一种适用于冰区的船用破冰装置

1.本发明涉及破冰技术领域，具体涉及一种适用于冰区的船用破冰装置。


背景技术：

2.破冰船是用于破碎水面冰层，开辟航道，保障舰船进出冰封港口、锚地或引导舰船在冰区航行的勤务船。现有的破冰方式主要有两种：连续式破冰方式和冲撞式破冰方式。基于这两种破冰方式，现有的破冰船也主要有两种：采用连续式破冰方式的破冰船和采用冲撞式破冰方式的破冰船。当冰层厚度不超过1.5米时，使用采用连续式破冰方式的破冰船进行破冰，破冰过程中，破冰船以每小时3～5海里的速度穿过冰层稳定向前移动，由于破冰船船艏端的吃水较浅，破冰船依靠推进力让穿透驶上冰面，在依靠自身重量将冰层压裂，以此连续不断的前进，从而实现破冰。而当冰层厚度超过1.5米，冰层较厚时，破冰船不能靠自身重量压碎冰层，此时需要使用采用冲撞式破冰方式的破冰船进行破冰，破冰过程中，破冰船开足马力冲向冰层，利用自身动量和坚硬的破冰船船艏撞碎冰层，如果以此不能成功破冰，破冰船可以倒退一段距离，再开足马力撞碎前面的冰层，多次反复，就能实现破冰，开辟出新的航道。
3.通过分析上述两种破冰方式，采用连续式破冰方式的破冰船破冰缓慢，破冰效率较低，且只能在冰面厚度小、厚度薄的海域使用，而且对船舶自身强度要求高；采用冲撞式破冰方式除破冰效率较低、能耗较大之外，最大的问题是船体艏部结构容易被破坏，船身容易被冰卡住，而且由于两种破冰船实现破冰都要依赖于船体和船速，故两种破冰船对船体结构、推进装置及其附属设施等均具有较高的要求，成本也较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种适用于冰区的船用破冰装置，以解决上述现有技术存在的问题，使破冰船在不同冰层厚度的海况下，均可实现连续稳定的破冰前进。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种适用于冰区的船用破冰装置，其特征在于，其包括船体艏部、动力驱动组件、锤击杆架、锤头组件和滑动推扭组件。其中，所述动力驱动组件由电机通过齿轮驱动凸轮旋转，所述凸轮通过杆系相连，并分布在船艏两侧，每侧凸轮由两个圆盘和一根凸轮杆构成。所述动力驱动组件安装于滑动板上，该滑动板在双液压杆的驱动下可在固定滑道内前后滑动，实现动力驱动组件的前后位移，以此来调节锤头组件的抬起高度。
7.所述锤击杆架通过旋转轴杆连接到船体艏部，并在连接处设置有限位凸起，以防止锤头组件击碎冰面后继续做圆周运动。所述锤击杆架由旋转轴杆、纵向杆件、斜撑和横梁构成整体框架，弯杆置于旋转轴杆两侧，用于辅助推扭组为锤击杆架提供旋转扭矩。
8.所述锤头组件共有五个分别安装于横梁的两端和中间位置，其中重块采用高密度金属材料固定于横梁上，以提供足够的重力势能。所述重块的下半部分安装有锥头，其通过限位杆与重块铰接。所述锥头顶部设有避震器，用于锥头锤击完冰面后抬起时仍能恢复初
始位置。
9.所述滑动推扭组件由凸轮驱动液压杆带动圆柱形滑块进行前后的往复运动。所述圆柱形滑块置于套筒中，顶部连接有圆杆，圆杆端部铰接有半圆柱桶型构件，用于向弯杆传递推力。
10.进一步，作为优选，所述一种适用于冰区的船用破冰装置固定在船体艏部，所述连续锤击式辅助破冰装置包括动力驱动组件、锤击杆架、锤头组件和滑动推扭组件。
11.进一步，作为优选，所述动力驱动组件安装于船体内部，并固定于滑动板上，并通过两根液压伸缩杆实现动力驱动组件的前后位移，以此来调节锤头组件的抬起高度。
12.进一步，作为优选，所述锤击杆架为四边形框架，内设有两根斜撑，斜撑所成角度满足锤击杆架的抬起要求。
