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基本信息
- 項目名稱：
- 新型船舶水下震蕩清洗設(shè)備的研制
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本團(tuán)隊設(shè)計研究的船體水下清洗機(jī)械是船舶在進(jìn)船塢前對船體外表面實行水下清洗的一種設(shè)備，能在船體外表面上行走，沿著行走路徑對船體表面的海洋生物實行清洗，并配有視頻監(jiān)視系統(tǒng)對行走路徑進(jìn)行控制、觀看和校正，清洗完畢好后，通過放在清洗機(jī)上的吊機(jī)取回岸上。 并可在某些項目上，開展大型船舶業(yè)務(wù)，而不局限在大型船塢的噸位上。實現(xiàn)水下作業(yè)的自動化，用機(jī)器來替代人的操作，將會大大節(jié)約勞動力，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、高頻系統(tǒng)的設(shè)計、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的設(shè)計、單片機(jī)電路控制部分的設(shè)計、磁輪吸附爬行機(jī)構(gòu)的設(shè)計等方面敘述如下。 2、方案 這個設(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)和卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)組成，主要為水下清洗機(jī)構(gòu)提供動力、遠(yuǎn)程線控、觀看清洗過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，四個磁輪5穩(wěn)穩(wěn)地吸在船上，通過主驅(qū)動系統(tǒng)6驅(qū)動前進(jìn)。當(dāng)清洗機(jī)構(gòu)進(jìn)入水下后，通過水上可視系統(tǒng)1傳輸信號，使可視系統(tǒng)工作，通過船上的視頻系統(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，通過水上控制系統(tǒng)發(fā)出信號，驅(qū)動往復(fù)機(jī)構(gòu)7和8進(jìn)行工作，帶動清洗機(jī)構(gòu)10和11來回擺動。清洗機(jī)構(gòu)10來回掃描移動的同時自身還高速轉(zhuǎn)動，不斷地將海洋生物掃落，清洗機(jī)構(gòu)的清洗頭11是通過萬向軸連接并在刀頭下方裝有高度在5毫米的三個滾珠，使清洗頭的最下端始終保持水平，并通過杠桿及彈簧機(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，水上的控制系統(tǒng)發(fā)出信號使水下高頻系統(tǒng)3開始工作，不斷發(fā)出較大功率的超聲波信號，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，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，通過水上控制對舵機(jī)9的控制，就可以輕松實現(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，對艦船水線以下部位所附著的海洋生物實施清除，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，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、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，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、震動頻率的選擇以及整體機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作。 創(chuàng)新點：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)計制造的樣機(jī)，并通過現(xiàn)場的測試，設(shè)計的清洗設(shè)備既可以破壞和除去附生物，又保護(hù)現(xiàn)有漆。根據(jù)清洗頭運動速度的測算，清洗茂盛海生物的能力為不小于80平方米/小時，尺寸約為1200×600×500毫米。 2．水下清刷作業(yè)大大節(jié)約了勞動力，降低了勞動強(qiáng)度，也提高了修船效率。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本團(tuán)隊研制的設(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，對艦船水線以下部位所附著的海生物實施清除，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，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]船舶清刷裝置運動系統(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)計研究[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報. 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)及其試驗的研究[J].機(jī)械設(shè)計與研究，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)計產(chǎn)品類優(yōu)秀獎”。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- ■模型 ■現(xiàn)場演示 ■圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 設(shè)備在清洗過程中，清洗刀頭不會抵在正在被清洗的船體外表面上，不會損壞現(xiàn)有的油漆、噴漆涂層和刮傷船身，減少對船體的腐蝕和壽命，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： 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。 2．一艘千噸級的船舶每年要消耗柴油400噸左右，目前油價水平為將近10,000元／噸左右，全年燃油費用高達(dá)400萬元。以一千條同型船計，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．通過該清洗裝置清洗過的船舶可延長進(jìn)塢修理的周期，從現(xiàn)在2-3年進(jìn)塢進(jìn)行水下維修的時間延長至3-4年。
同類課題研究水平概述
- 1、國外船體清洗設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r （1）行走多刷式清掃裝置：1966年，英國船舶研究計劃中引入了自動清洗及維護(hù)項目，即SCAMP。它的工作部分由3個轉(zhuǎn)刷，3個行走輪和1個中心推進(jìn)器構(gòu)成。法國的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)，特點是為使噴槍緊貼于工作面，必須有一個反向射流，即使用無座力型噴槍，但這樣會增加能量消耗。英國流體力學(xué)研究協(xié)會的研究表明，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、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Butterworth公司七十年代初研制成功SCAMP-A型清洗器，對于寒冷海域及能見度低的水質(zhì)情況下進(jìn)行清掃優(yōu)點顯著，但其運動精度低，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。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系統(tǒng)“C clean”和德國系統(tǒng)“UMC”以及美國海軍水面艦船中心開發(fā)的自動水下船體清洗維修裝置。 2、國內(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，我國哈爾濱工程大學(xué)研制的國內(nèi)首臺可以為大型船舶清洗的水下船體清刷、檢測設(shè)備，該設(shè)備在遙控裝置的控制下實現(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)，一邊運動一邊清刷，并集成水下攝像系統(tǒng)、水下船體檢測設(shè)備，可對水下船體表面進(jìn)行檢查和檢測。另外，中國海軍裝備也專門為戰(zhàn)艦設(shè)計了水下清洗設(shè)備，由作業(yè)組啟動主機(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來回。經(jīng)水下攝像資料對比，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。這是因為其使用鎧裝刷子作為工具。在清洗過程中，這些鎧裝刷子被迫抵在正在被清洗的船體外表面上，會損壞現(xiàn)有的油漆和噴漆涂層并刮傷船身，會引起嚴(yán)重的局部腐蝕和降低船體壽命。此外，刷子還會卡在清洗物上，又會降低清洗作業(yè)的效率。
