CN110027680B - 一种破冰船 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种破冰船，船体两边舷侧各设有一个连续法破冰装置，所述船体底部设置冲撞法破冰装置，本发明提供的连续法破冰装置在破冰船与冰层接触之前，用锥头式结构在液压装置的作用，给予冰层垂直截面瞬间的撞击力，可多次撞击，用于破坏冰层的内部结构，增加冰层的可破碎性，从而减少连续式破冰时所受到的阻力。也可以用于破坏破冰船航行时两侧的浮冰，减少浮冰对船体舷侧的侧向压力，减少磨损破坏。本发明提供的冲撞法破冰装置可以利用伸出船底的破冰装置利用势能的效果，加快破冰的效率，还可以利用船底的重力集中于船体的一点或者是一个部分，从而增大冰层部分的受力情况，加大破冰效率。同时对船体结构没有损伤。
Description
技术领域
本发明属于船舶制造技术领域，具体为一种破冰船。
背景技术
1864年，俄国人将一艘小轮船“派洛特”号改装成世界第一艘破冰船，为在冰冻期保持喀琅施塔得至奥兰宁鲍姆航线的通航，而1899年，英国为俄国建造的“叶尔马克”号破冰船，则是第一艘在北极航行的破冰船。从19世纪开始，破冰船得到不断地发展。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。欧美国家大多数处于极寒地区，河道长期冰冻，不利于船舶的出行。因此这些国家对破冰船技术的发展非常的重视。另外一方面，随着科技的发展，地面资源的枯竭，人们逐渐将目光投向海洋资源，海洋蕴含着丰富的矿产资源，比如石油，天然气，煤，镍等等。但是海洋资源大多数位于极寒地区，冰区遍及。勘察和开采的难度系数都很大，在这过程中，物资装备的运输也成为巨大的难题，所以，破冰船的发展是必要的，是开采海洋资源的必备的交通工具。
破冰船的设计与常规船型结构不一样，它的船身短而宽，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，有利于破冰时，首部压挤冰层在行进中连续破冰或反复突进破冰。现有的破冰方式有两种：“连续法“和“冲撞法“。
在冰层不超过1.5米的情况下采用“连续法“破冰方式，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。但是这样破冰效率不是太高，在遇到过厚的冰层时，一次冲撞并不会使冰面破碎，需多次冲撞，这样不仅仅是破冰效率低，而且对船体结构的损害也是巨大的。因此为了提高破冰船工作的效率和减少船体结构受到的损害，需要设计一种新型的船舶破冰结构。
发明内容
所要解决的技术问题：
现有的连续法破冰船在1.5米的情况下采用，通过船首撞击使的冰面破裂，从而达到破冰效果，在多次撞击下船首会产生磨损甚至损坏。
现有的破冰船在冰层较厚的情况下，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。但是这样破冰效率不是太高，在遇到过厚的冰层时，一次冲撞并不会使冰面破碎，需多次冲撞，这样不仅仅是破冰效率低，而且对船体结构的损害也是巨大。
