一种磁吸与变压吸附相混合的金属船舶污底清洁和巡视装置

技术领域

本发明涉及一种包括破碎单元、混合吸附单元、驱动行走单元的船体污底清洁装置，属于金属船舶吃水线下污底清洁领域。

背景技术

全球85％的货物运输都是通过船舶在海上运输完成的，在船舶运营过程中，海水中的生物通常会附着在金属船体吃水线下滋生生长，形成船舶污底，如海藻、藤壶、海蛎子等俗称“长毛”。滋生的污底会造成两方面的影响，一方面会造成船舶重量大大增加、航行阻力增大，每年生物污损造成燃料增耗40％以上和高达75亿美元的经济损失，导致船舶航速和使用寿命下降。美国海军对船舶污底与船舶性能进行的研究表明：一艘轻度船舶污底的军舰在同速度下的油耗是清洁后军舰的1.15倍左右。另一方面，船舶污底可能会导致海洋病害虫扩散，造成外来物种入侵。当前，世界各国都在逐渐重视船舶污底，并立法以保护当地海洋环境。IMO海洋环境保护委员会(MEPC)在2011年已通过首个处理船舶生物污底国际建议案。因此，船舶亟待研发污底清洁方法和装置，切实有效的降低上述两方面的影响，实现周期性的清洁。

目前金属船舶对污底清洁需求越来越大的背景下，在船舶污底清洁主要包括三种：(1)船舶上岸清洁。进入船坞采用已开发一些工具，如喷砂、高压水枪等方式清理，优点是干净彻底，缺点是耗人耗力费用巨大；(2)船舶水下人工清洁。雇用专业的潜水员，采用高压水枪对船舶进行清洁，优点是可以清洁的较细致，缺点是水下作业深度往往有限、喷枪对潜水员有较大的反冲力；(3)船舶水下机器人清洁。专利CN202110320127.1采用刮铲除海生物，电磁铁吸附船体，推进器提供动力的基本原理，该装置的缺点是铲刀对粘性强的藤壶和海蛎子不能很好处理，其次无车轮导向装置，而仅靠电磁铁和推进器不能很好控制装置方向和吸附性。专利CN202110589717.4采用清洗盘清除海生物，整机外形前额倾角安装进行负压吸附，滚轮仅减缓摩擦力，推进器提供前进动力的基本原理，该装置的缺点是长条的海藻类碎片没有导向清理，容易缠绕清洗盘，其次仅有前额倾角不能提供强有力的吸附，装置没有其他吸附力单元不能很好附着船体工作。综上三种船舶污底清洁的问题可知，前两种清洁的人力物力消耗需要强化装置功能、减轻人工作业强度、避免上岸清洁，其次船舶吃水线以下作业的装置必须具有强有力的吸附部分，也需要自清洁海生物避免缠绕的能力，最后前进动力必须稳定可靠，以抵抗海流随机干扰。

为克服以上问题，本发明公开的一种磁吸与变压吸附相混合的金属船舶污底清洁和巡视装置，综合考虑和升级了前述三种污底清洁的不足，创新性的采用混合吸附兼顾自清洁、分布式铣刀高效去污底、轮式驱动，既可以手动或智能路径规划下铣除船舶污底，又可以通过装置巡查和检视吃水线下船体实时状况，增强装置的实用性。

发明内容

本发明用于解决现有清洁装置对船舶吃水线下吸附性差、污底清洁效率低、自清洁性差以及推进控制不稳定的问题，提供了一种磁吸与变压吸附相混合的金属船舶污底清洁和巡视装置，混合吸附可抵抗随机干扰，同时自清洁通道逆向设计提供吸附力，有效控制破碎模块贴附距离，从而保障单次行程的铣刀去污底效果；

