一种具有自破冰功能的极区潜体舱口盖的制作方法

本发明属于极区潜体设备技术领域，具体涉及一种具有自破冰功能的极区潜体舱口盖。

背景技术：

潜体是北极开发过程中的重要装备，北极地区大面积的海域被冰层覆盖，潜体航行于冰层之下，一方面能够避免海冰碰撞诱导形成的冰载荷，另一方面也可以借助冰层的掩护来规避卫星、雷达的搜索。但是，在一些特殊情况下，潜体需要从水下向上破冰浮出水面，以对外联络通信、接受救援补给等，这对潜体的破冰能力提出了较高要求。

潜体上浮破冰过程中主要的受力部位是指挥塔围壳、艇体的上部壳体、尾舵以及艏部的声呐罩等。对于较薄冰层，潜体可以以较大速度上浮，凭借坚硬外壳来快速冲击破开冰层；对于较厚冰层，艇体必须缓慢上浮，艇壳接触到冰层后，压缩空气将压载水逐渐排出以增加浮力，该过程称为“静态加载”。然而，当潜体基于后者原理破冰时，指挥塔能够率先破冰出水，而整个艇身被困于冰下，其艇壳舱口盖上残留的冰层厚度一般为几十厘米，严重时可达2米。此时，潜体内部人员只能借助指挥塔出入潜体，然后利用电锯等装备由外部清理舱口盖上方的冰层，以便后续人员由舱口处出入潜体。

zl2020113499210公开了一种极地无人水下破冰航行系统，该系统采用了水下钻冰和水下爆炸破冰相结合的方式，用高能炸药对冰层产生巨大的压强，破坏冰层，钻头将冰层接触区域产生巨大压强，使冰面破坏，实现破冰，但是此方法需要为导弹发射提供一个发射窗口，预留的窗口会存在密封问题且此装置安装导弹，破冰成本比较高。

zl2020106623726公开了一种极地破冰装置，该破冰装置与推进装置配合使用实现了对极地冰面的破冰，减少推进装置遇到的阻力，但是该破冰过程是通过机械振动和发热板发热相结合，在破冰的过程中极大程度上依赖了加热板的加热，对于厚度较厚的冰层来说，这种方式不仅破冰效果慢，而且会浪费大量的电力能源。

现有技术中的潜体舱口盖，由于上方冰层的存在，极大限制了人员出入潜体的效率。因此，迫切需要提出一种具有自破冰功能的极区潜体舱口盖，以满足北极开发的需求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有自破冰功能的极区潜体舱口盖，该舱口盖通过设置破冰机构，解决了潜体破冰出水时舱口盖被冰层堵塞、破冰效率差的技术问题。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种具有自破冰功能的极区潜体舱口盖，舱口盖转动铰接在潜体的壳壁内侧上，潜体内部还设置有出入舱，其特征在于：在舱口盖的下方设置有破冰机构，破冰机构被导出破冰时，其壳体与出入舱顶部的开口的直径大小相同，四个液压升降柱的一端均匀设置在出入舱底部开口四周的液压升降柱支撑平台上，四个液压升降柱的另一端固定连接壳体，破冰盘转动铰接在壳体上，液压升降柱驱动壳体和铰接在上面的破冰盘上下移动，四个液压升降柱保持同步性。

本发明的进一步改进在于：在舱口盖的内侧还设有启闭锁紧装置，启闭锁紧装置包括两个第一启闭锁紧液压缸和两个铰链杆，潜体壳壁内侧设有两个铰链杆支座和两个油缸支座，舱口盖的内表面上设有两个耳板，两个铰链杆一端分别通过销轴铰接于两个铰链杆支座中，两个铰链杆的另一端分别铰接在同一连接轴的两侧，两个铰链杆靠近连接轴一侧端部分别通过销轴铰接于两个耳板上，两个第一启闭锁紧液压缸的活塞杆分别铰接在连接轴中间，两个第一启闭锁紧液压缸的另一端分别通过销轴铰接在潜体壳壁内侧上的两个油缸支座上。

