一种波浪自适应船舶推进装置及使用方法与流程

1.本发明涉及船用设备技术领域，尤其是一种波浪自适应船舶推进装置及使用方法。


背景技术：

2.船舶在海上航行，不可避免地受波浪影响，船体会产生俯仰和升沉等运动。对于中小型船舶、特别是无人船舶，由于自身排水量较小，吃水较浅，如果船体的上下升沉和纵向俯仰幅度过大，则其推进螺旋桨可能会部分或全部露出水面，在这个状态下，螺旋桨无法产生足够的推力，甚至没有推力作用于船体，导致船舶处于间歇性失控状态，无法保持既定的航向、航速和轨迹，甚至产生安全风险；另外，推进螺旋桨间歇性的出水和入水，会导致传动机构和船舶主机载荷的剧烈波动，产生疲劳损伤和主机损伤，对设备安全有极大威胁。


技术实现要素：

3.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种波浪自适应船舶推进装置及使用方法，从而解决中小型船舶在波浪中航行作业遇到的问题，确保螺旋桨不会露出水面，保持在最佳作业深度，使推进装置对船舶的控制力始终足够、有效，从而保证船舶的航向作业效率和安全性。
4.本发明所采用的技术方案如下：
5.一种波浪自适应船舶推进装置，包括：
6.升降平台机构，包括固定在船体上的基座、设置在基座上的平台本体、以及用于调整平台本体高度的绞车；所述绞车通过定滑轮和钢缆带动平台本体实现升降；
7.舵桨推进机构，设置在平台本体上，能够实现船舶的推进和转舵作用；包括驱动组件、传动组件、推进组件，驱动组件固定在平台本体上，传动组件穿过平台本体，两端分别与驱动组件和推进组件连接；
8.监测器，用于监测推进组件的浸水深度、及平台本体的实际位置。
9.作为上述技术方案的进一步改进：
10.所述绞车包括绞车驱动器、收放缆机构，收放缆机构连接钢缆一端，钢缆另一端与平台本体固定连接，绞车驱动器通过绞车驱动轴带动收放缆机构转动，带动钢缆收放，进而实现平台本体升降。
11.所述监测器包括：
12.浪高仪传感器，用于监测液位高度，设置在传动组件的侧壁处；
13.多圈绝对值编码器，用于测量平台本体的实际位置，设置在收放缆机构上。
14.还配置有平台控制单元，平台控制单元包括信号采集器、绞车控制器，所述信号采集器分别与浪高仪传感器、多圈绝对值编码器连接，所述绞车控制器与绞车驱动器连接。
15.所述基座的侧壁上设置有滑轨，平台本体升降时沿滑轨上下移动。
16.所述平台本体远离舵桨推进机构的一端设置有平台配重块。
17.所述传动组件包括轴管、设置在轴管内的垂直传动轴；
18.所述推进组件包括螺旋桨和直角传动外壳；螺旋桨通过水平传动轴与垂直传动轴传动连接，水平传动轴穿入直角传动外壳内，垂直传动轴下端穿入直角传动外壳内，直角传动外壳与轴管固定连接。
19.所述驱动组件包括转舵驱动器和螺旋桨驱动器，所述转舵驱动器带动轴管旋转实现转舵驱动，螺旋桨驱动器带动垂直传动轴和水平传动轴旋转实现螺旋桨旋转驱动，两个旋转自由度各自独立运行。
20.所述转舵驱动器通过转舵机构带动轴管整体旋转；
21.所述转舵机构采用齿轮或涡轮蜗杆的传动方式实现转舵控制。
22.一种波浪自适应船舶推进装置的使用方法，具体地，在正常状态下，平台本体保持在基座最高位置，此时舵桨推进机构中的螺旋桨处于设计高度；当船体受波浪影响，导致螺旋桨浸没深度小于作业深度下限时，控制绞车释放钢缆，平台本体沿滑轨下滑，带动舵桨推进机构下降，并保持在最佳作业深度；当浸没深度超过作业深度上限时，控制绞车回收钢缆，平台本体沿滑轨上滑，带动舵桨推进机构提升，螺旋桨返回设计高度。
23.本发明的有益效果如下：
24.本发明能够使船体在航行中不受波浪起伏运动的影响，实时动态调整推进螺旋桨的空间高度，使其在水中的浸没深度始终满足作业要求，不会因螺旋桨出水而导致输出推力降低，从而确保对船舶的有效控制。
25.本发明还包括如下优点：
26.(1)本发明针对中小型船舶在波浪中航行作业的实际使用要求，将舵桨推进机构布置在升降平台机构上，根据螺旋桨浸没于水中的实际深度，实时调整平台本体的垂向高度，当船体在波浪作用下被抬升或埋艏(船头向下)时，可确保螺旋桨不会露出水面，保持在最佳作业深度，使推进装置对船舶的控制力始终足够、有效，从而保证船舶的航向作业效率和安全性。
27.(2)本发明中升降平台机构通过绞车调整平台本体的高度位置，通过多圈绝对值编码器监测平台本体在基座上的实际位置，平台本体升降的同时能够带动舵桨推进机构整体上下移动。
28.(3)本发明配置的平台控制单元，信号采集器接收浪高仪传感器监测到的液位高度信号和多圈绝对值编码器监测的平台本体的实际位置，绞车控制器根据液位高度信号计算出螺旋桨浸没在水中的深度，并结合平台本体的位置驱动绞车收放钢缆，通过调整平台本体高度，带动舵桨推进机构调整高度，从而确保螺旋桨在最佳作业深度。
附图说明
29.图1为本发明的主视图。
30.图2为本发明中平台控制单元的系统图。