13.进一步，作为优选，锤击杆架前端设有锤头组件，后端突出杆件用于凸轮杆压动锤击杆架旋转。所述旋转轴杆两端延伸出两个弯杆，用于滑动推扭组件对锤击杆架进行作用。
14.进一步，作为优选，所述旋转轴杆在旋转支座处设有限位凸起，以限制锤击杆架的旋转角度。
15.进一步，作为优选，所述锤头组件共有5个置于锤击杆架前端横梁的两端和中间位置。
16.进一步，作为优选，所述锥头嵌于重块的下部，锥头顶部设有避震器，使得锥头绕限位杆转动后仍能恢复原来的位置。
17.进一步，作为优选，所述滑动推扭组件设置于凸轮与旋转轴杆之间，由凸轮通过铰接的液压杆带动滑块在套筒中做前后的往复运动，从而给予锤击杆架一个向前的推力，使得锤头组件可以更有力道的锤击冰面。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明的一种适用于冰区的船用破冰装置能够很好安装于冰区航行船舶的艏部，具有一定的操作性和实用性。该破冰装置基于杠杆原理通过凸轮对锤击杆架的压力做功转化为锤头自身重力势能进行对冰面的锤击，实现在船艏没有接触到冰面之前，对冰面进行破坏。滑动推扭组件将凸轮旋转所产生的力充分利用，给予锤击杆架一个旋转力，在锤头自身重力势能的基础上增加一个动能，可实现对更厚的冰层进行破坏。双液压杆用于调节凸轮作用于锤击杆架的位置，从而进一步调节锤头组件的抬起高度，进而可根据不同冰层情况，调节锤头自身的重力势能。锤头组件的避震器可以使得锥头绕限位杆转动，并在抬起后恢复原来的位置，从而防止锥头扎进冰面中阻碍船舶航行，因此，可实现船舶在冰区的连续航行。破冰装置的限位杆可限制杆系的旋转角度，对于冰层较厚的冰区，该装置也可进行反复锤击，进一步提高了该装置的实用性。
附图说明
20.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
21.图1为本发明具体实施例的装置整体结构示意图；
22.图2为本发明具体实施例的装置结构俯视示意图；
23.图3为本发明具体实施例的滑动推扭组件的结构详图；
24.图4为本发明具体实施例的锤头组件的结构详图。
25.附图标记说明：
26.船体艏部(1)、动力驱动组件(2)、锤击杆架(3)、锤头组件(4)和滑动推扭组件(5)、电机(201)、滑动板(202)、固定滑道(203)、齿轮(204)、旋转支座(205)、杆系(206)、凸轮(207)、凸轮杆(208)、联轴器(209)、双液压杆(210)、旋转轴杆(301)、弯杆(302)、纵向杆件(303)、斜撑(304)、横梁(305)、重块(401)、避震器(403)、锥头(404)、限位杆(405)、驱动液压杆(501)、套筒(502)、套筒支撑杆1(503)、套筒支撑杆2(504)、圆柱形滑块(505)、半圆柱桶型构件(507)。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例一
29.本发明提供了如图1-4所示，本实施例一提供一种适用于冰区的船用破冰装置。其中，包括船体艏部(1)、动力驱动组件(2)、锤击杆架(3)、锤头组件(4)和滑动推扭组件(5)其中，动力驱动组件(2)由电机(201)通过齿轮(204)驱动凸轮(207)旋转，凸轮(207)通过杆系(206)相连，并分布在船艏两侧，每侧凸轮由两个圆盘和一根凸轮杆(208)构成。动力驱动组件(2)安装于滑动板(202)上，该滑动板在双液压杆(210)的驱动下可在固定滑道(203)内前后滑动，实现动力驱动组件(2)的前后位移，以此来调节锤头组件(4)的抬起高度。