本发明的进一步改进在于：舱口盖的外侧面呈弧面形，关闭舱口盖时外侧面与潜体壳壁外侧齐平，外侧面的侧面沿周向设有密封圈，第一启闭锁紧液压缸伸展的过程中可以先向上顶紧舱口盖，从而使密封圈嵌入潜体壳壁内侧的凹槽，密封效果好，两个第一启闭锁紧液压缸保持同步性，通过第一启闭锁紧液压缸伸缩可以实现舱口盖旋转，逆时针转动打开舱口盖，反方向关闭舱口盖。

本发明的进一步改进在于：设于舱口盖下方的破冰机构包括四个液压升降柱、壳体和破冰盘，壳体与破冰盘通过铰接轴转动铰接，两个第二启闭锁紧液压缸分别固定安装在壳体底部开口四周的液压缸支座上，两个第二启闭锁紧液压缸的活塞杆分别转动铰接在破冰盘上，第二启闭锁紧液压缸伸长开启破冰盘，直接顶开其上方的破冰，两个第二启闭锁紧液压缸保持同步运行。

本发明的进一步改进在于：破冰盘包括用于提供动力的驱动装置、通过铰接轴套转动铰接在壳体上的盖板以及用于安装从动破冰钻、主动破冰钻和滚刀的托架，盖板的内表面设置有铰接卡槽，每个铰接卡槽分别与两个第二启闭锁紧液压缸转动铰接，在盖板中心设有用于驱动装置的输出轴通过密封轴承向上传动的第一轴孔。

本发明的进一步改进在于：中心主动破冰钻通过密封轴承贯穿托架和盖板，主动破冰钻的钻杆与驱动装置的输出轴传动连接，主动破冰钻的钻杆上销接有一个主动平齿轮与一个主动锥齿轮，主动平齿轮分别与四个从动平齿轮啮合，四个从动破冰钻分别与四个从动平齿轮销连接，主动锥齿轮分别与四个从动锥齿轮啮合，四个从动锥齿轮分别与四个传动轴销连接，最终实现了中心主动破冰钻、从动破冰钻以及滚刀同时旋转切割冰层，主动锥齿轮的轴线分别与四个从动锥齿轮的轴线呈90度安装，托架上设置有四个传动轴，四个传动轴通过密封轴承向外输出，四个传动轴分别与滚刀可拆卸销连接，在托架上设置有五个第二轴孔，五个第二轴孔分别通过密封轴承导出主动破冰钻以及从动破冰钻，中心主动破冰钻通过密封轴承贯穿托架和盖板，与驱动装置传动连接。

本发明的进一步改进在于：主动破冰钻、从动破冰钻以及滚刀均采用高硬度耐磨性钢材，滚刀两端直径大小不同，可拆卸更换。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过设置破冰机构，使极区潜体的舱口盖具备自破冰能力，解决了极区潜体破冰出水时舱口盖被冰层堵塞的问题；

（2）本发明采用破冰钻与滚刀组合破冰，冰层破碎面积从小到大逐渐进行，从而避免破冰装置与冰层接触面积过大而减低破冰效率，通过设置的液压升降柱驱动该破冰装置上下移动，可防止破冰卡死情况；

