CN113291433B - 一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，包括纵移机构、横移机构、升降机构和挡隔板，纵移机构通过两个底座固定在冰水池上方同一水平面左右两侧的固定杆上，横移机构与纵移机构的滑块连接，通过滑块推动横移机构沿着纵移机构的滑块运动槽移动，横移机构驱动喷淋机构沿杆套横向移动，喷淋机构与横移机构的运动轴通过带传动，在每个底座下端均设有升降机构，可加热的挡隔板固定在升降机构的下机座上。本发明可自由移动喷头的位置进行喷淋工作，控制不同位置模型冰的生长速度以达到不同区域不同冰厚的目的，为破冰试验提供高质量的模型冰，同时在进行水池实验等可以快速有效的对冰面进行切割。

Description

一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程装备设计制造技术领域，具体涉及一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置。

背景技术

近年来，极地海洋资源的开发和极地航运技术的不断发展，推动了破冰船、极地科考船、冰区运输船、冰区海洋工程船等冰区船舶及冰区海洋机构物的设计开发，与之相关的冰区船舶性能研究成为船舶工业界及航运界关注的热点问题。与常规水域航行的普通船舶不同，冰区船舶与冰区海洋结构物在设计时，需要针对特殊的极地海洋环境开展船体结构、航行性能、主要设备的适应性研究。

为验证船舶在冰区海洋环境下的航行性能和主要设备的可靠性，需要结合船体设计开发的要求，有针对性地开展冰水池模型试验。冰水池是一种服务于冰区船舶与海洋工程结构物设计、建造的模型试验水池。通过模拟海洋水平面的冻结状态，实现各种冰情环境条件的冰力学性质相似，实现对试验模型在冰区作业工况下主要参数的试验测量。

我国目前还没有用于开发极地航行船舶的真正意义上的冰水池，从长远来看，冰水池及其试验技术已成为限制我国极地船舶自主设计的关键因素，与此对应的冰水池的相关配套设施建设和试验技术的发展变得尤为迫切。

现有技术中申请公布号CN108444673A公开了一种冰水池碎冰航道产生装置，包括滑动装置部分、切冰连接装置部分、碰撞装置部分，碰撞装置部分包括冰刀，该申请公开的结构较为复杂，且无法提供模型冰。申请公布号CN110696992 A公开了一种用于移动脉动载荷破冰研究的冰水池实验装置，公开了横移机构、纵移机构，但是其结构较为复杂，体积较大，且该专利申请也无法提供模型冰。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，可自由移动喷头的位置进行喷淋工作，控制不同位置模型冰的生长速度以达到不同区域不同冰厚的目的。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明是一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，包括纵移机构、横移机构、升降机构和挡隔板，纵移机构通过两个底座固定在冰水池上方同一水平面左右两侧的固定杆上，横移机构与纵移机构的滑块连接，通过滑块推动横移机构沿着纵移机构的滑块运动槽移动，横移机构驱动喷淋机构沿杆套横向移动，喷淋机构与横移机构的运动轴通过带传动，在每个底座下端均设置有升降机构，可加热的挡隔板固定在升降机构的下机座上。

本发明的进一步改进在于：纵移机构采用曲柄滑块机构，包括两个底座，在两个底座上均设置有滑块运动槽，在左侧的底座上设置有驱动主动杆带动从动杆运动的伺服驱动机构，从动杆与左侧的滑块连接。

本发明的进一步改进在于：横移机构包括蜗杆、蜗轮、杆套、运动轴和直齿齿轮，杆套套设在蜗杆上，通过运动轴固定的蜗轮设置在杆套下端的中空矩形结构内，且与蜗杆配合，且杆套的两端分别与两个滑块焊接，直齿齿轮通过键连接在蜗杆的左端，在左侧的滑块运动槽内设置有与直齿齿轮啮合的齿条。

本发明的进一步改进在于：杆套分为上部和下部，上部为内径大于蜗杆直径的圆形中空结构，下部为中空矩形结构，内部中空的宽度与蜗轮的厚度相等，在中空矩形结构前后两侧设置有位置对应的供运动轴穿出的圆角矩形开口。

