CN114084307A

CN114084307A - 一种用于auv摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统

Info

Publication number: CN114084307A
Application number: CN202111476230.1A
Authority: CN
Inventors: 刘继鑫; 何波; 沈钺
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本发明公开一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，属于海洋工程和水下装备领域，包括驱动系统、输出轴、保护罩、螺旋绞刀、螺旋桨、水池、轨道、行车、吊机、固定装置、观测装置；驱动系统通过输出轴输出动力，螺旋绞刀和螺旋桨均安装在输出轴上，螺旋绞刀与艉舱后端有狭小缝隙，螺旋桨安装置于保护罩内部；驱动系统、输出轴、保护罩、螺旋绞刀、螺旋桨作为测试对象由固定装置固定在行车上，行车横跨水池宽边，轨道沿水池长边分布，吊机在行车上可以左右移动，观测装置安装在固定装置上，行车沿轨道移动带动水池内的设备移动，模拟设备在水下的自主航行。所述螺旋绞刀可有效地切割缠绕物，结构简单维护方便，所述测试系统方便试验在室内水池进行，节省外场试验的时间和费用，可以提高研发效率。

Description

一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统

技术领域

本发明涉及海洋工程和水下装备领域，特别是涉及一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，适用于解决AUV水下航行时的防缠绕和摆脱缠绕问题。

背景技术

螺旋桨是AUV推进系统的重要组成部分，是AUV航行的动力来源，其工作可靠性直接影响AUV的工作效率和安全性。海面及水下环境复杂多变，渔网、缆绳、水草等容易缠绕在螺旋桨和输出轴上产生卡死现象，使AUV失去动力酿成事故。

授权公告号为CN 108820175 B的发明专利公开了一种切割式防缠绕推进器，将螺旋桨导边设计为锯齿状，但是会影响螺旋桨的强度和水动力性能；授权公告号为CN109305314 B的发明专利公开了一种无人船艇螺旋桨推进器防缠绕装置，切割装置运动复杂，对转轴的磨损影响大；申请公布号为CN 112722225 A的发明专利公开了一种船舶螺旋桨防缠绕装置，切割动作需要单独的驱动机构驱动。

发明内容

为了弥补上述背景技术中提到的螺旋桨强度低和水动力性能差、切割装置运动复杂的缺陷，也为了减少驱动机构和避免对转轴的磨损，本发明采用多刀片螺旋加排屑槽方案，设计了一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀，并在测试系统中进行了测试，有效解决了螺旋桨的防缠绕问题和缠绕后的快速摆脱问题。

为了实现上述目标，本发明所采用的技术方案包括：一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，由驱动系统、输出轴、保护罩、螺旋绞刀、螺旋桨、水池、轨道、行车、吊机、固定装置、观测装置等构成，为方便介绍本发明按功能将其划分为测试对象和测试系统两部分。

所述用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，测试对象由驱动系统、输出轴、保护罩、螺旋绞刀、螺旋桨组成，并通过固定装置安装在行车上，安装过程由行车上的吊机辅助进行，驱动系统位于AUV的艉舱内且动力来源于电机，带动输出轴、螺旋绞刀、螺旋桨一起转动，螺旋绞刀无需额外的动力；

进一步的，所述输出轴安装于舱外且轴后部设计轴肩和螺纹，与螺旋绞刀配合并传递旋转的动力，螺纹与螺旋桨配合用于螺旋桨安装固定，输出轴采用阶梯设计，轴端设计小倒角，方便轴承、螺旋桨等零部件的安装；

进一步的，所述螺旋绞刀采用多刀片螺旋设计，螺旋绞刀的周向回转运动可分解为轴向切割缠绕物的运动和周向预防缠绕的运动，螺旋绞刀外表面设计排屑槽，方便绞碎的缠绕物及时排除，螺旋绞刀通过螺纹与输出轴配合并由螺旋桨压紧固定，螺旋绞刀最大外径略大于螺旋桨桨毂最大外径，螺旋绞刀安装后与艉舱后端保持缝隙，与螺旋桨桨毂前端面贴合，螺旋绞刀为独立的零件，方便加工和拆装维护，在螺旋绞刀基体上涂覆TiC以提升刀具的耐腐蚀性能；

进一步的，所述螺旋桨为B型图谱桨，桨毂设计螺纹孔，与输出轴上的螺纹配合实现旋拧式安装，螺纹拧紧后既完成了螺旋桨的安装也实现了螺旋绞刀的固定，保护罩由固定座、斜撑和圆环焊接而成，保护罩与输出轴、螺旋桨等保持同轴安装，螺旋桨置于保护罩内部，保护罩既起到防撞的作用，又可以预防输出轴和螺旋桨被缠绕。