（3）潜体航行时，用于破开冰层的破冰机构能够收回出入舱内，减少潜体航行阻力。

本发明的破冰机构上下移动切割冰层，采用破冰钻与滚刀组合结构由下向上破冰，基于冰层断裂机理有利于提高破冰效率，彻底粉碎舱口盖上方冰层。

附图说明

图1是本发明带有自破冰功能舱口盖的潜体结构示意图。

图2是本发明舱口盖关闭状态结构示意图。

图3是本发明舱口盖打开状态结构示意图。

图4是本发明破冰机构结构示意图。

图5是本发明壳体结构示意图。

图6是本发明破冰机构打开状态结构示意图。

图7是本发明盖板结构示意图。

图8是本发明滚刀与托架分解视图。

图9是本发明破冰钻与滚刀齿轮传动结构示意图。

图10是本发明破冰盘结构示意图。

图11是本发明潜体破冰状态结构示意图。

图12是本发明潜体航行状态结构示意图。

图13是本发明带有自破冰功能舱口盖的潜体工作流程图。

其中：1潜体；2舱口盖；3破冰机构；4出入舱；2-1铰链杆支座；2-2油缸支座；2-3第一启闭锁紧液压缸；2-4连接轴；2-5耳板；2-6铰链杆；密封圈；2-8舱口盖外表面；3-1液压升降柱；3-2壳体；3-3破冰盘；3-4铰接轴；3-5第二启闭锁紧液压缸；3-6液压升降柱支撑平台；3-3-1驱动装置；3-3-2盖板；3-3-3托架；3-3-2-1铰接卡槽；3-3-2-2第一轴孔；3-3-2-3铰接轴套；3-3-3-1传动轴；3-3-3-2第二轴孔；3-3-3-3滚刀；3-3-3-4从动破冰钻；3-3-3-5主动破冰钻；3-3-3-6主动平齿轮；3-3-3-7从动平齿轮；3-3-3-8主动锥齿轮；3-3-3-9从动锥齿轮。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

如图1所示，一种具有自破冰功能的极区潜体舱口盖，舱口盖2转动铰接在潜体1的壳壁内侧，用于密封出入舱4顶部，破冰机构3设于舱口盖2的下方以及安装在出入舱4底部开口四周的液压升降柱底座上，用于极区潜体1破冰出水作业，可上下移动。

如图2所示，本发明的舱口盖2铰接在潜体1壳壁内侧，第一启闭锁紧液压缸2-3的两端分别铰接在潜体1壳壁内侧和舱口盖2的内表面上，所述潜体1壳壁内侧设有两个铰链杆支座2-1和两个油缸支座2-2，所述舱口盖2的内表面上设有两个耳板2-5，两个所述铰链杆2-6一端分别通过销轴铰接于两个所述铰链杆支座2-1中，两个所述铰链杆2-6的另一端分别铰接在同一连接轴2-4的两侧，两个所述铰链杆2-6靠近所述连接轴2-4一侧端部分别通过销轴铰接于两个所述耳板2-5上，两个所述第一启闭锁紧液压缸2-3的活塞杆分别铰接在所述连接轴2-4中间，两个所述第一启闭锁紧液压缸2-3的另一端分别通过销轴铰接在所述潜体1壳壁内侧上的两个所述油缸支座2-2上，通过第一启闭锁紧液压缸2-3伸缩可以实现舱口盖2转动。

如图3所示，所述舱口盖外侧面2-8呈弧面形，关闭所述舱口盖2时所述外侧面2-8与所述潜体1壳壁外侧吻合齐平，所述外侧面2-8的侧面沿周向设有密封圈2-7，所述第一启闭锁紧液压缸2-3伸展的过程中可以先向上顶紧所述舱口盖2，从而使所述密封圈2-7嵌入所述潜体1壳壁内侧的凹槽，密封效果好，两个所述第一启闭锁紧液压缸2-3保持同步性。

如图4所示，设置在舱口盖2下方的所述破冰机构3包括四个液压升降柱3-1、壳体3-2和破冰盘3-3，四个所述液压升降柱3-1的一端均匀设置在所述出入舱4底部开口四周的液压升降柱支撑平台3-6上，可驱动破冰机构3上下移动，四个所述液压升降柱3-1的另一端固定连接所述壳体3-2，所述破冰盘3-3转动铰接在所述壳体3-2上，所述液压升降柱3-1驱动所述壳体3-2和铰接在上面的所述破冰盘3-3上下移动，所述四个液压升降柱3-1保持同步性。

