仿生水动力推进装置的制作方法

1.本实用新型属于水动力推进技术领域，尤其涉及仿生水动力推进装置。


背景技术：

2.平原地区地势低凹,上下游水力坡降极小,这就导致一些平原河网区域水体流动缓慢甚至停滞，水流动力不足。与此同时人类活动与河流构造以及影响越来越严重，一方面城市的建造改变了河道的自然形态，导致河网水系萎缩、连通性下降、调蓄能力减弱，另一方面有大量生活和工业污水被排入河道，加剧了平原城市范围内河道的水质恶化和生态环境退化。所以，河道水流的流动性问题是一个亟待解决的问题。
3.针对平原河道流速缓、过流能力不足的问题，现有方案是通过沿河流逐级安装泵站，逐级加快水流速度。对于一些毛细血管状河网处建造泵站会增加极大的成本，投入与产出极不匹配，造成建造成本过高，同时，针对毛细血管状河网，对于扬程要求较低甚至达到接近零扬程，在这样的工况下运行时，一方面是效率降低能源能耗大幅增加，另一方面泵站的振动、气蚀等安全稳定性能经受着极大的考验，同时对泵站中过流的水生物通常会造成不可避免的撞击损伤甚至死亡，不能满足河水生态改善中长期高效稳定运行的要求。
4.鱼类是最早的真骨类脊椎动物,已经进化了几亿年,为了攫取食饵、逃避敌害、生殖繁衍和集群徊游等生存需要,经历了漫长的环境适应的自然选择过程,因此发展了各具特色的在水中运动的非凡能力,既可以在持久游速下保持低能耗、高效率,也可以在拉力游速或爆发游速下实现高机动性。本实用新型基于此设计一种仿生水动力推进装置能够模仿鱼的运动从而实现水体的推进。


技术实现要素：

5.本实用新型目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供仿生水动力推进装置，能够根据鱼尾的摆动规律，假设将鱼在某一位置固定，这样鱼尾的摆动必然对水有一种反作用力，通过这种对水体来的推力来实现水体推进，加快河道水流的流动性，同时叶片的移动速度较小，水力性能能够得到较大的改善的同时还可以避免对过流生物的伤害，实现生态友好。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
7.仿生水动力推进装置，其特征在于：包括固定板、驱动电机、第一曲柄传动机构、第二曲柄传动机构和推进板，驱动电机、第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构均设于固定板上，驱动电机与第一曲柄传动机构之间、第一曲柄传动机构与第二曲柄传动机构之间均设有连接轴，推进板设有对接条，对接条设有第一固定座和第二固定座，第一曲柄传动机构设有第一传动杆，第二曲柄传动机构设有第二传动杆，第一传动杆与第一固定座转动连接，第二固定座设有滑槽，第二传动杆设于滑槽中，第二传动杆与第二滑槽活动连接，驱动电机带动第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构运动，第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构往复运动带动推进板摆动。通过驱动电机作为驱动源，同时带动两个曲柄传动机构运动，从
而带动推进板摆动，实现水体推进，加快河道水流的流动性，同时叶片的移动速度较小，水力性能能够得到较大的改善的同时还可以避免对过流生物的伤害，实现生态友好。装置结构简单，造价低，能耗低，能够适应各种河流工况，适用范围广，能够长期高效稳定运行。
8.进一步，第一曲柄传动机构包括第一曲柄，第一连杆、第一滑块和第一滑轨，第一曲柄的一端与第一连杆相连接，第一曲柄的另一端与连接轴相连接，第一连杆与第一滑块转动连接，第一滑块设于第一滑轨上，第一滑块与第一滑轨滑动连接，第一滑块与第一传动杆相连接，第二曲柄传动机构包括第二曲柄，第二连杆、第二滑块和第二滑轨，第二曲柄的一端与第二连杆相连接，第二曲柄的另一端与连接轴相连接，第二连杆与第二滑块转动连接，第二滑块设于第二滑轨上，第二滑块与第二滑轨滑动连接，第二滑块与第二传动杆相连接。第一曲柄机构利用第一曲柄、第一连杆、第一滑块和第一滑轨，实现将驱动电机的转动转换成直线往复运动，配合第二曲柄机构的转换，实现推进板的上下往复摆动，从而能够实现水体推动，实现活水作用。第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构结构简单，安装便捷，成本低廉，能耗低使用寿命长，可靠性高。