本发明的进一步改进在于：喷淋机构包括壳体、转轴、中空连杆、球形活动件、雾化喷头和制冷圈，设置在壳体内的转轴与运动轴通过带传送，在转轴与中空连杆上设置有相互啮合的直齿锥齿轮，中空连杆的上端与引入水源的喷管相连，其下端与球形活动件连接，在雾化喷头与球形活动件球形配合，在雾化喷头外侧固定装有与制冷机连接的制冰圈。

本发明的进一步改进在于：升降机构包括下机座，在下机座与底座之间设置有可活动的X型剪叉式结构，X型剪叉式结构包括四个支撑杆，每两个支撑杆为一组，每组的两个支撑杆平行设置，两组通过横杆铰接，驱动杆的一端通过横杆铰接固定，另一端设置有轮齿，且与固定铰支座可转动连接，固定在底座上的电机通过主动齿轮与轮齿啮合。

本发明的进一步改进在于：在底座和下机座上均设置有与滑动铰支座配合的导槽，支撑杆的一端通过滑动铰支座沿着导槽活动。

本发明的进一步改进在于：挡隔板包括数个活动板和固定部，每个活动板均通过套筒可调节固定在固定轴上。

本发明的有益效果是：与现有冰水池装置相比，当实验室内整体降温时，本发明可自由移动喷头的位置进行喷淋工作，控制不同位置模型冰的生长速度以达到不同区域不同冰厚的目的，为破冰试验提供高质量的模型冰；同时在进行水池实验等可以快速有效的对冰面进行切割，平稳便捷，进一步完善了冰水池实验的完整性。

附图说明

图1为本发明的机构示意图；

图2为本发明挡隔板下方冰水池的工作示意图；

图3为本发明纵移机构中曲柄摇杆机构示意图；

图4为本发明纵移机构左侧爆炸示意图；

图5为本发明纵移机构与横移机构连接处爆炸示意图；

图6为本发明横移机构示意图；

图7为本发明横移机构爆炸图；

图8为本发明喷淋机构整体装配示意图；

图9为本发明喷淋机构爆炸图；

图10为本发明升降机构示意图；

图11为本发明升降机构局部示意图；

图12为本发明挡隔板结构示意图。

其中：1-纵移机构、2-横移机构、3-喷淋机构、4-升降机构4和5-挡隔板、11-底座、12-伺服电机、13-主动锥齿轮、14-从动锥齿轮、15-主动杆、16-固定关节、17-从动杆、18-滑块、19-滑块运动槽、21-蜗杆、22-蜗轮、23-杆套、24-运动轴、25-直齿齿轮、31-壳体、32-深沟球轴承、33-转轴、34-直齿锥齿轮、35-中空连杆、36-球形活动件、37-雾化喷头、38-制冷圈、41-电动机、42-主动齿轮、43-驱动杆、44-支撑杆、45-横杆、46-滑动导轨、47-下机座、51-挡隔板单元、52-套筒、53-固定轴。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-12所示，本发明是一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，包括纵移机构1、横移机构2、升降机构4和挡隔板5，纵移机构1通过两个底座11固定在冰水池上方同一水平面左右两侧的固定杆上，横移机构2与纵移机构1的滑块18连接，通过滑块18推动横移机构2沿着纵移机构1的滑块运动槽19移动，横移机构2通过蜗轮22和蜗杆21驱动喷淋机构3沿杆套23横向移动，蜗杆21通过与滑块18与纵移机构1相连而获得动力，喷淋机构3与横移机构2的运动轴24通过带传动，在每个底座11下端均设置有升降机构4，可加热的挡隔板5固定在升降机构4的下机座47上。

纵移机构1采用曲柄滑块机构，包括两个底座11，在底座11上设有与固定杆配合的小孔，在两个底座11上均设置有滑块运动槽19，在左侧的底座11上设置有驱动主动杆15带动从动杆17运动的伺服驱动机构，从动杆17与左侧的滑块18连接，伺服驱动机构包括伺服电机12、主动锥齿轮13和装配在主动杆15上的从动锥齿轮14，伺服电机12通过螺钉固定在底座11的底面下方，主动锥齿轮13轴向固定在电机输出轴上，两轴交角垂直的从动锥齿轮14与其相啮合，能够带动主动杆15开始运动，从动杆17总体长度略长于主动杆15，且从动杆17通过固定关节16与主动杆15铰接，滑块18被限制在运动槽19内进行前后往复运动。