本发明针对现有船舶污底清洁装置存在的问题，进行原理性创新，基本思想是：①以电磁吸附和变压吸附相混合保障清洁装置吸附效果的大小与可控性，清洁装置在左右两侧以电磁吸附、在中部以三通道式变压吸附。变压吸附力来源有两方面，一是通过高压泵改变流体力场，结合变直径吸口通道的设计，形成在金属船舶表面吸附效果。二是排污喷射方向垂直于金属船舶面并与贴附面相反方向，产生反方向的作用力形成清洁装置吸附效果。②避免对流体力场干扰影响混合吸附，采取后轮驱动保障清洁装置整机工作的稳定性，而非传统的喷射驱动。③为实现吃水线下污底清洁率，设计大端面小厚度的燕尾铣刀，低阻力高转速完成污底的剔除，三点分布式在清洁装置中部保障单行程一次性的完成效果。

为实现上述目的和原理，本发明的技术方案如下：

一种磁吸与变压吸附相混合的金属船舶污底清洁和巡视装置由破碎单元、混合吸附单元、驱动行走单元、车体四个部分所组成；

所述破碎单元包括小带轮1、V带2、大带轮3、直齿圆柱齿轮Ⅲ4、直齿圆柱齿轮Ⅰ5、直齿圆柱齿轮Ⅱ6、燕尾铣刀Ⅱ7、燕尾铣刀Ⅰ8、燕尾铣刀Ⅲ9、双轴输出减速电机10、铣刀轴Ⅰ41、铣刀轴Ⅱ42、铣刀轴Ⅲ43、小带轮轴51、大带轮轴52；

所述双轴输出减速电机10安装在车体底板301中部并与车体底板301通过焊接连接，双轴输出减速电机10的铣刀轴Ⅲ43、小带轮轴51分别与燕尾铣刀Ⅲ9和小带轮1连接，小带轮1通过V带2与大带轮3连接并带动大带轮3旋转，大带轮3通过大带轮轴52与直齿圆柱齿轮Ⅲ4连接并带动直齿圆柱齿轮Ⅲ4旋转，直齿圆柱齿轮Ⅰ5、直齿圆柱齿轮Ⅱ6分别与直齿圆柱齿轮Ⅲ4啮合，直齿圆柱齿轮Ⅰ5通过铣刀轴Ⅰ41与燕尾铣刀Ⅰ8连接并带动燕尾铣刀Ⅰ8旋转，直齿圆柱齿轮Ⅱ6通过铣刀轴Ⅱ42与燕尾铣刀Ⅱ7连接并带动燕尾铣刀Ⅱ7旋转；

所述燕尾铣刀Ⅰ8、燕尾铣刀Ⅱ7、燕尾铣刀Ⅲ9设计成大端面小厚度的燕尾形状，低阻力高转速完成污底的剔除，并且三点分布式在清洁装置中部保障单行程一次性的剔除效果；

所述混合吸附单元包括可调通电螺线管Ⅰ11，可调通电螺线管Ⅱ12，螺线管安装座Ⅰ121，螺线管安装座Ⅱ122，排放仓13，吸口通道Ⅰ131，吸口通道Ⅱ132，吸口通道Ⅲ133，变压吸口Ⅱ14，变压泵Ⅱ141，变压通道Ⅱ142，排污口Ⅱ143，变压吸口Ⅲ15，变压泵Ⅲ151，变压通道Ⅲ152，排污口Ⅲ153，变压吸口Ⅰ16，变压泵Ⅰ161，变压通道Ⅰ162，排污口Ⅰ163；

所述螺线管安装座Ⅰ121、螺线管安装座Ⅱ122分别布置在车体30两侧并与车体30焊接，可调通电螺线管Ⅰ11、可调通电螺线管Ⅱ12分别安装在螺线管安装座Ⅰ121和螺线管安装座Ⅱ122的相应位置，变压吸口Ⅰ16、变压吸口Ⅱ14、变压吸口Ⅲ15分两排布置在车体底板301并与车体底板301焊接，吸口通道Ⅰ131、吸口通道Ⅱ132、吸口通道Ⅲ133分别与变压吸口Ⅰ16、变压吸口Ⅱ14、变压吸口Ⅲ15连接，排放仓13安装在车盖27顶部并与吸口通道Ⅰ131、吸口通道Ⅱ132、吸口通道Ⅲ133通过焊接连接，排污口Ⅰ163、排污口Ⅱ143、排污口Ⅲ153布置在排放仓13内部，并分别与吸口通道Ⅰ131、吸口通道Ⅱ132、吸口通道Ⅲ133焊接连接，变压泵Ⅰ161、变压泵Ⅱ141、变压泵Ⅲ151安装在排放仓13内部并与排放仓13通过焊接连接，变压泵Ⅰ161通过变压通道Ⅰ162与排污口Ⅰ163连接，变压泵Ⅱ141通过变压通道Ⅱ142与排污口Ⅱ143连接，变压泵Ⅲ151通过变压通道Ⅲ152与排污口Ⅲ153连接；