所述用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，测试系统由水池、轨道、行车、吊机、固定装置、观测装置等组成，水池由PVC涂塑布和支架搭建而成，尺寸可灵活设置，轨道为铺设在地面的槽钢，分布在水池长边两侧；

进一步的，所述行车由方形钢管和工字钢组成，支撑架由方形钢管焊接而成，支撑架呈三角形稳定布局，底部安装滚轮由电机驱动，两侧支架通过顶部横梁连接，横梁由工字钢搭建而成，行车可沿水池两侧轨道前后移动，吊机安装在行车横梁上可以左右移动，在测试对象拆装的过程中可以辅助吊入和吊出水池；

进一步的，所述固定装置由吊梁、卡箍和橡胶环等组成，橡胶环固定于卡箍内环面，卡箍和橡胶环直径可根据艉舱尺寸确定，固定装置顶部有滚轮可以沿行车横梁左右移动，观测装置安放在固定装置后部，实时监测螺旋绞刀的切割效果。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

螺旋绞刀采用多刀片螺旋设计，由输出轴带动一起做周向转动，无需额外的驱动装置，既可以在轴向切割缠绕物也可以在周向预防缠绕，外表面设计排屑槽，方便绞碎的缠绕物及时排除，表层涂覆TiC以提升耐腐蚀性能，螺旋绞刀为独立的零件，方便加工和拆装维护，测试系统方便试验在室内水池进行，节省外场试验的时间和费用，行车沿轨道移动可以模拟水下航行状态，固定装置和吊机可以方便吊装和安装，提高试验效率，观测装置可实时监测螺旋绞刀的切割效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，后文结合具体实施例附图对本发明技术特征作了进一步阐释。所采用的具体实施例附图既能够帮助其他领域人员理解本发明，也可以为本领域内的设计人员、技术人员提供直观参考。本部分是对所采用的附图的简要说明：

图1是本发明所述测试对象及测试系统的总体布局示意图；

图2是本发明所述测试对象的装配示意图；

图3是本发明所述螺旋绞刀的轴侧图；

图4是本发明所述保护罩的结构示意图；

图5是本发明所述行车及固定装置的结构示意图；

图6是本发明所述测试对象及测试系统的应用场景图；

图中：1、测试对象；2、驱动系统；3、输出轴；4、保护罩；5、螺旋绞刀；6、螺旋桨；7、测试系统；8、水池；9、轨道；10、行车；11、吊机；12、固定装置；13、观测装置；14、艉舱；15、舵片；16、固定舵；17、水密插头；18、固定座；19、斜撑；20、圆环；21、横梁；22、支撑架；23、滚轮；24、吊梁；25、小卡箍；26、橡胶环；27、大卡箍；28、观测电脑；29、电源；30、岸基电脑。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施。因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，如图1所示，螺旋绞刀5安装在输出轴3上后成为测试对象1的主要组成部分，实施例主要包括测试对象1、测试系统7两大部分和必要的辅助试验设备。

一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，如图2所示，测试对象1由驱动系统2、输出轴3、保护罩4、螺旋绞刀5、螺旋桨6组成，并通过固定装置12安装在行车10上，安装过程由行车10上的吊机11辅助进行，驱动系统2位于AUV的艉舱内且动力来源于电机，带动输出轴3、螺旋绞刀5、螺旋桨6一起转动，螺旋绞刀5无需额外的动力。电机额定功率为400W，可灵活的进行正反转，通过电机轴、磁耦合、输出轴3完成动力传递，艉舱14最大外径324mm，长度650mm，外形保持流线型，艉舱14安装4个舵片15和4个固定舵16，呈“十”字型分布舱内密封空间充足，舱体内外通过水密插头17连通，进行电能和控制指令传输。输出轴3安装于舱外且轴后部设计轴肩和M10螺纹，螺纹长度为54mm，与螺旋绞刀5配合并传递旋转的动力，M10螺纹与螺旋桨6配合用于螺旋桨6安装固定，输出轴3采用阶梯设计，最大直径16mm，最小直径10mm，轴肩直径为12mm，轴端设计C1倒角，方便轴承、螺旋桨6等零部件的安装。

一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，如图3所示，螺旋绞刀5采用六刀片螺旋设计，螺距为3mm，轴向长度为22mm，其周向回转运动可分解为轴向切割缠绕物的运动和周向预防缠绕的运动，螺旋绞刀5外表面设计排屑槽，排屑槽圆弧直径为30mm，方便绞碎的缠绕物及时排除，螺旋绞刀5通过M10螺纹与输出轴3配合并由螺旋桨压紧固定，螺旋绞刀5最大外径为50mm，大于螺旋桨6桨毂的最大外径43mm，螺旋绞刀5安装后与艉舱14后端保持1mm缝隙，与螺旋桨6桨毂前端面贴合，螺旋绞刀5设计为独立的零件，方便加工和拆装维护，在螺旋绞刀5基体上涂覆TiC提升了刀具的耐腐蚀性能。