如图5所示，所述壳体3-2与所述破冰盘3-3通过铰接轴3-4转动铰接，两个第二启闭锁紧液压缸3-5分别固定安装在所述壳体3-2底部开口四周的液压缸支座上，两个所述第二启闭锁紧液压缸3-5的活塞杆分别转动铰接在所述破冰盘3-3上，所述第二启闭锁紧液压缸3-5伸长开启所述破冰盘3-3，直接顶开其上方的碎冰，两个所述第二启闭锁紧液压缸3-5保持同步运行。

如图6所示，所述破冰盘3-3包括用于提供动力的驱动装置3-3-1、通过铰接轴套3-3-2-3转动铰接在所述壳体3-2上的盖板3-3-2以及用于安装从动破冰钻3-3-3-4、主动破冰钻3-3-3-5和滚刀3-3-3-3的托架3-3-3。

如图7所示，盖板3-3-2通过铰接轴套3-3-2-3与壳体3-2转动铰接，所述盖板3-3-2的内表面设置有铰接卡槽3-3-2-1，每个所述铰接卡槽3-3-2-1分别与两个所述第二启闭锁紧液压缸3-5转动铰接，在所述盖板3-3-2中心设有第一轴孔3-3-2-2，用于所述驱动装置3-3-1的输出轴通过密封轴承向上传动。

如图8所示，所述托架3-3-3上设置有四个传动轴3-3-3-1，四个所述传动轴3-3-3-1通过密封轴承向外输出，四个所述传动轴3-3-3-1分别与所述滚刀3-3-3-3可拆卸销连接，在所述托架3-3-3上设置有五个第二轴孔3-3-3-2，五个所述第二轴孔3-3-3-2分别通过密封轴承导出所述主动破冰钻3-3-3-5以及从动破冰钻3-3-3-4。

如图9所示，所述主动破冰钻3-3-3-5的钻杆与所述驱动装置3-3-1的输出轴传动连接，所述主动破冰钻3-3-3-5的钻杆上销接有一个主动平齿轮3-3-3-6与一个主动锥齿轮3-3-3-8，所述主动平齿轮3-3-3-6分别与四个从动平齿轮3-3-3-7啮合，四个从动破冰钻3-3-3-4分别与四个所述从动平齿轮3-3-3-7销连接，所述主动锥齿轮3-3-3-8分别与四个从动锥齿轮3-3-3-9啮合，四个所述从动锥齿轮3-3-3-9分别与四个传动轴3-3-3-1销连接，所述主动锥齿轮3-3-3-8的轴线分别与四个从动锥齿轮3-3-3-9的轴线呈90度安装，所述主动破冰钻3-3-3-5、从动破冰钻3-3-3-4以及所述滚刀3-3-3-3均采用高硬度耐磨性钢材，如金刚石、硬质合金材料、合金钢材料。

如图10所示，中心的主动破冰钻3-3-3-5通过密封轴承贯穿托架3-3-3和盖板3-3-2，与驱动装置3-3-1传动连接，最终实现了主动破冰钻3-3-3-5、从动破冰钻3-3-3-4以及滚刀3-3-3-3同时旋转切割冰层。

如图11所示，潜体1处于破冰状态，破冰时，舱口盖2打开，破冰机构3上移，壳体3-2与出入舱4顶部开口直径大小相同。

如图12所示，潜体1处于航行状态，破冰机构3下移，舱口盖2关闭，减少航行阻力。

如图13所示，为本发明具有自破冰功能的极区潜体舱口盖的工作流程图，破冰开始，第一启闭锁紧液压缸2-3收缩，舱口盖2打开，液压升降柱3-1伸长，破冰机构3上移，接触冰层时，从动破冰钻3-3-3-4，中心主动破冰钻3-3-3-5和滚刀3-3-3-3开始旋转，冰层断裂粉碎后，第二启闭锁紧液压缸3-5伸长，盖板3-3-2打开，直接顶开舱口盖上的碎冰，破冰完成，潜体内人员进出。

潜体航行时，第二启闭锁紧液压缸3-5收缩，盖板3-3-2关闭，液压升降柱3-1收缩，破冰机构3下移收回出入舱，第一启闭锁紧液压缸2-3伸长，舱口盖2关闭，完成。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。