所述变压泵Ⅰ161、变压泵Ⅱ141、变压泵Ⅲ151可根据混合吸附的指标需求调整吸力大小；

所述变压吸口Ⅰ16、变压吸口Ⅱ14、变压吸口Ⅲ15分两排并且与燕尾铣刀Ⅰ8、燕尾铣刀Ⅱ7、燕尾铣刀Ⅲ9交错布置，有效避免破碎海生物的堆积效应，可提高装置的自清洁性；

所述排污口Ⅰ163、排污口Ⅱ143、排污口Ⅲ153的排污方向与船舶本体相反，即使在吸附力不稳定时，也能产生强大的逆向推力，进一步保障吸附效果；

所述驱动行走单元包括驱动轮Ⅰ17、涡轮18、蜗杆19、驱动轮Ⅱ20、驱动轴21、锥齿轮Ⅰ22、锥齿轮Ⅱ23、驱动减速电机24、蜗杆安装座25、路径识别摄像头28、前轮29；

所述驱动减速电机24安装在车体底板301上，锥齿轮Ⅱ23与驱动减速电机24连接，锥齿轮Ⅰ22与蜗杆19连接并与锥齿轮Ⅱ23啮合，蜗杆19安装于蜗杆安装座25并与涡轮18啮合，蜗杆安装座25布置在车体底板301并与车体底板301焊接，涡轮18与驱动轴21连接，驱动轮Ⅰ17、驱动轮Ⅱ20分别安装在驱动轴21两端，前轮29、路径识别摄像头28安装在车体30前部相应位置；

所述驱动轮Ⅰ17、驱动轮Ⅱ20、前轮29采用双后轮驱动和单前轮变向的设计，降低前轮29压到污底对铣刀破碎的影响，后轮驱动保障船舶在吃水线下进给驱动的稳定性和可靠性；

所述路径识别摄像头28既可以完成智能路径规划，又可以对船体水下状况进行监测；

所述车体30后部设有保护锁钩26，避免车体30在失力情况下脱落。

本发明的有益效果是：

1、本发明中电磁吸附和变压吸附相结合，提高污底清洁和巡视装置与金属船舶的吸附性、增强装置稳定性，可抵抗海浪的随机干扰，为污底清洁作业提供保障；

2、本发明中变压吸附兼顾自清洁能力，采用多通道设计，有效避免破碎海生物的堆积效应，其次清洁通道排污方向与船舶本体相反，即使在吸附力不稳定时也能产生强大的逆向推力，进一步保障吸附效果；

3、本发明中采用分布式铣刀提高去除污底效率和清洁度，高速铣刀对各类海底附着型污底皆有很好剔除效果，轴向覆盖装置一次单项作业即可完成有效清洗；

4、本发明中采用双后轮驱动和单前轮变向的设计，降低前轮压到污底对铣刀破碎的影响，后轮驱动保障船舶在吃水线下进给驱动的稳定性和可靠性；

5、本发明装置既可以手动或智能路径规划进行污底作业，操作简便，又可以通过装置巡查和检视船体水下状况，大大降低危险海域人工检视的安全性，可作为寄附船舶水下安全的实时监控装置。