31.图3为一种实施例中舵桨推进机构的主视图。
32.图4为另一种实施例中舵桨推进机构的主视图。
33.图5为本发明在船体被波浪抬升时作业说明示意图。
34.图6为本发明在船艉上翘时时作业说明示意图。
35.其中：100、船体；200、平静水面；301、绞车驱动器；302、绞车驱动轴；303、收放缆机构；304、多圈绝对值编码器、305、基座；306、滑轨；307、平台配重块；308、平台本体；309、钢缆；310、定滑轮；311、平台控制单元；311-1、信号采集器；311-2、绞车控制器；401、螺旋桨驱动器；402、转舵机构；403、转舵驱动器；404、轴管；405、浪高仪传感器；406、螺旋桨；407、螺旋桨浸没深度；408、直角传动外壳；409、垂直传动轴；410、水平传动轴；500、波浪液面。
具体实施方式
36.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
37.如图1所示，本实施例的波浪自适应船舶推进装置，包括升降平台机构、舵桨推进机构及监测器。
38.升降平台机构包括固定在船体100上的基座305、设置在基座305上的平台本体308、以及用于调整平台本体308高度的绞车；绞车通过定滑轮310和钢缆309带动平台本体308实现升降。
39.基座305的侧壁上设置有滑轨306，平台本体308升降时沿滑轨306上下移动。平台本体308远离舵桨推进机构的一端设置有平台配重块307。
40.定滑轮310固定在基座305上方，钢缆309通过定滑轮310固定在平台本体308上，当绞车释放钢缆309时，平台本体308在重力作用下，沿滑轨306向下运动；当绞车回收钢缆309时，平台本体308受钢缆309拉力，沿滑轨306向上抬升。
41.进一步的，绞车包括绞车驱动器301、收放缆机构303，收放缆机构303连接钢缆309一端，钢缆309另一端与平台本体308固定连接，绞车驱动器301通过绞车驱动轴302带动收放缆机构303转动，带动钢缆309收放，进而实现平台本体308升降。
42.绞车驱动器301采用电机或液压马达的驱动方式。
43.舵桨推进机构设置在平台本体308上，采用全回转形式，同时输出推进力和转向力矩，即具备螺旋桨旋转驱动和转舵驱动双重功能，能够实现船舶的推进和转舵作用。舵桨推进机构包括驱动组件、传动组件、推进组件，驱动组件固定在平台本体308上，传动组件穿过平台本体308，两端分别与驱动组件和推进组件连接。
44.监测器用于监测推进组件的浸水深度、及平台本体308的实际位置。
45.进一步的，监测器包括浪高仪传感器405和多圈绝对值编码器304；浪高仪传感器405用于监测液位高度，设置在传动组件的侧壁处；多圈绝对值编码器304用于测量平台本体308的实际位置，设置在收放缆机构303上。
46.该推进装置配置有平台控制单元311，平台控制单元311安装在位于绞车附近的船体100上。如附图2所示，平台控制单元311包括信号采集器311-1、绞车控制器311-2，信号采集器311-1与绞车控制器311-2连接，信号采集器311-1分别与浪高仪传感器405、多圈绝对值编码器304连接，绞车控制器311-2与绞车驱动器301连接。
47.平台控制单元311包含如下处理逻辑：
48.信号采集器311-1接收浪高仪传感器405的测量信号，绞车控制器311-2估算螺旋桨406的浸没深度；
49.信号采集器311-1接收多圈绝对值编码器304的测量信号，绞车控制器311-2计算平台本体308在基座305上的实际位置；
50.绞车控制器311-2比较螺旋桨406实际浸没深度与作业深度上、下限的关系，当实际浸没深度在作业深度上、下限的区间内，绞车无控制动作，平台本体308保持当前位置；
51.当螺旋桨406实际浸没深度超过作业深度上限时，绞车收缆，将平台本体308提升至基座305的最高位；
52.当螺旋桨406实际浸没深度小于作业深度下限时，意味着螺旋桨406距水面太近，有推力损失，甚至有露出水面的风险，绞车控制器311-2比较实际浸没深度和作业深度下限之间的差值，控制绞车驱动器301及绞车放缆，使实际浸没深度接近或等于最佳作业深度。
53.信号采集器311-1接收浪高仪传感器405监测到的液位高度信号和多圈绝对值编码器304监测的平台本体308的实际位置，绞车控制器311-2根据液位高度信号计算出螺旋桨406浸没在水中的深度，并结合平台本体308在基座305上的实际位置驱动绞车收放钢缆309，通过调整平台本体308高度，带动舵桨推进机构调整高度，从而确保螺旋桨406在最佳作业深度。
54.传动组件包括轴管404、设置在轴管404内的垂直传动轴409，浪高仪传感器405安装在轴管404的侧壁上。推进组件包括螺旋桨406和直角传动外壳408；螺旋桨406通过水平传动轴410与垂直传动轴409传动连接，水平传动轴410穿入直角传动外壳408内，垂直传动轴409下端穿入直角传动外壳408内，直角传动外壳408与轴管404固定连接。