技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种破冰船，包括船体，船体两边舷侧各设有一个连续法破冰装置，所述的连续法破冰装置包括第一段机械支架、连轴旋转器、第二段机械支架、第一液压装置和锥头式结构，所述第一段机械支架设置在船体舷侧上，所述的第二段机械支架和第一端机械支架通过连轴旋转器连接，所述的锥头式结构和第二段机械支架连接，所述船体底部设置冲撞法破冰装置，所述的冲撞法破冰装置包括圆台式结构和第二液压装置，所述的圆台式结构初始状态为内嵌于船体内，所述的圆台式结构的上端和第二液压装置连接，所述的圆台式结构为上端大，下端小，内部是空的，下端不封闭，所述圆台式结构有4个，船尾两侧各设一个圆台式结构，船首两侧各设一个圆台式结构，船尾和船首对称的设置圆台式结构。
所述锥头式结构嵌入第二段机械支架内，所述的第二段机械支架内设有第一液压装置，所述的第一液压装置位于锥头式结构上端，在第一液压装置的作用下，锥头式结构能够从第二段机械支架内伸出。
所述的船体的两边舷侧上设置轨道，所述的第一段机械支架通过轨道啮合器和轨道连接，能够在轨道内滑动。
所述轨道是内嵌于船体内部，所述述轨道为两根平行实心杆件，每个所述实心杆件上套有螺旋杆件，所述的轨道啮合器中设有两个螺旋旋转器，每个所述的螺旋旋转器和一根螺旋杆件相配合，所述的螺旋杆件套入到对应的螺旋旋转器中，所述的螺旋旋转器由电机提供动力。
所述第一段机械支架和第二段机械支架之间的连轴旋转器设有锁死装置，在所述连轴旋转器内部的空间内设置一组插销，通过插入连轴旋转器的内部空间内，进行锁死固定。
所述第二段机械支架与锥式结构相连处为拆装结构。
所述的第二液压装置为三段式，下一段的液压圆台从上一段中伸出，下一段的液压圆台的直径小于上一段的液压圆台的直径。
所述圆台式结构的圆台表面上设有2条从上往下缝，所述的2条缝均匀分布在圆台表面，将圆台表面分成3部分。
所述圆台式结构内部设有爪状伸缩器，所述瓜状伸缩器包括1个圆形契合器5、3根连接杆和3根伸缩杆，每个所述的连接杆和每个圆台表面的一部分的内壁紧密贴合，每个所述的连接杆通过一根伸缩杆和圆形契合器连接，所述的圆形契合器为一个平台，设置在圆台式结构上端的下方，所述圆台式结构上端开圆孔，所述圆孔的大小比液压装置的第三段的液压圆台略大，使第二液压装置的第三段的液压圆台能够从圆孔中进入到圆台式结构并和圆形契合器5连接。
所述的圆台式结构1-6内部设有蒸汽管道。
有益效果：
本发明提供的连续法破冰的破冰船在破冰船与冰层接触之前，用锥头式结构在液压装置的作用，给予冰层垂直截面瞬间的撞击力，可多次撞击，用于破坏冰层的内部结构，增加冰层的可破碎性，从而减少连续式破冰时所受到的阻力。也可以用于破坏破冰船航行时两侧的浮冰，减少浮冰对船体舷侧的侧向压力，减少磨损破坏。
本发明提供的冲撞法破冰的破冰船可以利用伸出船底的破冰装置利用势能的效果，加快破冰的效率，还可以利用船底的重力集中于船体的一点或者是一个部分，从而增大冰层部分的受力情况，加大破冰效率。同时对船体结构没有损伤。
附图说明
图1为本发明的左视图。
图2为本发明的仰视图。
图3为本发明中轨道和轨道啮合器配合的结构示意图。
图4为本发明中连续法破冰装置的结构示意图。
图5为破冰船结构分布仰视图。
图6为本发明中圆台式结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例来对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种破冰船，包括船体，船体两边舷侧各设有一个连续法破冰装置，所述的连续法破冰装置包括第一段机械支架1-2、连轴旋转器1-3、第二段机械支架1-4、第一液压装置1-7和锥头式结构1-8，所述第一段机械支架1-2设置在船体舷侧上，所述的第二段机械支架1-4和第一端机械支架1