一种适用于冰区挖泥船的破冰装置及破冰方法

本发明属于极地破冰，具体涉及一种适用于冰区挖泥船的破冰装置及破冰方法。

背景技术：

1、北极航道及资源的开发极大促进了北极及周边航运事业的发展，拖船、挖泥船和打桩船作为港口和航道的建设和维护的特种工程船舶发挥着至关重要的作用，我国拥有完全自主研发常规水域挖泥船、打桩船等工程船舶的能力，其中拖船、挖泥船技术处于世界领先水平。然而，我国工程船舶在高寒地区作业的经验并不丰富，工程技术水平在极端恶劣的自然环境中所经受的考验也十分有限。挖泥船在冰区执行任务不可避免的会遭受由于海冰碰撞引起的结构安全问题，因此，挖泥船在冰区作业过程中需要配置破冰装置。

2、现有技术公开了一些工程船舶的破冰装置，但是针对挖泥船冰区航行的破冰装置未见公开。例如申请号为“202110647719.4”，名称为船舶行进用破冰装置，该破冰装置为固定式安装的结构，只能设置在船头，进行冲撞法破冰，但是该破冰装置无法灵活移动，只能进行被动的航行破冰，无法进行主动破冰，在航行时不可避免会对船体造成振动影响，同时破冰装置损耗大，寿命低；同时该破冰装置的破冰方向为水平方向，无法进行垂直方向的破冰需要。因此，针对极地冰区挖泥船在实际工程作业过程中的破冰需求，本方案依托江苏科技大学与中国交通建设集团股份有限公司的科技研发项目进行关键技术攻关，拟设计出一种针对冰区挖泥船的破冰装置及破冰方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于冰区挖泥船的破冰装置及破冰方法，旨在解决现有技术中如下技术问题：

2、常规的破冰装置固定在船体的某一侧，例如船头，无法进行移动，功能较为单一，只能进行被动的航行破冰，无法进行主动破冰，在航行时不可避免会对船体造成振动影响，同时破冰装置损耗大，寿命低；常规的开路破冰装置的方向为水平破冰，无法满足垂直方向的破冰需要。

3、本发明采取以下技术方案实现：

4、一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，设于挖泥船航行方向的前端，包括，

5、支撑组件，所述支撑组件下端设置在船体上，用于支撑调节组件；

6、调节组件，部分设于支撑组件的上端，用于调节破冰组件相对冰面的位置，所述调节组件包括主调节件、副调节件和两个可在垂直面内转动的连接臂，所述主调节件设置在支撑组件的顶端，两个所述连接臂对称设置在支撑组件的两侧，所述驱动件设于连接臂之间，所述副调节件设置在破冰组件上，所述主调节件与副调节件驱动连接；

7、破冰组件，设于连接臂远离支撑组件的一端，所述破冰组件包括驱动件、连接轴和多个破冰件，所述驱动件和连接轴均设置在两个连接臂之间，所述驱动件位于连接臂上远离支撑组件的一端，所述连接轴与驱动件传动连接，多个所述破冰件转动设置在连接轴上。

8、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

9、进一步地，所述支撑组件包括两个第一支撑杆、两个第二支撑杆、第三支撑杆、第一支撑轴、第二支撑轴，两个所述第一支撑杆的下端设置在船体的首部，两个所述第一支撑杆对称间隔设置，所述第一支撑轴水平设置且穿插在两个第一支撑杆的中部，两个所述第二支撑杆的上端均与第一支撑轴连接，两个所述第二支撑杆的下端设置在船体上，所述第二支撑轴水平设置，所述第二支撑轴与两个第一支撑杆的上端连接，所述主调节件设置在第二支撑轴上，所述第三支撑杆上端与第一支撑杆连接，所述第三支撑杆下端与船体连接，所述第三支撑杆斜拉设置。

10、进一步地，两个所述连接臂分别设置在第一支撑轴的两端，所述连接臂包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆一端与连接轴连接，所述第二连接杆与第一连接杆铰接，所述第二连接杆远离第一连接杆的一端设置有破冰组件。

11、进一步地，两个所述第二连接杆之间设置有底板，所述驱动件设置在底板上，所述连接轴转动设置在两个第二连接杆之间。

12、进一步地，所述驱动件包括电机和齿轮箱，所述电机设置在底板上，所述齿轮箱通过支架设置在两个第二连接杆上，所述齿轮箱内设置有第一锥齿轮、第二锥齿轮和第一圆柱齿轮，所述第一锥齿轮设置在电机的输出轴上，所述第二锥齿轮和第一圆柱齿轮均设置在转轴上，所述转轴转动设置在齿轮箱的内侧壁上，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮齿轮啮合，所述第二锥齿轮和第一圆柱齿轮同轴转动连接，所述第一圆柱齿轮设置在连接轴上，所述第二圆柱齿轮和第一圆柱齿轮齿轮啮合。

13、进一步地，多个所述破冰件间隔设置，所述破冰件的上端转动设置在支架上，每个所述破冰件上部均设置有从动齿轮，所述连接轴上间隔设置有多个主动齿轮，所述从动齿轮和主动齿轮一一对应，所述从动齿轮和主动齿轮齿轮啮合。

