一种水力破冰装置的制作方法

本发明涉及一种极地船舶破冰设备，具体为一种水力破冰装置。

背景技术：

破冰船是一种专门用于在结冰的水面上开辟航道的特种船舶。破冰船的主要特点是船体宽(纵向短，横向宽)、船壳厚、马力大，且船体各区域设有不同的压水舱，动力多采用对称的多轴，多螺旋桨配置。破冰船分为江河、湖泊、港湾或海洋破冰船。通常来说破冰方法主要有两种即连续式破冰和冲撞式破冰。传统的破冰船主要依据其强大的机器将船首抬出冰面，依靠其首部重量将冰层压碎，从而达到破冰效果。此种破冰方法破冰比较缓慢，大功率机器的震动对船身容易造成破坏，人员舒适性较差。后期采用在船首加装冰刀便于船舶破冰，对于冰层厚度不大的冰区，加装冰刀破冰效果非常明显，由于冰刀容易与漂浮的碎冰发生碰撞造成损害导致冰刀频繁的更换，对破冰航行造成影响，并且遇到多年积累的厚冰，冰刀破冰的效果将大大降低，还会造成船舶阻力的增加。

根据以往的破冰船破冰的缺点，本发明以水力破冰形式的新型破冰装置俗称“水刀”，水力装置(“水刀”)主要是将普通水经过加压装置后将其压力增加到1000-4000kg/cm2后，再经过一直径约0.1-0.4mm的喷嘴喷出,形成高速“水箭”，速度达800-1000m/s，高压喷出的水流就像是一把把锋利的刀对物体进行切割达到破坏效果。水力装置可以直接用来清洗或切割软基性材料(如泡膜,塑料,橡胶,纸张,皮革,肌肉组织等)以及石材,陶瓷,不锈钢,铜,铝,玻璃等硬基性材料。水力切割装置简单切割时不产生热量，切割深度高以及灵活性强，并且使用成本低，可实施性强。船舶配有水力式破冰装置对冰区航行的船舶将有效的提高了船舶的破冰能力。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种利用高速水流切割海冰，结构简便，原料易得，并且可不破环极地环境的水力破冰装置。

为解决上述技术问题，本发明的一种水力破冰装置，包括高压水枪、连接盘、机械臂、外管道、输水管和水泵；高压水枪设置在连接盘上，连接盘与机械臂连接；机械臂铰接在外管道上，输水管设置在外管道内并与设置在船体内部固定台上的水泵相通，外管道与水泵固定连接。

本发明还包括：

1.机械臂具有两个自由度。

2.高压水枪有五个，且五个高压水枪成正五边形设置。

3.机械臂、连接盘和高压水枪采用高强度钢。

本发明有益效果：

1.本发明的水力破冰装置采用了水力破冰的方式，利用高速水流切割海冰，装置结构简便，原料易得，并且可不破环极地环境。

2.本发明的水力破冰装置设计有两个圆形连接盘，连接盘置于船体前端，可将船体前段

的海冰充分切割。

3.本发明的水力破冰装置中的高压水枪呈正五边形均布于连接盘圆周上，间隔角度为72°，这种布置方式可使切割的水线不重合，使破冰效率最大化。

4.本发明的水力破冰装置中的机械臂采用活动式连接，与船体采用转动轴承四个自由度连接沿船长和船宽方向切割的程度及其灵活性都能得到很大提高，可开辟更宽度的航道。

5.本发明装置采用沿着船宽方向左右对称安装一定程度减少船舶由于安装此装置导致船舶倾斜力矩增加所带来的船舶稳性问题。

6.高压水泵安装在船体内的压载舱附近，便于利用水。

7.不需要破冰时，机械臂可以反向转动，将高压水枪2和连接盘4放在甲板上，便于维护。

附图说明

图1是水力破冰装置的侧视图；

图2是水力破冰装置的俯视图；

图3是连接盘的俯视图；

图4是水力破冰装置工作方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

水力破冰设备，包括高压水枪2、机械臂3、连接盘4、水泵5、输水管6、所述机械臂3与船体相连，机械臂3设计为四个自由度，高压水泵5安装于固定台9上，水泵5与输水管6连接并安装于船体内部外管道10内，连接盘4连接于机械臂3上，机械臂3可带动连接盘4上下左右移动，五个高压水枪2相隔72度均布于连接盘4圆周上，连接盘4工作时置于海冰1上。当船舶在冰区航行的时候，当遇到冰层较厚时可采用此装置预先将冰层切割出裂缝，便于破冰。采用此破冰装置进行破冰时需要事先将水流经过高压水泵5加压后经过输水管6到达高压水枪2，经过高压水枪2二次加压最后喷射形成高速水流沿着船舶航行的方向以及船宽的方向对冰起到切割作用。在切割的过程中可以根据实际需要转动圆盘4以及转动具有四个自由度的机械臂3，形成多范围的切割。以下结合图具体描述各个装置在破冰过程中的工作方式。