9.进一步，固定板设于调整电机，调整电机与第二曲柄传动机构相连接，调整电机驱动第二曲柄传动机构运动。通过调整电机和第二曲柄传动机构连接，可以调节第二曲柄传动机构中曲柄的角度，使得第二曲柄和第一曲柄的相对位置发生改变，即第一曲柄和第二曲柄之间的初始相位发生改变，通过这样的调整，能够使得推进板的摆幅和摆动角度发生变化，使得推进装置能够根据不同水体情况适应性得去改变推力和水体推动效果，能够保证推进装置对水体的适应性，保证推进装置的低功耗高效率运行。
10.进一步，第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构之间设有单向传动机构，单向传动机构包括外壳、第一传动盘、第二传动盘、第一固定轴和第二固定轴，第一传动盘、第二传动盘、第一固定轴和第二固定轴均设于外壳中，第一传动盘与第一固定轴固定连接，第一固定轴与外壳转动连接，第二固定轴与外壳转动连接，第二固定轴设有定位凸杆，第二传动盘设有定位凹槽，定位凸杆设于定位凹槽中，定位凸杆与定位凹槽滑动连接，第一传动盘设有第一棘齿，第二传动盘设有第二棘齿，第一棘齿和第二棘齿相互贴合，压紧弹簧将第二棘齿压紧在第一棘齿上，外壳与第二传动盘之间设有压紧弹簧。单向传动机构的目的在于，在调整电机工作调整第二曲柄传动机构时，能够不会影响到第一曲柄传动机构，即调整电机转动，仅带动第二曲柄传动机构运动从而调整第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构之间的初始相位，而在驱动电机带动第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构运作时，能够使得第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构之间的同步运动不受影响，使得曲柄传动机构之间的初始相位调整非常方便，能够自动化控制完成，不需要人工干预。第一传动盘和第二传动盘之间设置棘齿连接，第一传动盘正向转动时由于第一棘齿和第二棘齿相互卡死，使得第一传动盘能够带动第二传动盘正向转动，而在第二传动盘需要带动第一传动盘转动时，则需要逆向转动才能带动，第一传动盘逆向转动时，第一棘齿和第二棘齿之间产生相对滑动，致使第二传动盘产生轴向移动，从而实现只有第一传动盘转动，而第二传动盘不会发生转动的情况，同理，第二传动盘若现只自己转动而不带动第一传动盘转动，则需要正向转动。调整电机正向转动恰好能使第二传动盘转动而不带动第一传动盘转动，实现了第一曲轴传动机构和第二曲轴传动机构之间初始限位调整，却不影响第一曲轴传动机构带动第二曲轴传动机构转动，设计巧妙，连接效果好，使用方便，不需要额外调整。
11.进一步，调整电机与第二曲柄传动机构之间设有摩擦传动机构，摩擦传动机构包括第一摩擦盘、第二摩擦盘、第一连轴、第二连轴和摩擦壳，第一摩擦盘和第二摩擦盘均设于摩擦壳中，第一连轴与第一摩擦盘相连接，第二连轴与第二摩擦盘相连接，第一连轴与摩擦壳转动连接，第二连轴与摩擦壳活动连接，第二连轴设有卡环，卡环上设有卡盘，卡盘与卡环转动连接，卡盘与摩擦壳滑动连接，卡盘与摩擦壳之间设有摩擦弹簧，第一摩擦盘在摩擦弹簧的作用下压紧在第二摩擦盘上。