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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新型船舶水下震蕩清洗設(shè)備的研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研究的船體水下清洗機(jī)械是船舶在進(jìn)船塢前對(duì)船體外表面實(shí)行水下清洗的一種設(shè)備，能在船體外表面上行走，沿著行走路徑對(duì)船體表面的海洋生物實(shí)行清洗，并配有視頻監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)行走路徑進(jìn)行控制、觀看和校正，清洗完畢好后，通過(guò)放在清洗機(jī)上的吊機(jī)取回岸上。 并可在某些項(xiàng)目上，開展大型船舶業(yè)務(wù)，而不局限在大型船塢的噸位上。實(shí)現(xiàn)水下作業(yè)的自動(dòng)化，用機(jī)器來(lái)替代人的操作，將會(huì)大大節(jié)約勞動(dòng)力，提高修船效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 1船體水下清洗設(shè)備的組成 船體水下清洗設(shè)備主要由以下幾部分組成：清洗機(jī)構(gòu)、高頻震蕩系統(tǒng)、刀頭自適應(yīng)系統(tǒng)、往復(fù)機(jī)構(gòu)、磁輪及動(dòng)力機(jī)構(gòu)、可視控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等。 這些機(jī)構(gòu)從方案的論證，各部分關(guān)鍵技術(shù)的解決，機(jī)構(gòu)總體框架的設(shè)計(jì)等都需要認(rèn)真仔細(xì)研究。下面就方案中的各機(jī)構(gòu)的方式選擇和設(shè)計(jì)、高頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、單片機(jī)電路控制部分的設(shè)計(jì)、磁輪吸附爬行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等方面敘述如下。 2、方案 這個(gè)設(shè)備由船上輔助控制機(jī)構(gòu)和水下清洗機(jī)構(gòu)組成。船上輔助控制機(jī)構(gòu)有單片機(jī)控制電路系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)和卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)組成，主要為水下清洗機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力、遠(yuǎn)程線控、觀看清洗過(guò)程和提升下放清洗機(jī)。水下清洗機(jī)構(gòu)包括：清洗機(jī)構(gòu)、高頻震蕩系統(tǒng)、刀頭自適應(yīng)系統(tǒng)、往復(fù)機(jī)構(gòu)、磁輪及動(dòng)力機(jī)構(gòu)、可視控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等。 （1） 工作原理（水下清洗結(jié)構(gòu)整體如圖1） 將水上機(jī)構(gòu)和水下清洗機(jī)構(gòu)通過(guò)一條主線相連接后，輕輕地將其沿著船的邊緣沉入水中，四個(gè)磁輪5穩(wěn)穩(wěn)地吸在船上，通過(guò)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)6驅(qū)動(dòng)前進(jìn)。當(dāng)清洗機(jī)構(gòu)進(jìn)入水下后，通過(guò)水上可視系統(tǒng)1傳輸信號(hào)，使可視系統(tǒng)工作，通過(guò)船上的視頻系統(tǒng)，觀看水下機(jī)構(gòu)的行走路線和工作狀態(tài)。水下機(jī)構(gòu)到達(dá)工作區(qū)域時(shí)，通過(guò)水上控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)往復(fù)機(jī)構(gòu)7和8進(jìn)行工作，帶動(dòng)清洗機(jī)構(gòu)10和11來(lái)回?cái)[動(dòng)。清洗機(jī)構(gòu)10來(lái)回掃描移動(dòng)的同時(shí)自身還高速轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地將海洋生物掃落，清洗機(jī)構(gòu)的清洗頭11是通過(guò)萬(wàn)向軸連接并在刀頭下方裝有高度在5毫米的三個(gè)滾珠，使清洗頭的最下端始終保持水平，并通過(guò)杠桿及彈簧機(jī)構(gòu)相互作用，使刀頭距離船體的鋼板一定的距離，從而保障刀頭不觸及到船表面油漆。海洋生物被掃落的同時(shí)，水上的控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使水下高頻系統(tǒng)3開始工作，不斷發(fā)出較大功率的超聲波信號(hào)，彌補(bǔ)清洗機(jī)構(gòu)可能遺漏和未清理干凈的海洋生物，并將其震脫落。