横移机构2包括蜗杆21、蜗杆21、杆套23、运动轴24和直齿齿轮25，杆套23套设在蜗杆21上，通过运动轴24固定的蜗轮22设置在杆套23下端的中空矩形结构内，且与蜗杆21配合，且杆套23的两端分别与两个滑块18焊接，直齿齿轮25通过键连接在蜗杆21的左端，在左侧的滑块运动槽19内设置有与直齿齿轮25啮合的齿条。当纵移机构1开始工作时，滑块18的移动将会带动齿轮25的转动，与其连接的蜗杆21也随之转动，从而达到与蜗杆配合的蜗轮22能够左右移动的目的。杆套23整体分为上部和下部，上部为内径略大于蜗杆21直径的圆形中空结构，下部为中空矩形结构，中空矩形结构的长度约为蜗杆21长度三分之二，中空矩形结构的内部中空部位的宽度与蜗轮22的厚度相等，在中空矩形结构前后两侧设置有位置对应的供运动轴24穿出的圆角矩形开口，该开口能够满足与蜗轮22内孔等高、宽度与运动轴24直径相同，因而不仅能限制机构工作时蜗轮22的振荡，还能固定蜗轮22位置，使其与蜗杆21完美啮合；运动轴24与蜗轮22通过键连接的方式相连，蜗轮22转动带动运动轴24。

喷淋机构3包括壳体31、转轴33、中空连杆35、球形活动件36、雾化喷头37和制冷圈38，喷淋机构3的壳体31悬挂在两端装有大小相同的深沟球轴承32的运动轴24正下方，深沟球轴承32装配在固定在壳体上的轴承支座内，设置在壳体31内的转轴33与运动轴24通过带传送，在转轴33与中空连杆35上设置有相互啮合的直齿锥齿轮34，直齿锥齿轮34呈90°啮合，中空连杆35在齿轮34的驱动下带动喷头37绕轴线转动，使喷淋的均匀度大大提高，同时减少液体的浪费，中空连杆35上端可与引入水源的喷管相连，中空连杆35下端与球形活动件36连接，雾化喷头37设有球形中空连通部以便套接在球形活动件36上，因球形活动件36和雾化喷头37之间为球形配合，从而喷嘴可以实现一定角度的调整，增加了喷淋机构3的工作角度，能够更好地满足试验需要，在雾化喷头37外侧固定装有与制冷机连接的制冰圈38，通过制冰圈38可使雾化喷头37喷洒的水雾迅速凝结成小冰晶，以控制不同位置模型冰的生长速度从而达到不同区域不同冰厚的目的。

升降机构4包括下机座47，底座11可视为固定不动的平台，下机座47与底座11处于同一铅垂面上，在下机座47与底座11之间设置有可活动的X型剪叉式结构，X型剪叉式结构包括四个支撑杆44，支撑杆44的一端铰接固定在滑动铰支座46，其另一端固定在固定铰支座上，每两个支撑杆44为一组，每组的两个支撑杆44平行设置，两组中部通过横杆45铰接，驱动杆43的一端通过横杆45铰接固定，且驱动杆43处于横杆45中间位置，其另一端设置有轮齿，在底座11上的两个固定铰支座通过一个绞轴连接，驱动杆43的上端通过绞轴固定，固定在底座11上的电机通过主动齿轮42与轮齿啮合，通过主动齿轮42与轮齿啮合，从而带动驱动杆43转动，进一步带动支撑杆44运动，支撑杆44端部的滑动铰支座46沿着导槽滑动，使得下机座47在铅垂方向升降，从而保证了更高的稳定性，更宽大的支撑平台和更好的承载能力。

挡隔板5包括数个活动板和固定部，活动板套在固定部的固定板上，通过活动板和固定部组成数个挡隔板单元51，每个活动板一侧均通过套筒52可调节固定在固定轴53上，可根据需要自由调整两活动板之间的距离，同时进行加热对冰水池冰面有效切割。

