CN114868690B - 一种可升降自动转网的养殖网箱 - Google Patents

Abstract

一种可升降自动转网的养殖网箱，它涉及海洋养殖技术领域。本发明为解决现有养殖网箱受灾害威胁、网衣清理难度大及难以捕捞的问题。本发明包括球状网箱体、转轴、两个转动臂、两组浮球和两个驱动机构，转轴沿径向方向插装在球状网箱体内，且转轴两端的端部均设置在球状网箱体的外侧，转动臂的形状为半圆环状，两个转动臂对称设置在球状网箱体的外侧，转动臂的两端分别与转轴的端部转动连接，转动臂通过驱动机构以转轴为回转中心绕球状网箱体外侧壁转动，每个转动臂的外侧均连接有一组浮球。本发明用于海洋养殖。

Description

一种可升降自动转网的养殖网箱

技术领域

本发明涉及海洋养殖技术领域，具体涉及一种可升降自动转网的养殖网箱。

背景技术

近年来，我国海洋养殖产业快速发展，已成为开发海洋渔业资源的重要途径。当前我国海洋养殖选址主要在近海港湾等有遮蔽海域，产业发展空间严重受限，且导致近海生态环境恶化、病虫害频发，急需实施深远海养殖战略以扩展产业发展空间和质量。深远海养殖对养殖网箱的功能提出更高的要求，体现在如下方面：(1)无遮蔽水域台风灾害严重威胁网箱安全，深远海网箱需具备抵御极端风浪的能力；(2)深远海网箱的网衣清理难度剧增，人工清理不仅劳动强度大、且效率低、成本高；(3)深水大体积网箱给渔获捕捞带来更大难度。

发明内容

本发明为了解决现有养殖网箱受灾害威胁、网衣清理难度大及难以捕捞的问题，进而提出一种可升降自动转网的养殖网箱。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种可升降自动转网的养殖网箱包括球状网箱体、转轴、两个转动臂、两组浮球和两个驱动机构，转轴沿径向方向插装在球状网箱体内，且转轴两端的端部均设置在球状网箱体的外侧，转动臂的形状为半圆环状，两个转动臂对称设置在球状网箱体的外侧，转动臂的两端分别与转轴的端部转动连接，转动臂通过驱动机构以转轴为回转中心绕球状网箱体外侧壁转动，每个转动臂的外侧均连接有一组浮球。

进一步地，所述驱动机构包括驱动电机、绕索轨道和传动索，驱动电机固接在转动臂的中部，绕索轨道沿球状网箱体的外圆周方向设置，且绕索轨道所在平面与转轴的轴线方向垂直设置，驱动电机的电机轴上固接有驱动轮，传动索缠绕在绕索轨道和驱动轮的外侧。

进一步地，所述传动索为钢索,驱动轮为辊轮，钢索与辊轮的外圆周侧壁相配合。

进一步地，所述传动索为传动带，传动带的内侧设有齿牙，驱动轮为齿轮，齿轮与齿牙相啮合。

进一步地，所述绕索轨道的截面为“凹”字形，传动索设置在绕索轨道的凹槽内。

进一步地，所述转动臂的内圆周侧壁与球状网箱体的外圆周侧壁之间设有间隙。

进一步地，所述球状网箱体为空间杆系球形结构。

进一步地，所述浮球与转动臂之间通过连杆固接。

进一步地，每组所述浮球包括两个对称设置的浮球，浮球的上部表面上设有光伏板，光伏板通过蓄电池与驱动机构连接。

进一步地，所述转动臂为钢桁架或箱型梁结构。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

本发明提供的一种可升降自动转网的养殖网箱有正常工作、提升捕鱼、下沉避灾三种工作状态，有效提高网箱抗灾安全性和渔获捕捞作业便利性；正常工作状态可实现“自动转网”，满足自动晒网清理网衣功能、解决人工清理网衣难题。

