一种旋水推进型主从式水下救援装置的制造方法_3

文档序号:9269126阅读:来源:国知局
接,输入带轮轴转动安装在中部壳体7上,输入带轮轴与 相应的齿轮传动系统的输出端连接,传动带用于连接输出带轮轴和输入带轮轴。
[0055] 另外,根据一种实现方式,如图4所示,所述第一齿轮传动系统41、第二齿轮传动 系统42、第三齿轮传动系统46和第四齿轮传动系统45均包括输入齿轮轴和输出齿轮轴,输 入齿轮轴的齿轮和输出齿轮轴的齿轮相互嗤合,输入齿轮轴与相应的差速器连接,输出齿 轮轴与相应的带传动系统的输入带轮轴连接。
[0056] 另外,根据一种实现方式,如图7所示,所述第五齿轮传动系统24和第六齿轮传动 系统43均包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮,主动齿轮安装在差速器输入轴上,从动齿 轮与相应的传动轴连接。
[0057] 另外,根据一种实现方式,如图2和图5、图6、图7所示,所述尾部结构III包括第 二动力轴53、两个第一绕绳装置9、第二绕绳装置11、辅助绕绳装置组10、尾部托架52、锥齿 轮传动系统12、绳索51、尾部壳体和第二离合器13,两个第一绕绳装置9、第二绕绳装置11 和辅助绕绳装置组10固定安装在尾部托架52上,尾部托架25固定安装在中部壳体7上, 两个第一绕绳装置9装于尾部托架52的两侧,第二绕绳装置11装与尾部托架52的末端, 辅助绕绳装置组10排布在尾部托架上,且位于第一绕绳装置9和第二绕绳装置11之间,第 二传动轴44通过第二离合器13与第二动力轴53的输入端连接,第二动力轴53通过第二 锥齿轮传动系统12与两个第一绕绳装置9建立连接,缆绳51缠绕在两个第一绕绳装置9、 辅助绕绳装置组10和第二绕绳装置11上。
[0058] 另外,根据一种实现方式,如图5所示,所述第二锥齿轮传动系统12包括两个从动 锥齿轮和一个主动锥齿轮;主动锥齿轮与第二动力轴53连接,两个从动齿轮安装在第一绕 绳装置的滚筒上,主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合。
[0059] 另外,根据一种实现方式,如图5所示,所述第一绕绳装置9和第二绕绳装置11均 包括滚筒,滚筒通过支座转动安装在尾部托架52上。
[0060] 本发明的一种旋水推进型主从式水下救援装置动力由中部双输出电机提供,分别 由离合器、差速器向头部和尾部输出动力,整体装置通过尾部结构的绳索与母船连接。尾部 "U"型双绳型独特缆绳释放组合机构保证缆绳从救援船抛下和在海水中运动过程中,协调 控制救援缆绳的收放速度。母船远程、动态协调中心电机控制救援装置尾部的拖带脐带缆 的放缆、送缆速度。无螺杆螺旋推进器配有差速器,当需要整体结构在水中转弯时可以分别 调整两个无螺杆螺旋推进器的转速来实现整体结构的转弯的过程。
[0061] 尾部结构的动力由中部结构中的双出轴电机的另一端通过齿轮传动系统、传动 轴、离合器、第二锥齿轮传动系统等装置进行传输,动力传送到绕绳装置从而实现绕绳装置 的转动,绳索缠绕在绕绳装置上并交错缠绕辅助绕绳装置上,绳索的另一头固定到母船体 上,通过绕绳装置的转动控制绳索的长度来实现整体结构在水中的位置。
[0062] 头部吸盘呈"品"字形布置,由螺旋副驱动,可沿导轨收放,能够适应沉没船舶壁面 上不规则的焊缝,具有良好的吸附能力,形成独特的船体附着的装置:头部结构的动力由中 部结构中的双出轴电机通过齿轮传动系统、传动轴、联轴器来进行传输,轮啮合传动通过螺 纹伸缩装置来控制吸盘的动作,实现吸盘的伸出或缩回,当吸盘吸附到物体表面之后可以 带动物体在水中运动。
[0063] 水下救援工作时,首先由母船通过绳索将无杆双螺旋推进器水下缆控救援装置下 放至预定深度水域中,尾部结构的动力由中部结构中的双出轴电机的通过传动轴、离合器、 齿轮传动装置等装置进行传输,动力传送到绕绳装置从而实现绕绳装置的转动,绳索缠绕 在绕绳装置上并交错缠绕辅助绕绳装置上,绳索的另一头固定到母船体上,通过绕绳装置 的转动控制绳索的长度来实现整体结构在水中的位置。当达到预定水域深度之后,调整整 体装置在水中的姿态及位置,整体结构在水中运动的动力由中部结构的双出轴电机提供, 将动力传送到带轮,带轮通过传动带将动力传送到两侧的无螺杆螺旋装置,使无杆螺旋组 转动从而带动整体结构运动,来进行整体装置在水中的姿态及位置的调整。当整体装置位 置靠近被救援物体及姿态位置调整结束后,头部结构开始动作,头部结构的动力由中部结 构中的双出轴电机通过传动轴、离合器来进行传输,齿轮啮合传动通过螺纹伸缩装置来控 制吸盘的动作,实现吸盘的伸出或缩回,当吸盘吸附到物体表面之后,通过母船控制伸缩的 长度来使被救援物体运动提升至水面,完成救援工作。