-2通过连轴旋转器1-3连接，所述的锥头式结构1-8和第二段机械支架1-4连接，所述船体底部设置冲撞法破冰装置，所述的冲撞法破冰装置包括圆台式结构1-6和第二液压装置1-5，所述的第二液压装置1-5为多段式，所述的圆台式结构1-6初始状态为内嵌于船体内，所述的圆台式结构的上端和第二液压装置1-5连接，所述的圆台式结构1-6为上端大，下端小，内部是空的，下端不封闭，所述圆台式结构1-6有4个，船尾两侧各设一个圆台式结构1-6，船首两侧各设一个圆台式结构1-6，船尾和船首对称的设置圆台式结构1-6。
在冰层不超过1.5米的情况下采用连续法破冰装置，锥头式结构1-8锥击两侧的浮冰，减少其在航行中受到的阻力。在连续性破冰时受到巨大的阻力时，破冰装置在轨道1-1上滑动锥击破冰船前侧冰面，破坏冰层的物理结构，利用断裂力学的原理，使得破冰船在撞击时减少它受到的阻力，从而增加破冰船的破冰效率。
所述的锥头式结构1-8嵌入第二段机械支架1-4内，所述的第二段机械支架1-4内设有第一液压装置，所述的第一液压装置位于锥头式结构1-8上端和锥头式结构1-8连接，在第一液压装置的作用下，锥头式结构1-8能够从第二段机械支架1-4内伸出或缩进。
未作业时，锥头式结构1-8在第一液压装置的作用下，缩进第二段机械支架1-4，减少航行时的阻力，然后通过连轴旋转器1-3，使第二段机械支架1-4折叠和第一段机械支架1-2、放于船甲板上面，减少航行时阻力。
所述第一段机械支架1-2和第二段机械支架1-4之间的连轴旋转器1-3设有锁死装置，在所述连轴旋转器1-3内部的空间内设置一组插销，通过插入连轴旋转器1-3的内部空间内，进行锁死固定，在作业时增加其的稳定性。
所述的船体的两边舷侧上设置轨道1-1，所述的第一段机械支架1-2和轨道1-1连接，并能够在轨道1-1内滑动。轨道1-1的设置，使破冰装置滑动，用于破坏破冰船航行时两侧的浮冰，减少浮冰对船体舷侧的侧向压力，减少磨损破坏。
所述舷侧轨道1-1是内嵌于船体内部，所述轨道1-1为两根平行实心杆件，每个所述实心杆件上套有螺旋杆件1，所述的轨道啮合器2中设有两个螺旋旋转器，每个所述的螺旋旋转器和一根螺旋杆件相配合，所述的螺旋杆件套入到对应的螺旋旋转器中，所述的螺旋旋转器由电机提供动力。电机带动螺旋旋转器转动，由于每个所述的螺旋旋转器和一根螺旋杆件相配合，轨道啮合器3-1沿着螺旋杆件1滑动，当螺旋旋转器停止时，由于螺旋杆的形状，双螺旋实心杆和螺旋旋转器多会相互形成阻力形成自锁，所述轨道啮合器3-1只有在螺旋旋转器2运动时，才会滑动。
所述第二段机械支架1-4与锥式结构1-8相连处是可以拆装的，便于清洗检查。
如果冰层较厚，则采用冲撞式破冰装置。所述的破冰装置包括圆台式结构1-6和第二液压装置1-5，所述的圆台式结构1-6初始状态为内嵌于船体内，所述的圆台式结构1-6的上端和第二液压装置1-5连接，所述的第二液压装置1-5能够将圆台式结构1-6从船体内伸出，同时也能将圆台式结构1-6从船体外收回到初始状态。
所述的圆台式结构1-6为上端大，下端小，内部是空的，下端不封闭。具体的圆台式结构1-6上下端的比例，根据破冰船类型以及需要破的冰而确定。
所述圆台式结构1-6有4个，船尾两侧各设一个圆台式结构1-6，船首两侧各设一个圆台式结构1-6，船尾和船首对称的设置圆台式结构。这样的结构的优势在于：通过调整圆台式结构1-6的高度，使船底的重力通过圆台式结构1-6集中于船体的一点或者一个部分，从而增大冰层部分的受力情况，加大破冰效率。
