一种利用高频振动清除海洋污损生物的仿生装置及方法与流程

本发明属于海洋生物无损清理设备技术领域，具体涉及一种利用高频振动清除海洋污损生物的仿生装置及方法。

背景技术：

经济全球化，国家之间的贸易往来越来越频繁，海上的航行货轮、油轮等设备的数量逐渐增多。这样的庞然大物在航行过程中往往需要巨大的能量，这就需要轮船具有最佳的流线外形使其尽可能减小航行阻力，但是一些海洋生物如藤壶、牡蛎等往往会粘附在轮船上，为轮船的航行带来巨大阻力，甚至可以让轮船增加5％以上的能耗，带来巨大的经济损失。

现在常用的防生物污损方法利用有毒的化学涂层或者重金属涂层抑制藤壶、牡蛎等海洋污损生物的粘附，但这也会给其他海洋动物的健康带来影响。另一张方式是通过铁铲等工具人工清除粘附在船底的海洋污损生物，但是这种方式需要人力一点点的将其铲除，费时费力，还可能对船底造成破坏。而在自然界中例如蚊子、蜱虫等生物却可以通过快速振动的方式花费很小的力就能刺破人类的皮肤，这值得我们借鉴。

因此急需开发一种可以便捷、高效的清理海洋生物污损的装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种利用高频振动清除海洋污损生物的仿生装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用高频振动清除海洋污损生物的仿生装置，包括喇叭筒形外壳及铆接在其上的把手；喇叭筒形外壳的内部设置有电机、齿轮、上层活塞、气室和下层活塞，电机与齿轮啮合连接，齿轮上固定有曲柄，曲柄通过铰链连接有连杆，连杆与上层活塞通过铰链连接，上层活塞与下层活塞之间由气室隔开，下层活塞固连有倒置放置的t型构件。

优选地，t型构件包括垂直构件和水平构件；垂直构件与下层活塞通过铆接连接，水平构件通过第一弹簧固定在喇叭筒形外壳上。

优选地，该仿生装置还包括多个彼此分开的刀片；多个彼此分开的刀片分别通过第二弹簧固定在t型构件的水平构件上。

优选地，喇叭筒形外壳的壁厚为1mm，喇叭筒形外壳的上部分是一个倒置放置的圆锥台，圆锥台的下底面的直径为15cm，圆锥台的上底面的直径为10cm；喇叭筒形外壳的下部分为圆柱筒，圆柱筒的直径为10cm；圆锥台与圆柱筒的长度均为12cm。

优选地，电机为无刷电机。

优选地，齿轮与电机的齿轮的齿数比在1.5-2之间，齿轮与曲柄通过铆接的方式固定在一起。

优选地，上层活塞与下层活塞均通过密封圈与喇叭筒形外壳的内壁紧密连接，上层活塞与下层活塞形成的密闭气室的内部装有惰性气体。

优选地，刀片在面对不规则物体时，能够产生相应变形。

此外，本发明还提到一种利用高频振动清除海洋污损生物的方法，该方法采用如上所述的一种利用高频振动清除海洋污损生物的仿生装置，包括如下步骤：

步骤1：电机转动，带动位于中心的齿轮转动，从而驱使曲柄一块转动，进一步通过连杆转换成上层活塞的上下往复运动，形成高频振动；

步骤2：上层活塞通过气室将自身的高频振动传递到下层活塞；同时由于气室的存在，上层活塞与下层活塞不直接接触，保证了将机械振动的刚性传动变成柔性传动；

步骤3：下层活塞将自身的高频振动传递到t型构件上，并通过分隔的刀片13直接作用在海洋污损生物上，将粘附的污损生物清除。

本发明所带来的有益技术效果：

1、本发明主要利用高频振动实现用较小的力就能除去生物污损附着物，使得该装置具有高效、省力、操作安全的特点。

2、本发明在清除海洋污损生物过程中，仅施加了很小的作用力，不会对船体造成额外的破坏。

3、本发明中特殊的分隔到刀片设计，可以在不规则的外形轮廓上适用，而且内部没有精密仪器，因此具有适用范围广、制造方便的特点。

综上所述，本装置具有高效、省力、操作安全、适用范围广、制造方便、不破坏船体的特点，脱离了传统的海洋生物污损清理装置，较之于现有的多数设计的清理装置，具有更加广泛的应用空间。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

其中，1-喇叭筒形外壳；1–1-圆锥台；1–2-圆柱筒；2-把手；3-电机；4-齿轮；5-曲柄；6-连杆；7-上层活塞；8-气室，9-下层活塞；10-第一弹簧；11-t型构件；12-第二弹簧；13-刀片。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，一种利用高频振动清除海洋污损生物的仿生装置，包括喇叭筒形外壳1及铆接在其上的把手2；喇叭筒形外壳1的内部设置有电机3、齿轮4、上层活塞7、气室8和下层活塞9，电机3与齿轮4啮合连接，齿轮4上固定有曲柄5，曲柄5通过铰链连接有连杆6，连杆6与上层活塞7通过铰链连接，上层活塞7与下层活塞9之间由气室8隔开，下层活塞9固连有倒置放置的t型构件11。

t型构件11包括垂直构件和水平构件；垂直构件与下层活塞9通过铆接连接，水平构件通过第一弹簧10固定在喇叭筒形外壳1上。

该仿生装置还包括多个彼此分开的刀片13；多个彼此分开的刀片13分别通过第二弹簧12固定在t型构件11的水平构件上。

喇叭筒形外壳1的壁厚为1mm，喇叭筒形外壳1的上部分是一个倒置放置的圆锥台1–1，圆锥台1–1的下底面的直径为15cm，圆锥台1–1的上底面的直径为10cm；喇叭筒形外壳1的下部分为圆柱筒，圆柱筒1–2的直径为10cm；圆锥台1–1与圆柱筒1–2的长度均为12cm，圆柱筒1–2内壁光滑，降低活塞的运动阻力。

电机3为无刷电机，从而保证电机转速能接近一万转/分钟，模仿生物的高频振动，保证施加很小的力就能将海洋污损生物清除下来。

齿轮4与电机3的齿轮的齿数比在1.5-2之间，齿轮4与曲柄5通过铆接的方式固定在一起。

上层活塞7与下层活塞9均通过密封圈与喇叭筒形外1壳的内壁紧密连接，保证气密性，上层活塞7与下层活塞9形成的密闭气室的内部装有惰性气体，如氦气，防止内壁被氧化。

刀片13在面对不规则物体时，能够产生相应变形，施加的作用力更加均匀，也拓宽了适用的范围。

气室的存在将机械振动的刚性传动变成了柔性传动，保证即使装置在遇到坚硬的物体时也能平稳运行，保证正常工作。

第一弹簧10保证了在振动过程中，下层活塞9会在合理行程范围内运动。

将该装置应用于海洋生物无损清理过程中，高效、省力、操作安全、适用范围广、制造方便、不破坏船体的特点。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种利用高频振动清除海洋污损生物的方法，具体包括如下步骤：

步骤1：电机转动，带动位于中心的齿轮转动，从而驱使曲柄一块转动，进一步通过连杆转换成上层活塞的上下往复运动，形成高频振动；

步骤2：上层活塞通过气室将自身的高频振动传递到下层活塞；同时由于气室的存在，上层活塞与下层活塞不直接接触，保证了将机械振动的刚性传动变成柔性传动；

步骤3：下层活塞将自身的高频振动传递到t型构件上，并通过分隔的刀片13直接作用在海洋污损生物上，虽然施加的力较小，但是在高频率的振动作用下，可以快高效地将粘附的污损生物清除，并且不会伤害船体。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。