高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船的制作方法

1.本发明涉及船舶技术领域，更具体地说，是涉及一种高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船。


背景技术：

2.按照要求，东部各省谋求本地新能源发电，比如海上风力发电和滩涂太阳能发电等。滩涂太阳能发电不占用耕地，也不影响湿地生态，发展前途宽广，唯一的困难是缺乏合适的作业平台进行开发建设以及建成后的维护管理。
3.滩涂、沼泽等地面（以下统称湿地）因为单位面积承载压强小且摩擦系数低，普通轮式车辆无法行驶，会打滑或陷入；履带式车辆能够通过积水不深的湿地但也会陷入深水湿地；轮船可航行于深水区，但是又会在浅水区搁浅。
4.水陆两栖螺旋推进车的车架下面设有一对或多对左右对称分布的滚筒，并在滚筒外周固定连续的螺旋叶片，左右各对滚筒上的螺旋叶片的旋向均是相反的，可有效抵消侧向分力，而且其超大尺寸的空心滚筒还能提供足够的浮力，使得该车能浮在水面之上自由航行，除了不能在铺装路面上持续行驶外，水陆两栖螺旋推进车能在雪地、湿地、沙地和布满植被的山地上自由行驶，有时也能在较硬的滩涂上通过。
5.不过，现有螺旋推进车主要依赖超大直径中空滚筒提供支撑力和浮力，为了兼顾较硬路况（荒原、山地等）的支撑需要，其螺旋叶片高度通常相对较小，螺旋叶片高度与其滚筒轮毂半径的比值（简称叶毂比）通常为0.2～0.3，配置这种螺旋滚筒的螺旋推进车进入江河海口冲积滩涂作业时，很容易导致陷车。究其原因，是因为江河海口冲积滩涂通常为沉积泥沙型结构，涨潮时滩涂完全被水浸没，水饱和度较高；退潮后，沉淀的泥沙具有远超水体的阻力（呈宾汉流体性状），经推进器扰动后，高饱和度的泥沙则会变成流沙（呈胀塑性流体性状），此时其阻力会变小，反过来给螺旋叶片的反推力也会相应地减小，而螺旋滚筒和船体前方的泥沙未经扰动，其阻力远大于流沙，小叶毂比的螺旋滚筒则会进一步加剧这种情况；此外，作业船经常需要停船施工作业，作业过程的扰动（发动机震动以及作业机具的扰动）也会加剧作业船下沉，就像赶海人时常会陷入流沙海滩一样，结合前述沉积性滩涂特性，常规螺旋推进车想要脱困就更难了。因此，市面上亟需一种能在滩涂中有效脱困、高效行驶，并且工艺成熟、易于普及的滩海两栖作业船。


技术实现要素：

6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，包括船体、绞龙推进器和动力系统，动力系统设置于船体上，绞龙推进器设置于船体的下方，动力系统与绞龙推进器相联接；绞龙推进器包括螺旋叶片、滚筒轮毂，滚筒轮毂的外周固定设置有连续的螺旋叶片，绞龙推进器的螺旋叶片高度与滚筒轮毂半径的比值不小于1；绞龙推进器的滚筒轮毂的排泥量与整船重量的比值不大于1。
7.进一步的，船体的前端和/或船体的后端设置有旋转扰动器。
8.进一步的，旋转扰动器为横置对旋绞龙，横置对旋绞龙包括旋向相对的左旋绞龙段与右旋绞龙段；设置于船体前端的横置对旋绞龙的左部为左旋绞龙段，其右部为右旋绞龙段；设置于船体后端的横置对旋绞龙的左部为右旋绞龙段，其右部为左旋绞龙段。
9.进一步的，旋转扰动器为横轴明轮。
10.进一步的，船体的底部设置有绞龙支腿，绞龙推进器通过绞龙支腿与船体相连接；绞龙支腿的横截面呈菱形。
11.进一步的，绞龙支腿为竖向分体伸缩结构，并设有竖向伸缩驱动器。
12.进一步的，动力系统通过锥齿轮传动机构与绞龙推进器相联接；锥齿轮传动机构包括锥齿轮传动箱，锥齿轮传动箱内设置有锥齿轮输入轴、锥齿轮输出轴，锥齿轮输入轴的一端与所述动力系统相联接，锥齿轮输入轴的另一端设置有主动锥齿轮；主动锥齿轮与从动锥齿轮相啮合，从动锥齿轮设置于锥齿轮输出轴上，锥齿轮输出轴与绞龙推进器相联接。
13.进一步的，锥齿轮传动箱外端设置有锥形导流罩。
14.进一步的，船体上设置有动力绞盘。