摩擦传动机构主要用于调整电机和第二曲柄传动机构之间的连接，在第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构正常工作时，摩擦传动机构断开连接，使得第二曲柄传动机构的转动不会传递给调整电机，而在需要调整第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构的初始相位时，摩擦传动机构连接，使得调整电机的转动能够传递给第二曲柄传动机构，从而调整第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构的初始相位。摩擦传动机构能够实现调整电机与第二曲柄传动机构之间的连接状态，降低驱动电机输出功率降低推进装置整体功耗。正常情况下，第一摩擦盘和第二摩擦盘相互挤压，使得第一摩擦盘转动能够带动第二摩擦盘转动，而通过外力挤压卡盘，使得第一摩擦盘和第二摩擦盘分离，而释放外力，第二摩擦盘则会在摩擦弹簧的作用下挤在第一摩擦盘上实现第一摩擦盘和地二摩擦盘的连接。
12.进一步，摩擦壳设有电动推杆，电动推杆连接有顶推块，顶推块设有导向面，导向面与顶顶推块相贴合。电动推杆和顶推块的配合，能够实现第一摩擦片和第二摩擦片的分离，电动推杆将顶推块向内推动的过程中，在导向面的作用下，卡盘被顶推块向外挤压推离，使得第一摩擦片和第二摩擦片分离，当电动推杆回退时，第二卡盘被摩擦弹簧内推，使得第一摩擦片和第二摩擦片连接。
13.进一步，对接条设有第一定位凸起部，推进板设有定位孔，第一定位凸起部卡于定位孔中。第一定位凸起部和定位孔的配合能够使得推进板和对接条的连接效果更好，起到定位作用，使得对接条和推进板之间不易产生相对位移，保证良好的推进效果。
14.进一步，推进板设有固定条，固定条设有第二定位凸起部，第二定位凸起部卡于定位孔中，第一定位凸起部和第二定位凸起部之间螺钉连接。固定条和对接条相互连接实现对推进板的夹紧，实现推进板的固定，同时，推进板不用拧螺栓固定，保证了推进板的强度，使得推进板不容易损坏，使用寿命延长。
15.进一步，推进板设有凹槽，固定条设有加强条，加强条设于凹槽中。加强条能够一定程度上提高推进板的强度，使得推进板更加不容易损坏。
16.本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
17.本实用新型为一种仿生水动力推进装置，灵感来源于鱼尾的摆动。鱼的推进机制是通过鱼尾以及鱼鳍的配合进行前进以及换向，相关文献记载，鱼类的游动方式可以分为四类，本装置就是基于鱼类游动方式的其中一种，假设将鱼整个身体固定，仅仅摆动其尾部，则尾部必然对水体有推力使得水体向后推进，利用此原理设计本装置，一般情况下，装置运动频率控制在1
‑
2hz，不同频率对于水体的推进力以及效率都有差异，整体装置运动平稳。由于装置运动速度较低，很好地解决了装置运动中产生振动等问题。本装置代替泵站的建立，安装建造在河床甚至桥底处不仅能够实现活水作用，由于装置本身较小同时也有较大的经济效益，节省了建造泵站产生的高额成本。旋翼泵的高速旋转，过流生物经过时往往会造成损伤甚至死亡，本实用新型装置工作时，叶片仅仅进行低速往复运动，获得水体推进
的同时能够最大程度保护过流生物，一定程度上做到生态友好性。
18.本实用新型在使用时，通过驱动电机带动第一曲柄和第二曲柄转动，第一曲柄通过第一连杆带动第一滑块往复运动，第二曲柄通过第二连杆带动第二滑块往复运动，推进板与第一滑块和第二滑块连接实现推进板的往复摆动，从而实现推进板的水体推动作用。本实用新型能够加快河道水流的流动性，水力性能能够得到较大的改善的同时还可以避免对过流生物的伤害，实现生态友好。装置结构简单，造价低，能耗低，能够适应各种河流工况，适用范围广，能够长期高效稳定运行。
附图说明
19.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
20.图1为本实用新型仿生水动力推进装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型中推进板的结构示意图；