附图说明

图1一种金属船舶污底清洁和巡视装置的整机图

图2分布式铣刀破碎部分的结构图

图3磁吸与变压吸附的结构图

图4变压吸附部分的三通道结构图

图5变压吸附部分的内部结构图

图6驱动行走部分的后驱前控向结构图

图7驱动行走部分的后驱传动结构图

图中各标号为:1-小带轮，2-V带，3-大带轮，4-直齿圆柱齿轮Ⅲ，41-铣刀轴Ⅰ，42-铣刀轴Ⅱ，43-铣刀轴Ⅲ，5-直齿圆柱齿轮Ⅰ，51-小带轮轴，52-大带轮轴，6-直齿圆柱齿轮Ⅱ，7-燕尾铣刀Ⅱ，8-燕尾铣刀Ⅰ，9-燕尾铣刀Ⅲ，10-双轴输出减速电机，11-可调通电螺线管Ⅰ，12-可调通电螺线管Ⅱ，121-螺线管安装座Ⅰ，122-螺线管安装座Ⅱ，13-排放仓，131-吸口通道Ⅰ，132-吸口通道Ⅱ，133-吸口通道Ⅲ，14-变压吸口Ⅱ，141-变压泵Ⅱ，142-变压通道Ⅱ，143-排污口Ⅱ，15-变压吸口Ⅲ，151-变压泵Ⅲ，152-变压通道Ⅲ，153-排污口Ⅲ，16-变压吸口Ⅰ，161-变压泵Ⅰ，162-变压通道Ⅰ，163-排污口Ⅰ，17-驱动轮Ⅰ，18-涡轮，19-蜗杆，20-驱动轮Ⅱ，21-驱动轴，22-锥齿轮Ⅰ，23-锥齿轮Ⅱ，24-驱动减速电机，25-蜗杆安装座，26-保护锁钩，27-车盖，28-路径识别摄像头，29-前轮，30-车体，301-车体底板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-7所示，一种磁吸与变压吸附相混合的金属船舶污底清洁和巡视装置由破碎单元、混合吸附单元、驱动行走单元、车体四个部分所组成；

所述破碎单元包括小带轮1、V带2、大带轮3、直齿圆柱齿轮Ⅲ4、直齿圆柱齿轮Ⅰ5、直齿圆柱齿轮Ⅱ6、燕尾铣刀Ⅱ7、燕尾铣刀Ⅰ8、燕尾铣刀Ⅲ9、双轴输出减速电机10、铣刀轴Ⅰ41、铣刀轴Ⅱ42、铣刀轴Ⅲ43、小带轮轴51、大带轮轴52；

所述双轴输出减速电机10安装在车体底板301中部并与车体底板301通过焊接连接，双轴输出减速电机10的铣刀轴Ⅲ43、小带轮轴51分别与燕尾铣刀Ⅲ9和小带轮1连接，小带轮1通过V带2与大带轮3连接并带动大带轮3旋转，大带轮3通过大带轮轴52与直齿圆柱齿轮Ⅲ4连接并带动直齿圆柱齿轮Ⅲ4旋转，直齿圆柱齿轮Ⅰ5、直齿圆柱齿轮Ⅱ6分别与直齿圆柱齿轮Ⅲ4啮合，直齿圆柱齿轮Ⅰ5通过铣刀轴Ⅰ41与燕尾铣刀Ⅰ8连接并带动燕尾铣刀Ⅰ8旋转，直齿圆柱齿轮Ⅱ6通过铣刀轴Ⅱ42与燕尾铣刀Ⅱ7连接并带动燕尾铣刀Ⅱ7旋转，以此达到旋转破碎的效果；

所述燕尾铣刀Ⅰ8、燕尾铣刀Ⅱ7、燕尾铣刀Ⅲ9设计成大端面小厚度的燕尾形状，低阻力高转速完成污底的剔除，并且三点分布式在清洁装置中部保障单行程一次性的剔除效果；

所述混合吸附单元包括可调通电螺线管Ⅰ11，可调通电螺线管Ⅱ12，螺线管安装座Ⅰ121，螺线管安装座Ⅱ122，排放仓13，吸口通道Ⅰ131，吸口通道Ⅱ132，吸口通道Ⅲ133，变压吸口Ⅱ14，变压泵Ⅱ141，变压通道Ⅱ142，排污口Ⅱ143，变压吸口Ⅲ15，变压泵Ⅲ151，变压通道Ⅲ152，排污口Ⅲ153，变压吸口Ⅰ16，变压泵Ⅰ161，变压通道Ⅰ162，排污口Ⅰ163；