15.本发明的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船与现有技术相比，具有以下有益效果：1）本发明提供了一种运输人员、材料和设备的作业平台，适用于潮间带滩涂上行驶；滩海两栖作业船通过减小滚筒轮毂直径并增大螺旋叶片高度，即增大叶毂比的方式减小绞龙推进器受到的阻力、增大绞龙推进器的有效推力，可使陷入滩涂中的船体有效脱困；2）绞龙推进器的滚筒轮毂的排泥量与整船重量的比值不大于1，可使得船体处于水饱和度较高、阻力较小的滩涂表层，而绞龙推进器能够更加深入到水饱和度较低、反推力较大的滩涂深处，且绞龙推进器的推力面积倍增，从而在行船过程中有效减小阻力、提升推力，可有效解决脱困难题；3）滩海两栖作业船在船体的船头和/或船尾增设旋转扰动器，对运行方向前端的泥沙（宾汉流体性状）进行搅动，使之变为流沙（胀塑性流体性状），同时还能把船体前方的泥沙向外掏空，进而减小行船阻力，同时辅助推进船体行进；4）绞龙支腿为竖向分体伸缩结构，并设有竖向伸缩驱动器，当停船作业导致船体下陷而无法脱困时，可将绞龙支腿伸长，使得绞龙推进器进一步下陷至含水量更低的泥沙滩深处（此时船体会反向升高），从而进一步提升绞龙推进器的推力以使船只脱困；脱困后，可以缩短绞龙支腿长度，减轻负荷、节约能源，并为下一次脱困做好准备。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例一中高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船的结构示意图。
18.图2为图1的左视图。
19.图3为图1的俯视图。
20.图4为实施例二中高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船的结构示意图。
21.图中符号说明：1、船体；2、绞龙推进器；3、绞龙支腿；4、横置对旋绞龙；5、横轴明轮；6、动力绞盘；7、吃泥线；21、滚筒轮毂；22、螺旋叶片；23、锥齿轮传动箱；231、主动锥齿轮；232、从动锥齿轮；31、上支腿；32、下支腿；41、前置对旋绞龙；42、后置对旋绞龙；411、前左旋绞龙段；412、前右旋绞龙段；421、后左旋绞龙段；422、后右旋绞龙段；51、前置横轴明轮；52、后置横轴明轮。
具体实施方式
22.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.现对本发明实施例提供的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船进行说明。
24.实施例一、如图1所示，一种高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，包括船体1、绞龙推进器2和动力系统，动力系统设置于船体1上，一对或两对旋向相反的绞龙推进器2设置于船体1下面左右两边，由动力系统分别独立驱动。
25.如图1、图2所示，绞龙推进器2包括螺旋叶片22、滚筒轮毂21，滚筒轮毂21的外周固定设置有连续的螺旋叶片22，绞龙推进器2的螺旋叶片22高度与滚筒轮毂21半径的比值不小于1。
26.螺旋叶片22高度与滚筒轮毂21半径的比值称作“叶毂比”，高叶片推力大，小轮毂阻力小；优选的是，叶毂比大于1.2。高大的螺旋叶片22可增加推力，小直径的滚筒轮毂21能减少阻力。
27.现有的水陆两栖螺旋推进车的螺旋叶片高度与其滚筒轮毂半径的比值（简称叶毂比）通常为0.2～0.3，未见叶毂比大于0.5的实际应用，比如滚筒轮毂半径400毫米、螺旋叶片高度100毫米（含螺旋叶片总外径为1000毫米），其叶毂比等于100/400=0.25，配置这种螺旋滚筒的水陆两栖螺旋推进车进入江河海口冲积滩涂作业时，很容易导致陷车。
