安装架(6)成框架型结构，所述安装架(6)一端与连接装置(3)连接，另一端安装罩壳(8)，所述罩壳(8)外端面圆周方向均匀间隔安装有多个凸球面(9)，所述罩壳(8)中部安装有中心旋转体(11)，中心旋转体(11)穿过罩壳(8)中心孔，并与罩壳(8)通过螺钉固连，所述中心旋转体(11)的一端安装有反冲喷头(7)，所述反冲喷头(7)位于所述安装架(6)内部，所述中心旋转体(11)的另一端安装有异形喷头(10)。

2.如权利要求1所述的螺旋桨用水下空化清洗装置，其特征在于：至少两组异形喷头(10)对称分布在中心旋转体(11)上。

3.如权利要求1所述的螺旋桨用水下空化清洗装置，其特征在于：四个异形喷头(10)对称分布在中心旋转体(11)上。

4.如权利要求1所述的螺旋桨用水下空化清洗装置，其特征在于：所述罩壳(8)的外表面覆盖有浮力材料。

5.如权利要求1所述的螺旋桨用水下空化清洗装置，其特征在于：所述连接装置(3)的结构为：包括与水下机械手(2)固连的底板(25)，所述底板(25)端面四个角处分别安装有固定座，每个固定座上安装带孔螺栓(26)，所述安装架(6)一端端面四个角处分别设置有安装孔，所述安装孔与带孔螺栓(26)之间安装拉簧，位于上部两根为上拉簧(27)，位于下部的两根为下拉簧(28)；所述安装架(6)中部与底板(25)中部之间通过万向节(29)连接。

6.一种利用权利要求1所述的螺旋桨用水下空化清洗装置的使用方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

第一步：空化清洗装置(4)调平；调整水下机械手(2)的姿态，调整万向节(29)、上拉簧(27)和下拉簧(28)，使空化清洗装置(4)的清洗盘处于水平姿态，若清洗盘仍存在倾斜，微调带孔螺栓(26)；

第二步：水下机器人(1)就位；水下机械手(2)缩回，将水下机器人(1)吊放至水中，控制水下机器人(1)运动至待清洗螺旋桨前，水下机械手(2)伸出，带动安装在其上的清洗盘动作，清洗盘端面的凸球面(9)与螺旋桨的桨叶面贴合；

第三步：大面积清洗：打开供水系统，高压水通过水管(5)输送到清洗盘，高压水通过反冲喷头(7)喷出，喷出的水流产生的推力将清洗盘紧贴在螺旋桨叶面，同时，高压水通过异形喷头(10)喷出，清洗螺旋桨叶面，清洗的过程中，控制水下机械手(2)带动清洗盘紧贴螺旋桨叶面移动；

第四步：设备回收；清洗完成后，回收水下清洗装置，待下次清洗。