工作原理：本发明可通过纵移机构1、横移机构2带动喷淋机构3移动，与横移机构2的运动轴24通过带传动的方式带动喷淋机构3的转轴33转动，转轴33通过直齿锥齿轮34带动中空连杆35转动，中空连杆35与雾化喷头37之间为球形配合，从而实现雾化喷头37转动，增加了喷淋机构3的工作角度，通过制冰圈38可使雾化喷头37喷洒的水雾迅速凝结成小冰晶，满足实验需要。升降机构4带动挡隔板5升降实现对冰面切割。

以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，包括纵移机构（1）、横移机构（2）、升降机构（4）和挡隔板（5），其特征在于：所述纵移机构（1）通过两个底座（11）固定在冰水池上方同一水平面左右两侧的固定杆上，所述横移机构（2）与所述纵移机构（1）的滑块（18）连接，通过所述滑块（18）推动所述横移机构（2）沿着所述纵移机构（1）的滑块运动槽（19）移动，所述横移机构（2）驱动喷淋机构（3）沿杆套（23）横向移动，所述喷淋机构（3）与所述横移机构（2）的运动轴（24）通过带传动，在每个所述底座（11）下端均设置有所述升降机构（4），可加热的所述挡隔板（5）固定在所述升降机构（4）的下机座（47）上。

2.根据权利要求1所述一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，其特征在于：所述纵移机构（1）采用曲柄滑块机构，包括两个底座（11），在两个所述底座（11）上均设置有滑块运动槽（19），在左侧的所述底座（11）上设置有驱动主动杆（15）带动从动杆（17）运动的伺服驱动机构，所述从动杆（17）与左侧的滑块（18）连接。

3.根据权利要求2所述一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，其特征在于：所述横移机构（2）包括蜗杆（21）、蜗轮（22）、杆套（23）、运动轴（24）和直齿齿轮（25），所述杆套（23）套设在所述蜗杆（21）上，通过所述运动轴（24）固定的所述蜗轮（22）设置在所述杆套（23）下端的中空矩形结构内，且与所述蜗杆（21）配合，且所述杆套（23）的两端分别与两个所述滑块（18）焊接，所述直齿齿轮（25）通过键连接在所述蜗杆（21）的左端，在左侧的所述滑块运动槽（19）内设置有与所述直齿齿轮（25）啮合的齿条。

4.根据权利要求3所述一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，其特征在于：所述杆套（23）分为上部和下部，所述上部为内径大于蜗杆（21）直径的圆形中空结构，所述下部为中空矩形结构，内部中空的宽度与所述蜗轮（22）的厚度相等，在所述中空矩形结构前后两侧设置有位置对应的供所述运动轴（24）穿出的圆角矩形开口。

5.根据权利要求4所述一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，其特征在于：所述喷淋机构（3）包括壳体（31）、转轴（33）、中空连杆（35）、球形活动件（36）、雾化喷头（37）和制冷圈（38），设置在所述壳体（31）内的所述转轴（33）与所述运动轴（24）通过带传送，在所述转轴（33）与所述中空连杆（35）上设置有相互啮合的直齿锥齿轮（34），所述中空连杆（35）的上端与引入水源的喷管相连，其下端与所述球形活动件（36）连接，在所述雾化喷头（37）与所述球形活动件（36）球形配合，在所述雾化喷头（37）外侧固定装有与制冷机连接的制冰圈。

6.根据权利要求1所述一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，其特征在于：所述升降机构（4）包括下机座（47），在所述下机座（47）与所述底座（11）之间设置有可活动的X型剪叉式结构，X型剪叉式结构包括四个支撑杆（44），每两个所述支撑杆（44）为一组，每组的两个支撑杆（44）平行设置，两组通过横杆（45）铰接，驱动杆（43）的一端通过横杆（45）铰接固定，另一端设置有轮齿，且与固定铰支座可转动连接，固定在所述底座（11）上的电机通过主动齿轮（42）与所述轮齿啮合。

7.根据权利要求6所述一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，其特征在于：在所述底座（11）和所述下机座（47）上均设置有与滑动铰支座（46）配合的导槽，所述支撑杆（44）的一端通过所述滑动铰支座（46）沿着所述导槽活动。

8.根据权利要求1-7任意一项所述一种基于喷雾引晶技术的低温冰水池实验装置，其特征在于：所述挡隔板（5）包括数个活动板和固定部，通过所述活动板和固定部组成数个挡隔板单元（51），每个所述活动板均通过套筒（52）可调节固定在固定轴（53）上。

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