[0064] 通过以上描述可知,上述根据本发明用于海洋水下突发事故的救援及打捞作业, 是具有一定的灵活性、高效性、多用性要求的水下拖缆救援装置。
[0065] 仿真实验:
[0066] 1.无螺杆螺旋CFD数值仿真
[0067] 简化模型如图8所示,无螺杆螺旋以角速度《稳定旋转,圆筒中,中心型无 螺杆螺旋的水作用对装置产生轴向推力和纵向漂浮力,取单头螺杆参数为:LXd= 3000mmX1200mm,L为长度,d为直径,其中螺距P= 300mm,进行无螺杆螺旋传动转速与水 作用关系分析,水作用力关系与《关系如表1 :
[0068] 表1无螺杆螺旋传动转速与水作用关系
[0069]
[0070] 同时,选定无螺杆螺旋的杆长等于原长的1/2,其它参数不变,进行轴向力随转速 ?的测试。结果如图9所示。从图9可知,当螺旋长度缩为原来一半后,所受力近似为无螺 杆螺旋的杆长原长的一半。
[0071] 螺杆以200rad/s的角速度转动,由于流体与无螺杆螺旋面间存在黏性,流体会沿 螺旋面产生向上的运动趋势,即可产生沿螺旋轴线的速度分量,如图10所示。根据动量定 理,此分量可对无螺杆螺旋产生轴向力分量。同时,选择两组无螺杆螺旋进行水作用力采 样,螺旋参数如表2,传动转速与水作用关系如表2 :
[0072] 表2无螺杆螺旋模型参数
[0073]
[0074] 由图11-图13可知,无螺杆螺旋在做正向旋转时头部最大压强达到: 2. 31XIO5Pa,尾部最小压强约为:-1. 35XIO5Pa,无螺杆螺旋的头尾截面存在明显压差,从 而形成推力,为整个装置的前后移动提供动力。由图12可知,当改变螺旋转向时,螺旋受力 方向发生改变。
[0075] 表3无螺杆螺旋1传动转速与水作用关系
[0080] 拟合表3,曲线方程为:
[0085] 如图14所示,根据方程拟合数据曲线,水作用随转速增加而增加。
[0086] 2?双无螺杆螺旋受力分析
[0087] 水下救援装置无螺杆螺旋成对使用,作为整个装置的动力源;同时,改变无螺杆 螺旋的转速转向,在头部,通过柔性环节辅助下,可实现整个装置的前进、后退,使两无螺杆 螺旋差速运动可实现左右转向功能。
[0088] 2. 1直线运动的功能实现
[0089] 直线运动时,静水中流体阻力:
[0091] 其中:Cd为阻尼系数,P为水的密度,A为沿水流方向装置的横截面积,V为结构 相对流体的运动速度。
[0092] 装置结构尺寸为:LxDxH= 300x500x1000,取Cd= 0. 4,静水中流体阻力Ff由公式 3,静水中流体阻力可知:
[0093] Ff= 10. 9v2 (2)
[0094] 两螺杆启动规律相同,且以同样的转速稳定运转,以转速w=-l〇〇rad/s为例, 两螺旋共同作用产生529. 4N的力,代入公式2,载荷增加曲线如图15。
[0095] 当推动力达到最大且装置运动达到稳定状态过程中,速度的变化规律如图16。
[0096] 因此,装置静水中稳定状态下,直线转运速度可达25km/h.同时,可以通过控制 无螺杆螺旋的转向,来控制整个装置的前进和后退。
[0097] 2. 2转向运动的功能实现
[0098] 装置转向作用力学模型如图17,装置采用移动副模拟头部转动,即调整方向运动, F1,F2分别为螺杆推进力,其方向随本体运动,始终与边长平行。转向作用通过同步接口处 的柔性环节实现调向,螺杆推力可由螺杆转向、相位角以及转速调节。
[0099] 在(0, 2s)内,上、下调向长度为+15mm与-15mm, (35s, 40s)内,头部上、下柔性 环节调向长度为-15mm与+15mm; (0, 35s)内,本体螺杆驱动推力Fl= -F2 = 248. 5N, (35s,40s)内,Fl=-F2 = 0,转向角速\角加速曲线如图18和图19,水平移动速度如图 20所示。
[0100] 可见,拖缆装置能够通过不附加外动力,快速实现转向。
[0101] 虽然本发明所揭示的实施方式如上,但其内容只是为了便于理解本发明的技术方 案而采用的实施方式,并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不 脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下,可以在实施的形式和细节上做任何修改与变 化,但本发明所限定的
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