即便清洗機(jī)構(gòu)行走到船體表面焊縫時(shí)，磁輪5還能牢牢吸附在船體上，提供強(qiáng)大的附著力，不至于掉落。當(dāng)清洗機(jī)構(gòu)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)水上控制對(duì)舵機(jī)9的控制，就可以輕松實(shí)現(xiàn)方向的改變，方便清洗。這種清洗裝置能夠使船舶在不用靠碼頭和不進(jìn)船塢的情況下清除船舶水下結(jié)皮，對(duì)艦船水線以下部位所附著的海洋生物實(shí)施清除，從而提高艦船航速，降低燃料消耗，進(jìn)而提高艦船在航率、節(jié)省維修經(jīng)費(fèi)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 船舶水下清洗設(shè)備在清洗過(guò)程中，除去結(jié)皮物并保持現(xiàn)有的油漆和噴漆涂層，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高清洗作業(yè)的效率，也提高修船效率。 技術(shù)關(guān)鍵：1．如何在清洗掉海生物的同時(shí)，刀片不碰到船體外鋼板油漆表面。2．爬行機(jī)構(gòu)既能吸附住船體表面又能行走自如。3．單片機(jī)技術(shù)的具體應(yīng)用、震動(dòng)頻率的選擇以及整體機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作。 創(chuàng)新點(diǎn)：1．船體弧度變化情況下，用機(jī)械裝置和單片機(jī)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)刀片與鋼板的距離保持恒定。2．用自適應(yīng)機(jī)械機(jī)構(gòu)和清洗刀片同時(shí)作用，刮去或刮松海生物，用高頻震蕩技術(shù)除去殘留的海生物。 主要技術(shù)指標(biāo)完成情況：1．根據(jù)設(shè)計(jì)制造的樣機(jī)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試，設(shè)計(jì)的清洗設(shè)備既可以破壞和除去附生物，又保護(hù)現(xiàn)有漆。根據(jù)清洗頭運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)算，清洗茂盛海生物的能力為不小于80平方米/小時(shí)，尺寸約為1200×600×500毫米。 2．水下清刷作業(yè)大大節(jié)約了勞動(dòng)力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了修船效率。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本團(tuán)隊(duì)研制的設(shè)備能在船舶不靠碼頭的情況下清除船舶水下結(jié)皮而又能保持船舶水下的油漆和噴漆涂層。通過(guò)采用超聲波高頻的水下清洗設(shè)備，就能夠在艦船航行期間，對(duì)艦船水線以下部位所附著的海生物實(shí)施清除，從而提高艦船航速，降低燃料消耗，進(jìn)而提高艦船在航率、節(jié)省維修經(jīng)費(fèi)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。 參考文獻(xiàn)： [1]船舶水下液壓清洗設(shè)備的研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化.張玉蓮.2009 [2]船舶清刷裝置運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用. 張玉蓮，章海 2010 [3]船舶水下清洗設(shè)備電氣部分設(shè)計(jì)研究[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào). 張玉蓮 2010. [4] 袁夫彩，陸念力，王立權(quán). 水下船體清刷機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及其試驗(yàn)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2008，24（1）：36-45. [5] 潘沛霖等.日本磁吸附爬壁機(jī)器人的研究現(xiàn)狀[J].機(jī)器人，1994，16（6）：379-382. [6]水下船體表面清刷機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)研究[D].--------王麗惠 哈爾濱工程大學(xué) [