28.本实施例中绞龙推进器2的外径为600毫米，其中滚筒轮毂21的半径为120毫米，螺旋叶片22的高度为180毫米，叶毂比等于180/120=1.5。通过减小滚筒轮毂21直径并增大螺旋叶片22高度，即增大叶毂比的方式增大绞龙推进器2的有效推力。对于绞龙推进器2自身而言，滚筒轮毂21的横截面积为阻力面积，螺旋叶片22的横截面积为推力面积，因此，增大叶毂比后，可减小绞龙推进器2受到的阻力、增大其推力，可使陷入滩涂中的船体有效脱困。
29.绞龙推进器2的滚筒轮毂21的排泥量与整船重量的比值不大于1，使得绞龙推进器2不足以支撑整个船体1重量，可使得船体1处于水饱和度较高、阻力较小的滩涂表层，而绞龙推进器2能够更加深入到水饱和度较低、反推力较大的滩涂深处，深处淤泥密度也更大，绞龙推进器2的推力面积倍增，以实现增加推力，从而在行船过程中有效减小阻力、提升推力。“排泥量”类似于船在水中的“排水量”，在减小绞龙推进器2的滚筒轮毂21直径后，滚筒轮毂21受到的浮力减小，需要船体1承担一部分浮力。本实施例的绞龙推进器2的滚筒轮毂21半径为120毫米，长度为3000毫米；当船体1下方设置有一对绞龙推进器2时，两个绞龙推
进器2的排泥量约为0.5吨，而整船满载重量接近3吨，绞龙推进器2的滚筒轮毂21的排泥量与整船重量的比值远小于1。
30.船体1的底部设置有绞龙支腿3，绞龙推进器2通过绞龙支腿3与船体1相连接；绞龙支腿3为竖向分体伸缩结构，并设有竖向伸缩驱动器，用于自动调节支腿高度；根据不同的滩涂泥沙性状调节绞龙支腿3的长度，进而调整绞龙推进器2的吃泥深度。优选的是绞龙支腿3的横截面呈菱形，起到减小行船阻力的作用，在绞龙推进器2正反向及转向时均可减阻。
31.此外，绞龙支腿3较长，使得绞龙推进器2的滚筒轮毂21的上沿低于吃泥线7；“吃泥线”类似于船在水中的“吃水线”，优选的是整个绞龙推进器2包括螺旋叶片22低于吃泥线7，滚筒轮毂21的上沿低于吃泥线7，也就是说绞龙推进器2深陷泥沙滩，此时产生阻力的船体1位于滩涂浅表层，滩涂浅表层的含水量更高，船体1在滩涂浅表层受到的阻力较小；而绞龙推进器2位于滩涂深处，滩涂深处的含水量较低，绞龙推进器2旋转在滩涂深处受到的反推力较大。
32.动力系统通过锥齿轮传动机构与绞龙推进器2相联接；锥齿轮传动机构包括锥齿轮传动箱23，锥齿轮传动箱23内设置有锥齿轮输入轴、锥齿轮输出轴，锥齿轮传动箱23外端设置有锥形导流罩，进一步减小行船阻力。
33.锥齿轮输入轴为竖直轴，锥齿轮输入轴的一端与动力系统相联接。锥齿轮输入轴的另一端设置有主动锥齿轮231，主动锥齿轮231与从动锥齿轮232相啮合，从动锥齿轮232设置于锥齿轮输出轴上。绞龙推进器2的滚筒轮毂21的端部设置有绞龙转轴，锥齿轮输出轴为水平轴，锥齿轮输出轴与绞龙转轴相连接。
34.现有技术中的水陆两栖螺旋推进车采用链条传动，在链条传动结构中被动轮位于绞龙轴端，主动轮位于船体上，链条外设有体积较大的保护罩；由于水陆两栖螺旋推进车的滚筒直径大，滚筒转轴处于地面之上，故保护罩的大部分处于空气中，而低速运动的水陆两栖螺旋推进车的空气阻力可以忽略不计，加之链条传动结构简单，价格低廉，所以目前得到普遍应用，但因为水陆两栖螺旋推进车的滚筒无法整个没入泥中，使得滚筒上设置的螺旋叶片提供的推力较小。本发明的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船采用锥齿轮传动在实现了绞龙推进器2提供更大推力的同时具有更减阻的优点；本发明的绞龙推进器2的滚筒轮毂21直径较小（叶毂比大于1，排泥量小于1），使得整个滚筒轮毂21均没入泥中，如果采用的链条传动的话体积较大的链条保护罩受到的阻力过大，而采用锥齿轮结构的传动机构，动力系统的驱动器连接锥齿轮传动箱23的主动轴直径不大，套在该主动轴外面的保护管直径也远小于链条保护罩，因此可以大幅度降低阻力。