22.图3为本实用新型中第一曲柄传动机构和第二曲柄传动机构的结构示意图；
23.图4为本实用新型中第二摩擦盘的结构示意图；
24.图5为本实用新型中摩擦机构和电动推杆连接的结构示意图；
25.图6为本实用新型中摩擦机构的结构示意图；
26.图7为本实用新型中单向传动机构的爆炸图。
27.图中，1
‑
固定板；2
‑
驱动电机；3
‑
第一曲柄传动机构；4
‑
第二曲柄传动机构；5
‑
推进板；6
‑
连接轴；7
‑
对接条；8
‑
第一固定座；9
‑
第二固定座；10
‑
第一传动杆；11
‑
滑槽；12
‑
第一曲柄；13
‑
第一连杆；14
‑
第一滑块；15
‑
第一滑轨；16
‑
第二曲柄；17
‑
第二连杆；18
‑
第二滑块；19
‑
第二滑轨；20
‑
调整电机；21
‑
单向传动机构；22
‑
外壳；23
‑
第一传动盘；24
‑
第二传动盘；25
‑
第一固定轴；26
‑
第二固定轴；27
‑
定位凸杆；28
‑
定位凹槽；29
‑
第一棘齿；30
‑
第二棘齿；31
‑
压紧弹簧；32
‑
摩擦传动机构；33
‑
第一摩擦盘；34
‑
第二摩擦盘；35
‑
第一连轴；36
‑
第二连轴；37
‑
摩擦壳；38
‑
卡环；39
‑
卡盘；40
‑
摩擦弹簧；41
‑
第一定位凸起部；42
‑
定位孔；43
‑
固定条；44
‑
第二定位凸起部；45
‑
凹槽；46
‑
加强条；47第二传动杆；48
‑
电动推杆；49
‑
顶推块。
具体实施方式
28.如图1至图7所示，为本实用新型仿生水动力推进装置，包括固定板1、驱动电机2、第一曲柄传动机构3、第二曲柄传动机构4和推进板5，驱动电机2、第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4均设于固定板1上，驱动电机2与第一曲柄传动机构3之间、第一曲柄传动机构3与第二曲柄传动机构4之间均设有连接轴6，推进板5设有对接条7，对接条7设有第一固定座8和第二固定座9，第一曲柄传动机构3设有第一传动杆10，第二曲柄传动机构4设有第二传动杆47，第一传动杆10与第一固定座8转动连接，第二固定座9设有滑槽11，第二传动杆47设于滑槽11中，第二传动杆47与第二滑槽11活动连接，驱动电机2带动第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4运动，第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4往复运动带动推进板5摆动。通过驱动电机2作为驱动源，同时带动两个曲柄传动机构运动，从而带动推进板5摆动，实现水体推进，加快河道水流的流动性，同时叶片的移动速度较小，水力性能能够得到较大的改善的同时还可以避免对过流生物的伤害，实现生态友好。装置结构简单，造价低，能耗低，能够适应各种河流工况，适用范围广，能够长期高效稳定运行。
29.第一曲柄传动机构3包括第一曲柄12、第一连杆13、第一滑块14和第一滑轨15，第一曲柄12的一端与第一连杆13相连接，第一曲柄12的另一端与连接轴6相连接，第一连杆13与第一滑块14转动连接，第一滑块14设于第一滑轨15上，第一滑块14与第一滑轨15滑动连接，第一滑块14与第一传动杆10相连接，第二曲柄传动机构4包括第二曲柄16，第二连杆17、第二滑块18和第二滑轨19，第二曲柄16的一端与第二连杆17相连接，第二曲柄16的另一端与连接轴6相连接，第二连杆17与第二滑块18转动连接，第二滑块18设于第二滑轨19上，第二滑块18与第二滑轨19滑动连接，第二滑块18与第二传动杆47相连接。第一曲柄12机构利用第一曲柄12、第一连杆13、第一滑块14和第一滑轨15，实现将驱动电机2的转动转换成直线往复运动，配合第二曲柄16机构的转换，实现推进板5的上下往复摆动，从而能够实现水体推动，实现活水作用。第一曲柄12传动机构3和第二曲柄16传动机构4结构简单，安装便捷，成本低廉，能耗低使用寿命长，可靠性高。