一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，如图4所示，保护罩4由1个固定座18、3根斜撑19和1个圆环20焊接而成，固定座18内径为57mm，3根斜撑19沿圆周均布，圆环20内径为239mm，外径为245mm，轴向长度为25mm，保护罩4与输出轴3、螺旋桨6等保持同轴安装，螺旋桨6置于保护罩4内部，保护罩4既起到防撞的作用，又可以预防输出轴3和螺旋桨6被缠绕。螺旋桨6为B型三叶图谱桨，盘面比为35%，桨叶直径210mm，桨毂带有M10螺纹孔，与输出轴3上的M10螺纹配合实现旋拧式安装，螺纹拧紧后既完成了螺旋桨6的安装也实现了螺旋绞刀5的固定。

一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，如图5所示，行车10由横梁21和支撑架22组成，横梁21由工字钢搭建而成，工字钢规格为16#，横梁21跨度为3.5m，支撑架22由方形钢管焊接而成，方形钢管规格为150mm×150mm×4mm，支撑架22呈三角形稳定布局，底部安装滚轮23，支撑架22高度为2.7m，长度为1.2m，两侧支撑架22通过顶部横梁21连接，行车10可沿水池两侧轨道9前后移动，吊机11额定载荷为2T，吊机11安装在行车10横梁21上可以左右移动，在测试对象1拆装的过程中可以辅助吊入和吊出水池8。固定装置12由吊梁24、小卡箍25、橡胶环26和大卡箍27等组成，橡胶环26固定于卡箍内环面，用于保护艉舱14防止剐蹭，小卡箍25、橡胶环26和大卡箍27直径可根据艉舱14尺寸和安装位置确定，小卡箍25内径为204mm，大卡箍27内径为328mm，固定装置12顶部有滚轮可以沿行车10横梁21左右移动，观测装置13安放在固定装置12后部，观测视角正对螺旋绞刀5，实时监测螺旋绞刀5的切割效果。

一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，如图6所示，实施例测试系统7由水池8、轨道9、行车10、吊机11、固定装置12、观测装置13、观测电脑28、电源29、岸基电脑30等组成，水池8由PVC涂塑布和支架搭建而成，水池8长为10m，宽为3m，轨道9为铺设在地面的槽钢，分布在水池8长边两侧，轨道9长度为12m，观测电脑28连接观测装置13，实时显示螺旋绞刀5的切割效果，电源29通过水密插头17连接到艉舱14内给驱动系统2供电，岸基电脑30通过水密插头17连接到艉舱14内控制电机转动，试验表明通过执行正反转交替转动策略，螺旋绞刀5的切割效果优越。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是只要未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，其特征在于：测试对象（1）由驱动系统（2）、输出轴（3）、保护罩（4）、螺旋绞刀（5）、螺旋桨（6）组成，测试系统（7）由水池（8）、轨道（9）、行车（10）、吊机（11）、固定装置（12）、观测装置（13）等组成。

2.根据权利要求1所述的一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，其特征在于：所述测试对象（1）通过固定装置（12）安装在行车（10）上，安装过程由行车（10）上的吊机（11）辅助进行。

3.根据权利要求1所述的一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，其特征在于：所述驱动系统（2）动力来源于电机，带动输出轴（3）、螺旋绞刀（5）、螺旋桨（6）一起转动，螺旋绞刀（5）通过螺纹与输出轴（3）配合并由螺旋桨（6）压紧固定，螺旋绞刀（5）无需额外的动力。

4.根据权利要求1所述的一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，其特征在于：所述螺旋绞刀（5）采用多刀片螺旋设计，螺旋绞刀（5）的周向回转运动可分解为轴向切割缠绕物的运动和切向预防缠绕的运动，螺旋绞刀（5）外表面设计排屑槽，方便绞碎的缠绕物及时排除。

5.根据权利要求1所述的一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，其特征在于：所述轨道（9）分布在水池（8）长边两侧，行车（10）沿轨道（9）前后移动，吊机（11）安装在行车（10）上可以左右移动，固定装置（12）顶部有滚轮可以沿行车（10）横梁左右移动，观测装置（13）安放在固定装置（12）后部，实时监测螺旋绞刀（5）的切割效果。

6.根据权利要求1所述的一种用于AUV摆脱缠绕的螺旋绞刀及测试系统，其特征在于：所述螺旋绞刀（5）为单独的零件，方便加工和拆装维护，在螺旋绞刀（5）基体上涂覆TiC以提升刀具的耐腐蚀性能；测试系统（7）可搭配多种规格的水池（8），轨道（9）的长度可灵活配置。