35.船体1的前端和/或船体1的后端设置有旋转扰动器，即两栖作业船仅在船体1的前端设有旋转扰动器，或者两栖作业船仅在船体1的后端设有旋转扰动器，或者两栖作业船在船体1的前端和后端都设有旋转扰动器。在船体1前进时，设置在船体1前端的旋转扰动器，可以改变船体1前端滩涂的物理性状，既能将船体1前面的半固态泥沙搅拌成流沙以减小行船阻力，又能辅助驱动船体1，进一步改善两栖作业船在泥沙滩中的脱困能力和推进效率；在船体1后退时，设置在船体1后端的旋转扰动器，可以改变船体1后端滩涂的物理性状，既能将船体1后面的半固态泥沙搅拌成流沙以减小行船阻力，又能辅助驱动船体1，进一步改善两栖作业船在泥沙滩中的脱困能力和推进效率。优选的是，旋转扰动器的转轴低于吃泥线7。
36.如图2、图3所示，本实施例的旋转扰动器为横置对旋绞龙4，横置对旋绞龙4包括前置对旋绞龙41和后置对旋绞龙42，前置对旋绞龙41、后置对旋绞龙42均设置有左右旋绞龙段，且反置。
37.前置对旋绞龙41设置于船体1的前端；前置对旋绞龙41的左部为前左旋绞龙段411，前置对旋绞龙41的右部为前右旋绞龙段412；前左旋绞龙段411与前右旋绞龙段412左右对称横向排布且旋向相对。
38.后置对旋绞龙42设置于船体1的后端；后置对旋绞龙42的左部为后右旋绞龙段422，后置对旋绞龙42的右部为后左旋绞龙段421；后右旋绞龙段422与后左旋绞龙段421左右对称横向排布且旋向相对。
39.船体1运动时，位于船体1前、后端的前置对旋绞龙41和后置对旋绞龙42均向前转动；此时，前置对旋绞龙41具有向外掏空泥沙和向后驱动的分力，既有向后推泥的作用，又有排空船头淤泥的作用；后置对旋绞龙42具有向内和向后的分力，倒向行驶时也有相同的效果（此时船尾为前端）。
40.本发明的两栖作业船在船体1的船头和/或船尾增设横置对旋绞龙4，对运行方向前端的泥沙（宾汉流体性状）进行搅动，使之变为流沙（胀塑性流体性状），同时还能把船体1前方的泥沙左右向外掏空，进而减小行船阻力，同时辅助推进船体1行进。
41.船体1上设置有动力绞盘6，用动力绞盘6的拖绳绑在树干或管桩上，可以在极端情况下辅助两栖作业船脱困。
42.实施例二、本实施例的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船与实施例一相比，不同之处在于：如图4所示，旋转扰动器为横轴明轮5，横轴明轮5包括前置横轴明轮51、后置横轴明轮52；前置横轴明轮51、后置横轴明轮52分别设置于船体1的前端、后端。本实施例的两栖作业船设置的横轴明轮5能够改变淤泥特性，对船体1运行方向前端的泥沙（宾汉流体性状）进行扰动，使之变为流沙（胀塑性流体性状），进而减小行船阻力，同时横轴明轮5向后推泥辅助推进船体1行进。
43.本发明的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船提供了一种运输人员、材料和设备的作业平台，适用于潮间带滩涂上行驶。绞龙推进器2的螺旋叶片22高度与滚筒轮毂21半径的比值大于1，高大的螺旋叶片22可增加推力，小直径的滚筒轮毂21则能减少阻力；滩海两栖作业船通过减小滚筒轮毂21直径并增大螺旋叶片22高度，即增大叶毂比的方式减小绞龙推进器2受到的阻力、增大绞龙推进器2的有效推力，可使陷入滩涂中的船体有效脱困。绞龙推进器2的滚筒轮毂21的排泥量与整船重量的比值不大于1，可使得船体1处于水饱和度较高、阻力较小的滩涂表层，而绞龙推进器2能够更加深入到水饱和度较低、反推力较大的滩涂深处，绞龙推进器2的推力面积倍增，从而在行船过程中有效减小阻力、提升推力，可有效解决脱困难题。绞龙支腿3较长，使得绞龙推进器2深陷泥沙滩，此时产生阻力的船体1位于滩涂浅表层，滩涂浅表层的含水量更高，船体1在滩涂浅表层受到的阻力较小；而绞龙推进器2位于滩涂深处，滩涂深处的含水量较低，绞龙推进器2旋转在滩涂深处受到的反推力较大。滩海两栖作业船在船体1的船头和/或船尾增设旋转扰动器，既能将船体1前方的半固态泥沙搅拌成流沙以减小阻力，又能辅助驱动船体1，进一步改善本发明的两栖作业船在泥沙滩中的脱困能力和推进效率。