30.固定板1设于调整电机20，调整电机20与第二曲柄16传动机构4相连接，调整电机20驱动第二曲柄16传动机构4运动。通过调整电机20和第二曲柄16传动机构4连接，可以调节第二曲柄16传动机构4中曲柄的角度，使得第二曲柄16和第一曲柄12的相对位置发生改变，即第一曲柄12和第二曲柄16之间的初始相位发生改变，通过这样的调整，能够使得推进板5的摆幅和摆动角度发生变化，使得推进装置能够根据不同水体情况适应性得去改变推力和水体推动效果，能够保证推进装置对水体的适应性，保证推进装置的低功耗高效率运行。
31.第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4之间设有单向传动机构21，单向传动机构21包括外壳22、第一传动盘23、第二传动盘24、第一固定轴25和第二固定轴26，第一传动盘23、第二传动盘24、第一固定轴25和第二固定轴26均设于外壳22中，第一传动盘与第一固定轴固定连接，第一固定轴25与外壳22转动连接，第二固定轴26与外壳22转动连接，第二固定轴26设有定位凸杆27，第二传动盘24设有定位凹槽28，定位凸杆27设于定位凹槽28中，定位凸杆27与定位凹槽28滑动连接，第一传动盘23设有第一棘齿29，第二传动盘24设有第二棘齿30，第一棘齿29和第二棘齿30相互贴合，压紧弹簧31将第二棘齿30压紧在第一棘齿29上，外壳22与第二传动盘24之间设有压紧弹簧31。单向传动机构21的目的在于，在调整电机20工作调整第二曲柄传动机构4时，能够不会影响到第一曲柄传动机构3，即调整电机20转动，仅带动第二曲柄传动机构4运动从而调整第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4之间的初始相位，而在驱动电机2带动第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4运作时，能够使得第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4之间的同步运动不受影响，使得曲柄传动机构之间的初始相位调整非常方便，能够自动化控制完成，不需要人工干预。第一传动盘23和第二传动盘24之间设置棘齿连接，第一传动盘23正向转动时由于第一棘齿29和第二棘齿30相互卡死，使得第一传动盘23能够带动第二传动盘24正向转动，而在第二传动盘24需要带动第一传动盘23转动时，则需要逆向转动才能带动，第一传动盘23逆向转动时，第一棘齿29和第二棘齿30之间产生相对滑动，致使第二传动盘24产生轴向移动，从而实现只有第一传动盘23转动，而第二传动盘24不会发生转动的情况，同理，第二传动盘24若现只自己转动而不带动第一传动盘23转动，则需要正向转动。调整电机20正向转动恰好能使第二传动盘24转动而不带动第一传动盘23转动，实现了第一曲轴传动机构和第二曲轴传动机构之间初始限位调整，却不影响第一曲轴传动机构带动第二曲轴传动机构转动，设计巧妙，连接效果
好，使用方便，不需要额外调整。
32.调整电机20与第二曲柄传动机构4之间设有摩擦传动机构32，摩擦传动机构32包括第一摩擦盘33、第二摩擦盘34、第一连轴35、第二连轴36和摩擦壳37，第一摩擦盘33和第二摩擦盘34均设于摩擦壳37中，第一连轴35与第一摩擦盘33相连接，第二连轴36与第二摩擦盘34相连接，第一连轴35与摩擦壳37转动连接，第二连轴36与摩擦壳37活动连接，第二连轴36设有卡环38，卡环38上设有卡盘39，卡盘39与卡环38转动连接，卡盘39与摩擦壳37滑动连接，卡盘39与摩擦壳37之间设有摩擦弹簧40，第一摩擦盘33在摩擦弹簧40的作用下压紧在第二摩擦盘34上。