附图说明

图1是本发明起升捕捞状态的主视图；

图2的本发明起升捕捞状态的侧视图；

图3是本发明正常工作状态的侧视图；

图4是本发明下沉避灾状态的侧视图；

图5是图1中的I处放大图；

图6是转动臂隔离体图；

图7是转动臂隔离体的受力分析；

图8是传动索内力与驱动轮径向压力示意图；

图9是传动索-驱动轮系统受力平衡示意图；

图10是传动索隔离体图；

图11是传动索多缠绕一周隔离体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种可升降自动转网的养殖网箱包括球状网箱体1、转轴2、两个转动臂3、两组浮球4和两个驱动机构，转轴2沿径向方向插装在球状网箱体1内，且转轴2两端的端部均设置在球状网箱体1的外侧，转动臂3的形状为半圆环状，两个转动臂3对称设置在球状网箱体1的外侧，转动臂3的两端分别与转轴2的端部转动连接，转动臂3通过驱动机构以转轴2为回转中心绕球状网箱体1外侧壁转动，每个转动臂3的外侧均连接有一组浮球4。

所述转轴2与球状网箱体1固接，两个转动臂3在球状网箱体1的外侧呈轴对称设置。

现有养殖网箱大多设置独立的转网、提升装置来实现转网和升降，然而现有的此种网箱大多存在以下问题：

(1)在转网、提升状态切换时需拆装若干组件，实际使用过程中较为不便，尤其深处于水下的组件拆装操作难度更大。

(2)网箱提升方案为：网箱两端同步起降，实现沿吊架或立柱的提升。这一过程中，对网箱两端提升装置的实时同步运行精度要求很高，稍有不同步导致倾斜，即容易引起网箱在吊架或立柱之间卡死，并损坏与网箱配合的滑动轨道或限位措施。高精度配合动作的需求也趋于使提升机构控制系统更为复杂、控制难度更大，保障长期运行可靠性的难度很高。

(3)在养殖状态时，可以通过轴承或转子机构释放网箱转动自由度，同时较好的固定(压紧)其他各方向自由度，避免窜动。但提升状态时，网箱两端竖向吊挂，水平方向各自由度处于不充分压紧的放松状态，平台晃动、阵风吹拂、海浪抨击等作用引起网箱晃荡，当网箱与立柱、吊架间稍有活动空隙，就会导致相互碰撞、引起局部损伤。

(4)单独设置的起升立柱或吊架不仅耗费大量钢材，且仅在起升时候发挥作用，正常养殖状态则作为荷载作用于浮体上。这一总体方案决定了平台系统用钢量难以控制在较低水平，使平台造价更高。

本实施方式所述的可升降自动转网的养殖网箱，较现有的网箱相比，所述养殖网箱将升降和转网通过一个驱动机构来实现，能够获得如下有益效果：

(1)提升、转网功能通过同一套驱动装置实现，两种功能不相互干扰，也无需更换组件进行运行状态切换。

(2)无需设置专用于提升的立柱或吊架，总体结构紧凑、合理，更容易减小用钢量、降低造价。

(3)网箱始终与主体结构可靠连接，各自由度被充分约束，提升过程中不会出现对比方案中的约束状态削弱，因此环境荷载作用下不存在分离组件间相互碰撞损坏的风险。

(4)提升、转网控制系统更为简单、可靠。仅需控制两组驱动电机的常规动作，使主体结构处于相应变形状态即可实现提升、转网功能；且两组驱动电机动作的实时同步精度要求不高，某一时刻稍不同步也不会引起结构组件损伤或卡死，只需后续调节对累积偏差加以补偿即可。

(5)可以实现网箱下沉避灾状态。

具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述驱动机构包括驱动电机5、绕索轨道6和传动索7，驱动电机5固接在转动臂3的中部，绕索轨道6沿球状网箱体1的外圆周方向设置，且绕索轨道6所在平面与转轴2的轴线方向垂直设置，驱动电机5的电机轴上固接有驱动轮，传动索7缠绕在绕索轨道6和驱动轮的外侧。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述传动索7为钢索,驱动轮为辊轮，钢索与辊轮的外圆周侧壁相配合。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。