图1给出了水力破冰装置的侧视图。

本发明的水力破冰装置包括高压水枪2、机械臂3、连接盘4、水泵5、输水管6、四自由度轴承8、固定台9、船体内部外管道10。输水管6悬挂在机械臂3内部，高压水泵将高速水流经过输水管输送到高压水枪上，机械臂设计有两个关节，可带动连接盘上下移动，机械臂本身不仅可以实现上下转动，在与船体连接处采用了四个自由度的轴承连接也可是机械臂沿着船宽方向移动，工作时将连接盘置于冰面上。

图2给出了水力破冰装置的俯视图。

本发明的水力破冰装置设计有两个连接盘4，连接盘4置于船体前端，连接盘4上设计有五个高压水枪2，呈正五边形均布于连接盘4的圆周上，工作时，船体向前移动，带动连接盘4一起向前运动，高压水枪将冰面纵向切碎，随后破冰船将其挤压至船体两侧，这样就能开辟出一条航道。

图3给出了连接盘的俯视图。

本发明的水力破冰装置中的连接盘4设计为圆形，其上装有五个高压水枪2，相邻两个高压水枪之间的角度皆为72度。

图4给出了水力破冰装置工作方式示意图。

本发明的水力破冰装置在工作时，船体带动连接盘向前运动，高压水枪2喷水切割海冰1，形成水线7缝隙，图中虚线即为水线7，所述水线7不重合，可提高破冰效率。

本发明具体实施方式还包括：

机械臂包括机械臂一和机械臂二，可实现沿船舶纵切面和横切面运动。

本发明具体实施方式还包括：

1、一种水力破冰设备，包括高压水枪2、机械臂3、连接盘4、水泵5、输水管6、四自由度轴承8、固定台9、船体内部外管道10。所述机械臂与船体相连，机械臂设计为四个自由度，考虑机械臂沿着船宽方向最大范围内的转动，机械臂3与船体内部外管道10采用四个自由度轴承连接，机械臂之间采用简单的四自由度轴承连接，连接盘采用转动轴承连接于机械臂上，可实现圆盘的转动。高压水枪均布于连接盘上；所述水泵置于船体内部，考虑船舶将在冰区破冰前行输水管容易冻裂将输水管布置在于机械臂内壁，五个高压水枪2相隔72度均布于连接盘4圆周上，连接盘4工作时置于海冰1上，通过输水管将高压水流输送至高压水枪2随着船舶向前移动切割海冰1，形成水线7缝隙。输水管在连接盘内分为五条，分别通向五个高压水枪；水力破冰装置环境为极地冰区。考虑到内部外管道10如果沿着舷侧布置对船舶的舱容以及结构造成影响，故船体内部外管道10从水泵处沿着船舶艏部方向悬挂固定布置。输水管6采用软管布置故无需从轴承8内部穿过。水泵5放置于固定台9上靠近于生活污水存放处以及压载水舱处，便于利用。所述水泵置于船体内部，输水管布置在于机械臂内壁，通过输水管将高压水流输送至高压水枪，利用水流从高压水枪中高速喷射进行切割海冰从而实现高压水枪和水泵结合切割海冰。

水力破冰设备采用高速水流破冰，原料可直接采用海水简单易得。

水力破冰船前端外置有两个连接盘，可升降，可随着船舶一起运动。

连接盘设计为圆型。

连接盘上的设计有五个高压水枪，相邻两个之间间隔72度。

高压水枪在冰面上切割出来的水线不重合，可提高破冰效率。

机械臂和船之间采用四自由度轴承8连接，实现机械臂沿船长和船侧方向转动，实现多方向切割，可以切割更宽的航道，使本专利的应用范围更广。

水力破冰设备沿着船宽方向在船首对称安装，也可对称安装于船舶其他位置。

考虑冰区破冰航行船舶输水管6置于外侧容易冻裂，将其放置机械臂的内侧。

考虑船舶可能会在具有多年冰的区域破冰航行，将高压水泵与高压水枪结合起来进行两次加压增加水流高速喷射时的破冰能力。

考虑船舶在冰区航行温度较低，对水力破冰装置容易造成低温破坏，将机械臂、圆盘、高压水枪采用高强度钢制作。

本发明装置结构简便，考虑极地破冰船舶，工作环境温度极低对装置容易造成低温破坏将机械臂、圆盘、高压水枪采用高强度钢制作。装备原料易得，可充分利用海水以及不具有危害化学物质的生活污水并且可不破环极地环境。水力破冰装置中的高压水枪呈正五边形均布于连接盘圆周上，间隔角度为72°，这种布置方式可使切割的水线不重合，使破冰效率最大化。机械臂设计为两个自由度可上下左右移动实现机械臂沿船长和船侧方向转动，从而进行多方向切割，可以切割更宽的航道。本发明装置采用沿着船宽方向左右对称安装。本发明的水力破冰装置适用于冰区航行船舶，能够有效的协助船舶破冰航行，提高船舶冰区航行性能。