所述的第二液压装置1-5为三段式，下一段的液压圆台从上一段中伸出，下一段的液压圆台的直径小于上一段的液压圆台的直径，这样的结构，使通过液压装置可以调整圆台式结构1-6从船底伸出的长度。
实施例1
通过第二液压装置1-5，使4个圆台式结构1-6从船底伸出的长度一致，也就是4个圆台式结构1-6位于同一水平层面上，由于第二液压装置1-5为三段式，通过第二液压装置1-5同一个速度上下收缩活动，此时减少了破冰船与冰面的接触面积，增加单位接触面的受力状况，并且通过上下收缩活动，利用势能的效果，加快破冰的效率。
实施例2
通过第二液压装置1-5，由于所述的第二液压装置1-5为三段式，可以使船首的圆台式结构1-6从船底的伸出的长度小于船尾的圆台式结构1-6从船底伸出的长度，那么船体的重力集中于船尾部分，从而增大船尾的冰层的受到圆台式结构1-6的受力，加大破冰效率。
实施例3
通过第二液压装置1-5，由于所述的第二液压装置1-5为三段式，使船首的圆台式结构1-6从船底的左侧伸出的长度小于船尾的圆台式结构1-6从船底右侧船底伸出的长度，那么船体的重力集中于船底的右侧部分，从而增大船尾的冰层的受到圆台式结构1-6的受力，加大破冰效率。
从以上三个实施例可以看出，通过4个调整圆台式结构1-6从船底伸出的长度，可以使船的重力集中于对船的前或后或左或右，通过圆台式结构1-6的上下收缩运动，利用重力势能的原理，辅助破冰作业，所以破冰的过程当中，船体的底部不接触冰面，而是圆台式结构1-6和冰面接触，从而对船体结构没有任何损害。
为了在破冰装置破冰当中，增加船体的稳定性，所述的圆台式结构1-6的圆台表面上设有2条从上往下缝，所述的2条缝均匀分布在圆台表面，将圆台表面分成3部分，。所述的圆台式结构1-6使用具有一定弹性的材质，这个材质不是本发明的创新所在，可以使用现有的材质。
由于缝隙将圆台表面分成3部分，在圆台式结构1-6受力的过程，随着第二液压装置1-5上下收缩运动，而且有着船体质量的势能，由于缝隙将圆台表面分成N+1部分，在圆台式结构受力的过程，使圆台式结构1-6的3部分，有外向支出的趋势，这样的结构使船体在破冰装置破冰过程中更加稳定。
为了更好的船体稳定性，所述圆台式结构1-6内部设有爪状伸缩器，所述瓜状伸缩器包括1个圆形契合器5、3根连接杆6和3根伸缩杆7，每个所述的连接杆6和每个圆台表面的一部分的内壁紧密贴合，每个所述的连接杆6通过一根伸缩杆7和圆形契合器5连接，所述的圆形契合器5为一个圆形平台，设置在圆台式结构1-6上端的下方，所述的液压装置1-5为三段式，所述圆台式结构1-6上端开圆孔，所述圆孔的大小比液压装置1-5的第三段的液压圆台略大，使液压装置1-5的第三段的液压圆台能够从圆孔中进入到圆台式结构1-6并和圆形契合器5连接。
实施例4
在实施例1-3的基础下，由于圆台式结构1-6上端圆孔的存在，使得在圆台式结构1-6和冰面接触下，液压装置1-5的最后一段圆台给圆形契合器5一个向下的力，随着圆形契合器5向下，通过伸缩杆7给连接杆6一个向外的力，将和每个连接杆6连接的圆台式结构1-6的一部分向外撑出，使圆台式结构1-6通过类爪状的形状和冰面接触，更好的增加了船体的稳定性。特别在实施例1的情况下。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (10)