所述转动臂3通过驱动机构以转轴2为回转中心绕球状网箱体1外侧壁转动，需保证传动索7与绕索轨道6和驱动电机5电机轴上的驱动轮之间不会发生相对位移。该过程的受力分析如下：

如图6和7所示，取转动臂为隔离体，使其在传动索和浮球浮力共同作用下处于平衡状态,其中驱动轮两侧索力分别为T₁、T₂(其中较小拉力T₁由传动索初始张紧力提供)，浮球排水产生漂力为F。设原点O与驱动轮连线长度为L₁，连线与拉力T₁、T₂间夹角均为θ；原点O与浮球中心连线长度为L₂，与浮力F间夹角均为

绕原点O力矩平衡要求

∑M＝0 (1)

由公式(1)得：

由公式(2)推出：

如图8，传动索内拉力T与驱动轮上均布径向力p对应关系，可根据虚功原理推得。取虚拟变形状态为驱动轮半径压缩δ/2π、相应周长压缩量为δ，假设传动索无拉伸变形，则依据

∑W_外＝∑W_内 (4)

由公式(4)得：

由公式(5)推出：

设驱动轮与传动索间摩擦系数为μ，则分布摩擦力f≤μp。取摩擦力全部沿同一方向，绕索恰好一周时摩擦力产生得最大扭矩为:

如图9所示，驱动轮支座处的主动力矩M_T为

取传动索隔离体如图10和11，其中左侧状态中传动索与驱动轮接触长度仅为(π-2θ)d/2，摩擦面较小，较难获得足够摩擦扭矩。考虑将传动索多缠绕一圈，如右侧状态所示，并且偏保守仅取传动索与驱动轮接触长度为dπ，并取传动索两头内力T₁、T₂中较小者T₁，则摩擦扭矩值可由图8模型得到，如公式(7)所述为

M_f＝μT₁πd (9)

要保证驱动轮上的摩擦力足够(即不打滑)，则要使M_f≥M_T。

结合公式(8)和(9)可得

结论：保证传动索内预紧力T₁不小于上式限值，在驱动轮上绕索一周，即可保证传动索与驱动轮间不打滑。传动索与球状网箱绕索轨道间摩擦力可参照上述过程验算，并采用类似措施保证传动索与绕索轨道间不打滑。

具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述传动索7为传动带，传动带的内侧设有齿牙，驱动轮为齿轮，齿轮与齿牙相啮合。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述绕索轨道6的截面为“凹”字形，传动索7设置在绕索轨道6的凹槽内。其它组成和连接方式与具体实施方式三或四相同。

如此设计以实现对传动索7的限位，防止传动索7脱出。

具体实施方式六：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述转动臂3的内圆周侧壁与球状网箱体1的外圆周侧壁之间设有间隙。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

如此设计以便于实现转动臂3的转动，同时利于传动索7的张紧。

具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述球状网箱体1为空间杆系球形结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式所述球状网箱体1为以三角形为构建单元的空间杆系球形结构。

具体实施方式八：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述浮球4与转动臂3之间通过连杆固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式每组所述浮球4包括两个对称设置的浮球4，浮球4的上部表面上设有光伏板，光伏板通过蓄电池与驱动机构连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

如此设计光伏板通过蓄电池与驱动机构中的驱动电机5连接，养殖网箱绝大多数时间都处于图3中所述的正常工作状态下，光伏板设置在浮球4处于图3中正常工作状态下的上部表面，为蓄电池蓄电，蓄电池为驱动电机5供电，实现能源自给。

具体实施方式十：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述转动臂3为钢桁架或箱型梁结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