锤击杆架(3)通过旋转轴杆(301)连接到船体艏部，并在连接处设置有限位凸起，以防止锤头组件(4)击碎冰面后继续做圆周运动。锤击杆架(3)由旋转轴杆(301)、纵向杆件(303)、斜撑(304)和横梁(305)构成整体框架，弯杆(302)置于旋转轴杆(301)两侧，用于辅助推扭组件(5)为锤击杆架(3)提供旋转扭矩。锤头组件(4)共有五个分别安装于横梁(305)的两端和中间位置，其中重块(401)采用高密度金属材料固定于横梁(305)上，以提供足够的重力势能。重块(401)的下半部分安装有锥头(404)，其通过限位杆(405)与重块(401)铰接。锥头(404)顶部设有避震器(403)，用于锥头(404)锤击完冰面后抬起时仍能恢复初始位置。滑动推扭组件(5)由凸轮(207)驱动液压杆(501)带动圆柱形滑块(505)进行前后的往复运动。圆柱形滑块(505)置于套筒(502)中，顶部连接有圆杆，圆杆端部铰接有半圆柱桶型构件(507)，用于向弯杆(302)传递推力。
30.实施例二
31.本实施例提出一种适用于冰区的船用破冰装置，包括实施例一所述的破冰船的全部结构，与实施例一不同的是，当破冰船遇到1m以下冰层厚度的海况条件下，通过伸长双液压杆(210)驱动滑动板(202)向尾部移动，使得凸轮(207)作用在锤击杆架(3)的长度较小，从而减小锤头组件(4)的抬起高度，增大锤击频率。同时，收缩液压杆(501)，取消滑动推扭组件(5)对锤击杆架(3)的作用力。实现连续锤击式辅助破冰装置高效、快速的锤击冰面。
32.实施例三
33.本实施例提出一种适用于冰区的船用破冰装置，包括实施例一所述的破冰船的全
部结构。与实施例一和实施例二不同的是，当破冰船遇到1m～1.5m冰层厚度的海况条件下，通过调节双液压杆(210)驱动滑动板(202)到适当位置，增大凸轮(207)作用在锤击杆架(3)的长度，从而增大锤头组件(4)的抬起高度，提高锤头组件(4)的重力势能。同时，调节液压杆(501)，使得凸轮(207)能够对锤击杆架(3)产生旋转力，给予锤头组件(4)一个旋转的动能，提高该破冰装置的破冰能力。
34.实施例四
35.本实施例提出一种适用于冰区的船用破冰装置，包括实施例一所述的破冰船的全部结构，与实施例一、实施例二和实施例三不同的是，当破冰船遇到1.5m及以上厚度或出现船身卡住的情况下，通过缩短双液压杆(210)驱动滑动板(202)，进一步增大凸轮(207)作用在锤击杆架(3)的长度，进一步提高锤头组件(4)的重力势能。同时，调节液压杆(501)，使得凸轮(207)能够对锤击杆架(3)产生旋转力，给予锤头组件(4)一个旋转的动能，进一步提高该破冰装置的破冰能力，进行原地地反复锤击，直到击碎冰面。
36.本发明设计巧妙，结构合理，具有一定的操作性和实用性。破冰装置基于杠杆原理通过凸轮对锤击杆架的压力做功转化为锤头自身重力势能进行对冰面的锤击，实现在船艏没有接触到冰面之前，对冰面进行破坏。滑动推扭组件将凸轮旋转所产生的力充分利用，给予锤击杆架一个旋转力，在锤头自身重力势能的基础上增加一个动能，可实现对更厚的冰层进行破坏。双液压杆用于调节凸轮作用于锤击杆架的位置，从而进一步调节锤头组件的抬起高度，进而可根据不同冰层情况，调节锤头自身的重力势能。锤头组件的避震器可以使得锥头绕限位杆转动，并在抬起后恢复原来的位置，从而防止锥头扎进冰面中阻碍船舶航行，因此，可实现船舶在冰区的连续航行。破冰装置的限位杆可限制杆系的旋转角度，对于冰层较厚的冰区，该装置也可进行反复锤击，进一步提高了该装置的实用性。
37.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。