所述螺线管安装座Ⅰ121、螺线管安装座Ⅱ122分别布置在车体30两侧并与车体30焊接，可调通电螺线管Ⅰ11、可调通电螺线管Ⅱ12分别安装在螺线管安装座Ⅰ121和螺线管安装座Ⅱ122的相应位置，变压吸口Ⅰ16、变压吸口Ⅱ14、变压吸口Ⅲ15分两排布置在车体底板301并与车体底板301焊接，吸口通道Ⅰ131、吸口通道Ⅱ132、吸口通道Ⅲ133分别与变压吸口Ⅰ16、变压吸口Ⅱ14、变压吸口Ⅲ15连接，排放仓13安装在车盖27顶部并与吸口通道Ⅰ131、吸口通道Ⅱ132、吸口通道Ⅲ133焊接连接，排污口Ⅰ163、排污口Ⅱ143、排污口Ⅲ153布置在排放仓13内部，并分别与吸口通道Ⅰ131、吸口通道Ⅱ132、吸口通道Ⅲ133焊接连接，变压泵Ⅰ161、变压泵Ⅱ141、变压泵Ⅲ151安装在排放仓13内部并与排放仓13通过焊接连接，变压泵Ⅰ161通过变压通道Ⅰ162与排污口Ⅰ163连接，变压泵Ⅱ141通过变压通道Ⅱ142与排污口Ⅱ143连接，变压泵Ⅲ151通过变压通道Ⅲ152与排污口Ⅲ153连接，当变压泵工作时，破碎物被吸入变压吸口Ⅰ16、变压吸口Ⅱ14、变压吸口Ⅲ15，并分别从排污口Ⅰ163、排污口Ⅱ143、排污口Ⅲ153排出；

所述变压泵Ⅰ161、变压泵Ⅱ141、变压泵Ⅲ151可根据混合吸附的指标需求调整吸力大小；

所述变压吸口Ⅰ16、变压吸口Ⅱ14、变压吸口Ⅲ15分两排并且与燕尾铣刀Ⅰ8、燕尾铣刀Ⅱ7、燕尾铣刀Ⅲ9交错布置，有效避免破碎海生物的堆积效应，可提高装置的自清洁性；

所述排污口Ⅰ163、排污口Ⅱ143、排污口Ⅲ153的排污方向与船舶本体相反，即使在吸附力不稳定时，也能产生强大的逆向推力，进一步保障吸附效果；

所述驱动行走单元包括驱动轮Ⅰ17、涡轮18、蜗杆19、驱动轮Ⅱ20、驱动轴21、锥齿轮Ⅰ22、锥齿轮Ⅱ23、驱动减速电机24、蜗杆安装座25、路径识别摄像头28、前轮29；

所述驱动减速电机24安装在车体底板301，锥齿轮Ⅱ23与驱动减速电机24连接，锥齿轮Ⅰ22与蜗杆19连接并与锥齿轮Ⅱ23啮合，蜗杆19安装于蜗杆安装座25并与涡轮18啮合，蜗杆安装座25布置在车体底板301并与车体底板301焊接，涡轮18与驱动轴21连接，驱动轮Ⅰ17、驱动轮Ⅱ20分别安装在驱动轴21两端，前轮29、路径识别摄像头28安装在车体30前部相应位置；

所述驱动轮Ⅰ17、驱动轮Ⅱ20、前轮29采用双后轮驱动和单前轮变向的设计，降低前轮压到污底对铣刀破碎的影响，后轮驱动保障船舶在吃水线下进给驱动的稳定性和可靠性；

所述路径识别摄像头28既可以完成智能路径规划，又可以对船体水下状况进行监测；

所述车体30顶部设置有车盖27，车体30与车盖27通过螺栓连接，用于密封排放仓13；

所述车体30后部设有保护锁钩26，避免车体30在失力情况下脱落；

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。