14、进一步地，所述连接轴上设置有多个破冰滚轮，所述破冰滚轮与主动齿轮间隔设置，所述破冰滚轮上等距周向分布有锥形突起。

15、进一步地，所述副调节件设置在齿轮箱上端，所述副调节件采用滚筒，所述主调节件采用电动吊滑轮，所述电动吊滑轮和滚筒之间通过线缆连接。

16、进一步地，所述第一连接杆和第二连接杆之间还设置有电动液压杆，所述电动液压杆分别与第一连接杆和第二连接杆铰接。

17、一种适用于冰区挖泥船的破冰方法，包括如下步骤：

18、驱动电动吊滑轮带动滚筒在竖直面内转动，调节第二连接杆相对第一连接杆远离，直至到达设定角度位置，同步启动电动液压杆移动，并固定当前角度位置；

19、启动电机通过第一锥齿轮和第二锥齿轮带动连接轴旋转，同步带动破冰件旋转钻探；

20、根据钻探深度，动态调节第二连接杆相对第一连接杆的位置；

21、当钻探深度超过设定阈值时，破冰滚轮进行辅助钻探；

22、当钻探完成，反向驱动电动吊滑轮带动滚筒在竖直面内转动，调节第二连接杆相对第一连接杆靠近，使得破冰件远离冰面。

23、本发明的有益效果：

24、相比现有技术而言，本发明的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，可以进行有针对性的区域破冰处理，同时装置可调节，灵活方便，能够适合多种场景下的使用。

25、本装置采用的调节组件可以在空间内进行大角度的移动，能够根据破冰厚度进行相应位置的调节，提高破冰组件的破冰效率，以及相比水平的被动破冰装置，延长了使用寿命。

26、本装置采用的驱动件和连接轴相互配合的结构，利用一个电机即可驱动多个破冰组件同步旋转，一方面减少了驱动源的使用，另一方面通过多级齿轮传动的布局设置，可以将负载分布到多个齿轮，减少每个齿轮的负荷，从而提高了整个系统的使用寿命。

技术特征：

1.一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，设于挖泥船航行方向的前端，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：所述支撑组件包括两个第一支撑杆、两个第二支撑杆、第三支撑杆、第一支撑轴、第二支撑轴，两个所述第一支撑杆的下端设置在船体的首部，两个所述第一支撑杆对称间隔设置，所述第一支撑轴水平设置且穿插在两个第一支撑杆的中部，两个所述第二支撑杆的上端均与第一支撑轴连接，两个所述第二支撑杆的下端设置在船体上，所述第二支撑轴水平设置，所述第二支撑轴与两个第一支撑杆的上端连接，所述主调节件设置在第二支撑轴上，所述第三支撑杆上端与第一支撑杆连接，所述第三支撑杆下端与船体连接，所述第三支撑杆斜拉设置。

3.根据权利要求2所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：两个所述连接臂分别设置在第一支撑轴的两端，所述连接臂包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆一端与连接轴连接，所述第二连接杆与第一连接杆铰接，所述第二连接杆远离第一连接杆的一端设置有破冰组件。

4.根据权利要求3所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：两个所述第二连接杆之间设置有底板，所述驱动件设置在底板上，所述连接轴转动设置在两个第二连接杆之间。

5.根据权利要求4所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：所述驱动件包括电机和齿轮箱，所述电机设置在底板上，所述齿轮箱通过支架设置在两个第二连接杆上，所述齿轮箱内设置有第一锥齿轮、第二锥齿轮和第一圆柱齿轮，所述第一锥齿轮设置在电机的输出轴上，所述第二锥齿轮和第一圆柱齿轮均设置在转轴上，所述转轴转动设置在齿轮箱的内侧壁上，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮齿轮啮合，所述第二锥齿轮和第一圆柱齿轮同轴转动连接，所述第一圆柱齿轮设置在连接轴上，所述第二圆柱齿轮和第一圆柱齿轮齿轮啮合。

6.根据权利要求5所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：多个所述破冰件间隔设置，所述破冰件的上端转动设置在支架上，每个所述破冰件上部均设置有从动齿轮，所述连接轴上间隔设置有多个主动齿轮，所述从动齿轮和主动齿轮一一对应，所述从动齿轮和主动齿轮齿轮啮合。

7.根据权利要求6所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：所述连接轴上设置有多个破冰滚轮，所述破冰滚轮与主动齿轮间隔设置，所述破冰滚轮上等距周向分布有锥形突起。

8.根据权利要求7所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：所述副调节件设置在齿轮箱上端，所述副调节件采用滚筒，所述主调节件采用电动吊滑轮，所述电动吊滑轮和滚筒之间通过线缆连接。

9.根据权利要求1所述的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，其特征在于：所述第一连接杆和第二连接杆之间还设置有电动液压杆，所述电动液压杆分别与第一连接杆和第二连接杆铰接。

10.根据权利要求1-9任一项所述破冰装置的一种适用于冰区挖泥船的破冰方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，包括支撑组件，所述支撑组件下端设置在船体上，用于支撑调节组件；调节组件，部分设于支撑组件的上端，用于调节破冰组件相对冰面的位置；破冰组件，设于连接臂远离支撑组件的一端，用于进行破冰。本发明的一种适用于冰区挖泥船的破冰装置，可以进行有针对性的区域破冰处理，同时装置可调节，灵活方便，能够适用于多种冰区环境下使用。本装置采用的调节组件可以在空间内进行大角度的移动，能够根据破冰厚度进行相应位置的调节，提高破冰组件的破冰效率，同时相比水平的被动破冰装置延长了使用寿命。技术研发人员：沈中祥,仲启春,田俊峰,刘仁伟,毕玙璠,罗嘉鑫,雍允豪受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17