44.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，包括船体（1）、绞龙推进器（2）和动力系统，动力系统设置于船体（1）上，绞龙推进器（2）设置于船体（1）的下方，动力系统与绞龙推进器（2）相联接；所述绞龙推进器（2）包括螺旋叶片（22）、滚筒轮毂（21），滚筒轮毂（21）的外周固定设置有连续的所述螺旋叶片（22），其特征在于：所述绞龙推进器（2）的螺旋叶片（22）高度与滚筒轮毂（21）半径的比值不小于1；所述绞龙推进器（2）的滚筒轮毂（21）的排泥量与整船重量的比值不大于1。2.如权利要求1所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述船体（1）的前端和/或船体（1）的后端设置有旋转扰动器。3.如权利要求2所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述旋转扰动器为横置对旋绞龙（4），横置对旋绞龙（4）包括旋向相对的左旋绞龙段与右旋绞龙段；设置于船体（1）前端的横置对旋绞龙（4）的左部为所述左旋绞龙段，其右部为所述右旋绞龙段；设置于船体（1）后端的横置对旋绞龙（4）的左部为所述右旋绞龙段，其右部为所述左旋绞龙段。4.如权利要求2所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述旋转扰动器为横轴明轮（5）。5.如权利要求1所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述船体（1）的底部设置有绞龙支腿（3），绞龙推进器（2）通过绞龙支腿（3）与船体（1）相连接；所述绞龙支腿（3）的横截面呈菱形。6.如权利要求5所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述绞龙支腿（3）为竖向分体伸缩结构，并设有竖向伸缩驱动器。7.如权利要求1所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述动力系统通过锥齿轮传动机构与绞龙推进器（2）相联接；所述锥齿轮传动机构包括锥齿轮传动箱（23），锥齿轮传动箱（23）内设置有锥齿轮输入轴、锥齿轮输出轴，锥齿轮输入轴的一端与所述动力系统相联接，锥齿轮输入轴的另一端设置有主动锥齿轮（231）；所述主动锥齿轮（231）与从动锥齿轮（232）相啮合，从动锥齿轮（232）设置于锥齿轮输出轴上，锥齿轮输出轴与绞龙推进器（2）相联接。8.如权利要求7所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述锥齿轮传动箱（23）外端设置有锥形导流罩。9.如权利要求1所述的高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，其特征在于：所述船体（1）上设置有动力绞盘（6）。

技术总结
本发明提供了一种高叶片小轮毂绞龙推进滩海两栖作业船，涉及船舶技术领域，滩海两栖作业船包括船体、绞龙推进器和动力系统，动力系统与绞龙推进器相联接；绞龙推进器包括螺旋叶片、滚筒轮毂，滚筒轮毂的外周固定设置有螺旋叶片；绞龙推进器的螺旋叶片高度与滚筒轮毂半径的比值不小于1；绞龙推进器的滚筒轮毂的排泥量与整船重量的比值不大于1。本发明的滩海两栖作业船通过减小滚筒轮毂直径并增大螺旋叶片高度的方式，减小绞龙推进器受到的阻力、增大绞龙推进器的有效推力；滩海两栖作业船在船体的船头和/或船尾增设旋转扰动器，减小行船阻力，同时辅助推进船体行进，可使陷入滩涂中的船体有效脱困。滩涂中的船体有效脱困。滩涂中的船体有效脱困。


技术研发人员：贾立刚 邓树辉 段鹏浩 王国杰 姚汉红 李天文 盛同飞
受保护的技术使用者：威海人合机电股份有限公司
技术研发日：2023.09.14
技术公布日：2023/10/20