一种安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置的制作方法

本发明属于可倾倒风帆领域，涉及一种安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置。

背景技术：

1、目前，船舶绿色化水平的要求的日益提高，世界各国积极发展各类节能减排技术。其中，随着信息技术及现代风帆理论的研究发展，风帆助推作为最古老的节能技术重回航运绿色应用舞台。如何提升风帆装置的轻量化和智能化操纵，提高维护便捷性和船型适用性，已成为未来风帆助推装置研发的重点方向。硬质翼型风帆产品采用桅杆和帆叶结构，通过设置升降系统和回转系统，实现帆叶的自动升降和角度调节，从而对风力资源进行有效利用。硬质翼型风帆在升降过程中，桅杆和帆叶必须直立，存在风帆维护困难，对船舶布置和航行造成驾驶视野限制、船型适用性差等一系列问题。

2、现有技术的可倾倒风帆装置，可通过风帆公共基座上设置的钢丝绳绞车将钢丝绳拉紧和施放，实现风帆帆体的直立和倾倒操作。由于可倾倒风帆帆体采用了非金属纤维材料，帆体重量大大减轻，单帆帆体重量约在20吨以内，虽然帆体重量大幅度减轻，但由于可倾倒风帆帆体高度高，通常在30m左右，其在倾倒或直立操作过程中，仅重力作用会产生较大的倾覆阻力矩，该阻力矩需由驱动机构产生足够的动力矩克服，对驱动机构的功耗需求很大。同时在帆体倾倒操作过程中，主要承受风载荷、船舶惯性载荷以及自身重力载荷，由于外部风载荷和船舶三个方向加速度载荷方向随时突变，因此帆体在倾倒操作过程中将面临着极其不稳定的冲击载荷，这部分不稳定冲击载荷会对帆体倾倒操作带来不稳定因素，严重时会影响风帆安全操作。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术的可倾倒风帆装置驱动机构需要驱动力大，功耗需求大，驱动机构结构复杂，控制风帆俯仰角度精度不高，风帆帆体在俯仰过程中不稳定的冲击载荷导致装置不平稳、安全性差等问题，给出了一种安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：包括，帆叶；用于支撑帆叶的帆叶基座；用于驱动帆叶俯仰的驱动机构；以及保持帆叶在俯仰过程中保持力矩平衡的配重机构；配重机构与帆叶在俯仰过程中的任意角度位置都处于力矩平衡状态。

2、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述驱动机构及配重机构相互连接，可以使帆叶在竖直和倾倒状态时处于自锁状态。

3、根据以上所述的的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶底部设置有帆叶支座；

4、所述驱动机构包括驱动装置；通过铰接点f与驱动装置铰接的驱动臂；驱动臂另一端通过铰接点e与驱动臂铰接的驱动拉杆；

5、驱动拉杆另一端与帆叶支座通过铰接点c铰接。

6、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶底部设置有帆叶支座；帆叶支座通过铰接点d与帆叶基座相铰接。

7、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述配重机构包括：与帆叶支座通过铰接点c铰接的配重拉杆；与配重拉杆的另一端通过铰接点b相铰接的配重臂；配重臂的另一端设置的配重块；与配重臂通过铰链a相铰接的配重支架；

8、配重支架底部设置有固定设置在船舶甲板上的配重基架。

9、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述铰接点a与铰接点b的连线，与铰接点c、铰接点d的连线平行且长度相等。

10、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶在倾倒至直立状态之间的倾斜角度90°的行程中，驱动臂绕铰接点f转动180°。

11、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶处于倾倒状态或直立状态时，铰接点f、铰接点e和铰接点c均处于同一直线；当帆叶处于倾倒状态时，铰接点e处于铰接点f和铰接点c之间；当帆叶处于直立状态时，铰接点f处于铰接点e和铰接点c之间。

12、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：驱动拉杆为弯曲结构，且驱动拉杆在回转时不与配重支架相干涉。

13、根据以上所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述配重块的重量可调节。

14、本发明与现有技术相比的优点：

15、1、本发明采用带配重的力矩平衡四连杆机构设计，确保帆叶在俯仰过程中的任意角度位置都处于力矩平衡状态，驱动机构只需提供很小的驱动力便可实现帆叶的俯仰操作，而无需克服帆叶在俯仰过程中带来的巨大阻力，大大降低了驱动机构的复杂程度和功耗需求，同时解决了驱动系统难以控制帆叶的下俯速度和承受较大冲击载荷的问题，保证帆叶俯仰机构的运动更加平稳、可靠。

16、2、本发明采用驱动摇杆机构“双死点”设计，实现帆叶在倾倒和直立状态下的机械锁死，极大提高了对外部冲击载荷的抗干扰性，且对驱动装置不产生额外载荷，进一步提高了装置操作的稳定性和安全性。

技术特征：

1.一种安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：包括，帆叶(1)；用于支撑帆叶(1)的帆叶基座(11)；用于驱动帆叶(1)俯仰的驱动机构(100)；以及保持帆叶(1)在俯仰过程中保持力矩平衡的配重机构(200)；配重机构(200)与帆叶(1)在俯仰过程中的任意角度位置都处于力矩平衡状态。

2.根据权利要求1所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述驱动机构(100)及配重机构(200)相互连接，可以使帆叶(1)在竖直和倾倒状态时处于自锁状态。

3.根据权利要求2所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶(1)底部设置有帆叶支座(12)；

4.根据权利要求2或3所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶(1)底部设置有帆叶支座(12)；帆叶支座(12)通过铰接点d与帆叶基座(11)相铰接。

5.根据权利要求4所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述配重机构(200)包括：与帆叶支座(12)通过铰接点c铰接的配重拉杆(2)；与配重拉杆(2)的另一端通过铰接点b相铰接的配重臂(3)；配重臂(3)的另一端设置的配重块(4)；与配重臂(3)通过铰链a相铰接的配重支架(8)；

6.根据权利要求5所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述铰接点a与铰接点b的连线，与铰接点c、铰接点d的连线平行且长度相等。

7.根据权利要求5或6所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶(1)在倾倒至直立状态之间的倾斜角度90°的行程中，驱动臂(6)绕铰接点f转动180°。

8.根据权利要求7所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述帆叶(1)处于倾倒状态或直立状态时，铰接点f、铰接点e和铰接点c均处于同一直线；当帆叶(1)处于倾倒状态时，铰接点e处于铰接点f和铰接点c之间；当帆叶(1)处于直立状态时，铰接点f处于铰接点e和铰接点c之间。

9.根据权利要求8所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：驱动拉杆(5)为弯曲结构，且驱动拉杆(5)在回转时不与配重支架(8)相干涉。

10.根据权利要求9所述的安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：所述配重块(4)的重量可调节。

技术总结本发明属于可倾倒风帆领域，涉及一种安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置。一种安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置，其特征在于：包括，帆叶(1)；用于支撑帆叶(1)的帆叶基座(11)；用于驱动帆叶(1)俯仰的驱动机构(100)；以及保持帆叶(1)在俯仰过程中保持力矩平衡的配重机构(200)；配重机构(200)与帆叶(1)在俯仰过程中的任意角度位置都处于力矩平衡状态。安全稳定低功耗的可倾倒风帆装置降低了液压驱动机构的复杂程度和功耗需求，解决了驱动系统难以控制帆叶的下俯速度和承受较大冲击载荷的问题，提高了对外部冲击载荷的抗干扰性，保证帆叶俯仰机构的运动更加平稳、可靠。技术研发人员：陈乐,徐鑫,片成荣,王维义,刘新光,尹海涛,贾燕平,曹静,隋丹,姜辉,陈立,刘佳受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12