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年，在舟山定海，由定海區(qū)科技局和定海區(qū)科技協(xié)會(huì)主辦2010年虹達(dá)杯舟“創(chuàng)意定?！笨萍紕?chuàng)新比賽獲“創(chuàng)意設(shè)計(jì)產(chǎn)品類優(yōu)秀獎(jiǎng)”。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- ■模型 ■現(xiàn)場(chǎng)演示 ■圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 設(shè)備在清洗過(guò)程中，清洗刀頭不會(huì)抵在正在被清洗的船體外表面上，不會(huì)損壞現(xiàn)有的油漆、噴漆涂層和刮傷船身，減少對(duì)船體的腐蝕和壽命，從而提高了清洗作業(yè)的效率、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。該設(shè)備具有以下特點(diǎn)： 1．將突破我省非在塢修理的瓶頸，提高我省的船舶修理能力和修理效率。 2．一艘千噸級(jí)的船舶每年要消耗柴油400噸左右，目前油價(jià)水平為將近10,000元／噸左右，全年燃油費(fèi)用高達(dá)400萬(wàn)元。以一千條同型船計(jì)，能降低能（油）耗6%，一年即可節(jié)約超億元，而浙江省目前擁有的船舶總量遠(yuǎn)高于此，節(jié)能前景非常可觀。 3．通過(guò)該清洗裝置清洗過(guò)的船舶可延長(zhǎng)進(jìn)塢修理的周期，從現(xiàn)在2-3年進(jìn)塢進(jìn)行水下維修的時(shí)間延長(zhǎng)至3-4年。
同類課題研究水平概述
- 1、國(guó)外船體清洗設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r （1）行走多刷式清掃裝置：1966年，英國(guó)船舶研究計(jì)劃中引入了自動(dòng)清洗及維護(hù)項(xiàng)目，即SCAMP。它的工作部分由3個(gè)轉(zhuǎn)刷，3個(gè)行走輪和1個(gè)中心推進(jìn)器構(gòu)成。法國(guó)的BK型、瑞典的曲雷耳和澳大利亞的Australian型的結(jié)構(gòu)與其大體相同。 （2）噴射式清洗裝置：是把高壓水清洗用于水下作業(yè)，特點(diǎn)是為使噴槍緊貼于工作面，必須有一個(gè)反向射流，即使用無(wú)座力型噴槍，但這樣會(huì)增加能量消耗。英國(guó)流體力學(xué)研究協(xié)會(huì)的研究表明，使用高壓噴水器進(jìn)行清洗可顯著地提高清洗速率。這種裝置一般適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體，如：海洋平臺(tái)、螺旋槳等的清洗。 （3）遙控型清洗器及水下清洗器的微機(jī)控制：美國(guó)Butterworth公司七十年代初研制成功SCAMP-A型清洗器，對(duì)于寒冷海域及能見度低的水質(zhì)情況下進(jìn)行清掃優(yōu)點(diǎn)顯著，但其運(yùn)動(dòng)精度低，在船體曲度變化大的部位仍需潛水員下水糾正。法國(guó)八十年代初研制了船體清掃設(shè)備。日本在這方面也開展了大量的研究，取得了成功經(jīng)驗(yàn)。該設(shè)備使用機(jī)械化水下清洗，其中最有代表性的是法國(guó)系統(tǒng)“C clean”和德國(guó)系統(tǒng)“UMC”以及美國(guó)海軍水面艦船中心開發(fā)的自動(dòng)水下船體清洗維修裝置。 2、國(guó)內(nèi)船體清洗設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r 最近幾年也有很大的發(fā)展，我國(guó)哈爾濱工程大學(xué)研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)可以為大型船舶清洗的水下船體清刷、檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備在遙控裝置的控制下實(shí)現(xiàn)水上、水下爬行和船體清刷作業(yè)，可適應(yīng)水下20米的作業(yè)環(huán)境，靈活穩(wěn)定地前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，一邊運(yùn)動(dòng)一邊清刷，并集成水下攝像系統(tǒng)、水下船體檢測(cè)設(shè)備，可對(duì)水下船體表面進(jìn)行檢查和檢測(cè)。另外，中國(guó)海軍裝備也專門為戰(zhàn)艦設(shè)計(jì)了水下清洗設(shè)備，由作業(yè)組啟動(dòng)主機(jī)，洗車立刻吸附在船殼表面。兩名水下操作員像推著割草機(jī)割草一樣，操作清洗車對(duì)水線以下船體部位開始進(jìn)行清洗。大量的海生物被清除。水下清洗車十幾分鐘就沿著船舷清洗了一個(gè)來(lái)回。經(jīng)水下攝像資料對(duì)比，與清洗前布滿海生物的船體形成了強(qiáng)烈的反差。 然而，這些機(jī)械設(shè)備不能完全達(dá)到預(yù)防性清洗的要求：除去結(jié)皮物并保持現(xiàn)有的油漆和噴漆涂層。這是因?yàn)槠涫褂面z裝刷子作為工具。在清洗過(guò)程中，這些鎧裝刷子被迫抵在正在被清洗的船體外表面上，會(huì)損壞現(xiàn)有的油漆和噴漆涂層并刮傷船身，會(huì)引起嚴(yán)重的局部腐蝕和降低船體壽命。此外，刷子還會(huì)卡在清洗物上，又會(huì)降低清洗作業(yè)的效率。