工作原理

一种可升降自动转网的养殖网箱的调整方法包括如下过程：

吃水深度调整转变工作状态：

通过驱动电机5牵引传动索7，带动两转动臂3各自绕转轴2旋转，可改变两支转动臂3间的夹角。浮球4始终漂浮于水面上，从而通过调整两转动臂3的相对位置可实现包括正常工作状态、起升捕捞状态和下沉避灾状态的的三种工作状态：图3为日常养殖时的正常工作状态，将两转动臂3转动至球状网箱体1的上半部靠近上端的位置，此时球状网箱体1吃水较深，并提供较大的养殖水体体积，满足不同深度多种海洋鱼类的生存环境要求；图1和图2为起升捕捞状态，将两转动臂3转动至球状网箱体1的下半部靠近下端的位置，此时球状网箱体1吃水较浅、水体体积缩小，可实现成品鱼高效率便捷捕捞；图4为下沉避灾状态，当台风等极端天气来临时，控制转动臂3旋转到图示位置，将两转动臂3转动至球状网箱体1的顶端位置，此时球状网箱体1及大部分转动臂3均位于水下较深位置，可有效避免极端风浪荷载对网箱及关键部位的侵袭，提高网箱的抗灾害能力。

自动转网清理网衣：

在图3所示正常工作状态下，将两转动臂3转动至球状网箱体1的上半部靠近上端的位置，部分球状网箱体1外露于水面，在日光照射下可杀灭网衣上海生附着物，实现网自动清洁。使两台驱动电机5以相同方向同步转动，可使球状网箱体1在吃水深度不变情况下发生旋转，即水下的球状网箱体1部分逐步转出水面进行定期晒网，实现球状网箱体1整体的清洁需求。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：它包括球状网箱体(1)、转轴(2)、两个转动臂(3)、两组浮球(4)和两个驱动机构，转轴(2)沿径向方向插装在球状网箱体(1)内，且转轴(2)两端的端部均设置在球状网箱体(1)的外侧，转动臂(3)的形状为半圆环状，两个转动臂(3)对称设置在球状网箱体(1)的外侧，转动臂(3)的两端分别与转轴(2)的端部转动连接，转动臂(3)通过驱动机构以转轴(2)为回转中心绕球状网箱体(1)外侧壁转动，每个转动臂(3)的外侧均连接有一组浮球(4)；

所述驱动机构包括驱动电机(5)、绕索轨道(6)和传动索(7)，驱动电机(5)固接在转动臂(3)的中部，绕索轨道(6)沿球状网箱体(1)的外圆周方向设置，且绕索轨道(6)所在平面与转轴(2)的轴线方向垂直设置，驱动电机(5)的电机轴上固接有驱动轮，传动索(7)缠绕在绕索轨道(6)和驱动轮的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：所述传动索(7)为钢索,驱动轮为辊轮，钢索与辊轮的外圆周侧壁相配合。

3.根据权利要求1所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：所述传动索(7)为传动带，传动带的内侧设有齿牙，驱动轮为齿轮，齿轮与齿牙相啮合。

4.根据权利要求2或3所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：所述绕索轨道(6)的截面为“凹”字形，传动索(7)设置在绕索轨道(6)的凹槽内。

5.根据权利要求4所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：所述转动臂(3)的内圆周侧壁与球状网箱体(1)的外圆周侧壁之间设有间隙。

6.根据权利要求1所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：所述球状网箱体(1)为空间杆系球形结构。

7.根据权利要求1所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：所述浮球(4)与转动臂(3)之间通过连杆固接。

8.根据权利要求1或7所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：每组所述浮球(4)包括两个对称设置的浮球(4)，浮球(4)的上部表面上设有光伏板，光伏板通过蓄电池与驱动机构连接。

9.根据权利要求1所述的一种可升降自动转网的养殖网箱，其特征在于：所述转动臂(3)为钢桁架或箱型梁结构。

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