1.一种破冰船，包括船体，其特征在于：船体两边舷侧各设有一个连续法破冰装置，所述的连续法破冰装置包括第一段机械支架（1-2）、连轴旋转器（1-3）、第二段机械支架（1-4）、第一液压装置（1-7）和锥头式结构（1-8），所述第一段机械支架（1-2）设置在船体舷侧上，所述的第二段机械支架（1-4）和第一段机械支架（1-2）通过连轴旋转器（1-3）连接，所述的锥头式结构（1-8）和第二段机械支架（1-4）连接，所述船体底部设置冲撞法破冰装置，所述的冲撞法破冰装置包括圆台式结构（1-6）和第二液压装置（1-5），所述的圆台式结构（1-6）初始状态为内嵌于船体内，所述的圆台式结构的上端和第二液压装置（1-5）连接，所述的圆台式结构（1-6）为上端大，下端小，内部是空的，下端不封闭，所述圆台式结构（1-6）有4个，船尾两侧各设一个圆台式结构（1-6），船首两侧各设一个圆台式结构（1-6），船尾和船首对称的设置圆台式结构（1-6）。
2.如权利要求1所述的破冰船，其特征在于：所述锥头式结构（1-8）嵌入第二段机械支架（1-4）内，所述的第二段机械支架（1-4）内设有第一液压装置（1-7），所述的第一液压装置（1-7）位于锥头式结构（1-8）上端，在第一液压装置（1-7）的作用下，锥头式结构（1-8）能够从第二段机械支架（1-4）内伸出。
3.如权利要求1或2所述的破冰船，其特征在于：所述的船体的两边舷侧上设置轨道（1-1），所述的第一段机械支架（1-2）通过轨道啮合器（2）和轨道（1-1）连接，能够在轨道（1-1）内滑动。
4.如权利要求3所述的破冰船，其特征在于：所述轨道（1-1）是内嵌于船体内部，述轨道（1-1）为两根平行实心杆件，每个所述实心杆件上套有螺旋杆件（1），所述的轨道啮合器（2）中设有两个螺旋旋转器，每个所述的螺旋旋转器和一根螺旋杆件相配合，所述的螺旋杆件套入到对应的螺旋旋转器中，所述的螺旋旋转器由电机提供动力。
5.如权利要求1或2所述的破冰船，其特征在于：所述第一段机械支架（1-2）和第二段机械支架（1-4）之间的连轴旋转器（1-3）设有锁死装置，在所述连轴旋转器（1-3）内部的空间内设置一组插销，通过插入连轴旋转器（1-3）的内部空间内，进行锁死固定。
6.如权利要求1-2、4任一权利要求所述的破冰船，其特征在于：所述第二段机械支架（1-4）与锥式结构（1-8）相连处为拆装结构。
7.如权利要求1所述的破冰船，其特征在于：所述的第二液压装置（1-5）为三段式，下一段的液压圆台从上一段中伸出，下一段的液压圆台的直径小于上一段的液压圆台的直径。
8.如权利要求1所述的破冰船，其特征在于：所述圆台式结构（1-6）的圆台表面上设有2条从上往下的缝，所述的2条缝均匀分布在圆台表面，将圆台表面分成3部分。
9.如权利要求1所述的破冰船，其特征在于：所述圆台式结构（1-6）内部设有爪状伸缩器，所述爪状伸缩器包括3个圆形契合器（5）、3根连接杆（6）和3根伸缩杆（7），每个所述的连接杆（6）和每个圆台表面的一部分的内壁紧密贴合，每个所述的连接杆（6）通过一根伸缩杆（7）和圆形契合器（5）连接，所述的圆形契合器（5）为一个平台，设置在圆台式结构（1-6）上端的下方，所述圆台式结构（1-6）上端开圆孔，所述圆孔的大小比液压装置（1-5）的第三段的液压圆台略大，使第二液压装置（1-5）的第三段的液压圆台能够从圆孔中进入到圆台式结构（1-6）并和圆形契合器（5）连接。
10.如权利要求1所述的破冰船，其特征在于：所述的圆台式结构（1-6）内部设有蒸汽管道。
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