摩擦传动机构32主要用于调整电机20和第二曲柄传动机构4之间的连接，在第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4正常工作时，摩擦传动机构32断开连接，使得第二曲柄传动机构4的转动不会传递给调整电机20，而在需要调整第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4的初始相位时，摩擦传动机构32连接，使得调整电机20的转动能够传递给第二曲柄传动机构4，从而调整第一曲柄传动机构3和第二曲柄传动机构4的初始相位。摩擦传动机构32能够实现调整电机20与第二曲柄传动机构4之间的连接状态，降低驱动电机2输出功率降低推进装置整体功耗。正常情况下，第一摩擦盘33和第二摩擦盘34相互挤压，使得第一摩擦盘33转动能够带动第二摩擦盘34转动，而通过外力挤压卡盘39，使得第一摩擦盘33和第二摩擦盘34分离，而释放外力，第二摩擦盘34则会在摩擦弹簧40的作用下挤在第一摩擦盘33上实现第一摩擦盘33和地二摩擦盘的连接。
33.摩擦壳37设有电动推杆48，电动推杆48连接有顶推块49，顶推块49设有导向面，导向面与顶顶推块49相贴合。电动推杆48和顶推块49的配合，能够实现第一摩擦片和第二摩擦片的分离，电动推杆48将顶推块49向内推动的过程中，在导向面的作用下，卡盘39被顶推块49向外挤压推离，使得第一摩擦片和第二摩擦片分离，当电动推杆48回退时，第二卡盘39被摩擦弹簧40内推，使得第一摩擦片和第二摩擦片连接。
34.对接条7设有第一定位凸起部41，推进板5设有定位孔42，第一定位凸起部41卡于定位孔42中。第一定位凸起部41和定位孔42的配合能够使得推进板5和对接条7的连接效果更好，起到定位作用，使得对接条7和推进板5之间不易产生相对位移，保证良好的推进效果。
35.推进板5设有固定条43，固定条43设有第二定位凸起部44，第二定位凸起部44卡于定位孔42中，第一定位凸起部41和第二定位凸起部44之间螺钉连接。固定条43和对接条7相互连接实现对推进板5的夹紧，实现推进板5的固定，同时，推进板5不用拧螺栓固定，保证了推进板5的强度，使得推进板5不容易损坏，使用寿命延长。
36.推进板5设有凹槽45，固定条43设有加强条46，加强条46设于凹槽45中。加强条46能够一定程度上提高推进板5的强度，使得推进板5更加不容易损坏。
37.本实用新型为一种仿生水动力推进装置，灵感来源于鱼尾的摆动。鱼的推进机制是通过鱼尾以及鱼鳍的配合进行前进以及换向，相关文献记载，鱼类的游动方式可以分为四类，本装置就是基于鱼类游动方式的其中一种，假设将鱼整个身体固定，仅仅摆动其尾部，则尾部必然对水体有推力使得水体向后推进，利用此原理设计本装置，一般情况下，装置运动频率控制在1
‑
2hz，不同频率对于水体的推进力以及效率都有差异，整体装置运动平稳。由于装置运动速度较低，很好地解决了装置运动中产生振动等问题。本装置代替泵站的建立，安装建造在河床甚至桥底处不仅能够实现活水作用，由于装置本身较小同时也有较
大的经济效益，节省了建造泵站产生的高额成本。旋翼泵的高速旋转，过流生物经过时往往会造成损伤甚至死亡，本实用新型装置工作时，叶片仅仅进行低速往复运动，获得水体推进的同时能够最大程度保护过流生物，一定程度上做到生态友好性。
38.本实用新型在使用时，通过驱动电机2带动第一曲柄12和第二曲柄16转动，第一曲柄12通过第一连杆13带动第一滑块14往复运动，第二曲柄16通过第二连杆17带动第二滑块18往复运动，推进板5与第一滑块14和第二滑块18连接实现推进板5的往复摆动，从而实现推进板5的水体推动作用。本实用新型能够加快河道水流的流动性，水力性能能够得到较大的改善的同时还可以避免对过流生物的伤害，实现生态友好。装置结构简单，造价低，能耗低，能够适应各种河流工况，适用范围广，能够长期高效稳定运行。
39.以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。