55.驱动组件包括转舵驱动器403和螺旋桨驱动器401，转舵驱动器403带动轴管404旋转，同时带动下方推进组件整体旋转，实现转舵驱动功能；螺旋桨驱动器401带动垂直传动轴409和水平传动轴410旋转实现螺旋桨406旋转驱动，实现船体100的推进功能，两个旋转自由度各自独立运行。
56.转舵驱动器403和螺旋桨驱动器401采用电机或液压马达的驱动方式。
57.在一实施例中，如附图3所示，螺旋桨406是螺旋桨驱动器401经一级直角传动(l型传动)实现旋转控制，即垂直传动轴409和水平传动轴410的连接处均设置有锥形齿轮，通过锥形齿轮实现传动，进而实现对螺旋桨406的旋转控制。
58.在一实施例中，如附图4所示，螺旋桨406是螺旋桨驱动器401经两级直角传动(z型传动)实现旋转控制，即垂直传动轴409和水平传动轴410的连接处均设置有锥形齿轮，通过锥形齿轮实现传动，螺旋桨驱动器401也通过锥形齿轮传动的方式带动垂直传动轴409旋转，进而实现对螺旋桨406的旋转控制。
59.转舵驱动器403通过转舵机构402带动轴管404和直角传动外壳408整体旋转，转舵机构402采用齿轮或涡轮蜗杆的传动方式实现转舵控制。
60.上述波浪自适应船舶推进装置的使用方法：
61.具体地，在正常状态下，即平静水面200，平台本体308保持在基座305最高位置，此时舵桨推进机构中的螺旋桨406处于设计高度，即保证螺旋桨浸没深度407处于最佳作业深度的状态；当船体100受波浪影响，形成波浪液面500，导致螺旋桨406浸没深度小于作业深度下限时，控制绞车释放钢缆309，平台本体308沿滑轨306下滑，带动舵桨推进机构下降，并保持在最佳作业深度；当浸没深度超过作业深度上限时，控制绞车回收钢缆309，平台本体308沿滑轨306上滑，带动舵桨推进机构提升，螺旋桨406返回设计高度。
62.如附图5和6，当船体100受波浪影响高低起伏或船艉上翘，螺旋桨浸没深度407超过作业深度上限，或小于作业深度下限时，波浪自适应推进装置可以确保螺旋桨406的浸没
深度始终保持在最佳范围内。
63.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：
1.一种波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：包括：升降平台机构，包括固定在船体(100)上的基座(305)、设置在基座(305)上的平台本体(308)、以及用于调整平台本体(308)高度的绞车；所述绞车通过定滑轮(310)和钢缆(309)带动平台本体(308)实现升降；舵桨推进机构，设置在平台本体(308)上，能够实现船舶的推进和转舵作用；包括驱动组件、传动组件、推进组件，驱动组件固定在平台本体(308)上，传动组件穿过平台本体(308)，两端分别与驱动组件和推进组件连接；监测器，用于监测推进组件的浸水深度、及平台本体(308)的实际位置。2.如权利要求1所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：所述绞车包括绞车驱动器(301)、收放缆机构(303)，收放缆机构(303)连接钢缆(309)一端，钢缆(309)另一端与平台本体(308)固定连接，绞车驱动器(301)通过绞车驱动轴(302)带动收放缆机构(303)转动，带动钢缆(309)收放，进而实现平台本体(308)升降。3.如权利要求2所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：所述监测器包括：浪高仪传感器(405)，用于监测液位高度，设置在传动组件的侧壁处；多圈绝对值编码器(304)，用于测量平台本体(308)的实际位置，设置在收放缆机构(303)上。4.如权利要求3所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：还配置有平台控制单元(311)，平台控制单元(311)包括信号采集器(311-1)、绞车控制器(311-2)，所述信号采集器(311-1)分别与浪高仪传感器(405)、多圈绝对值编码器(304)连接，所述绞车控制器(311-2)与绞车驱动器(301)连接。5.如权利要求1所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：所述基座(305)的侧壁上设置有滑轨(306)，平台本体(308)升降时沿滑轨(306)上下移动。6.如权利要求1所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：所述平台本体(308)远离舵桨推进机构的一端设置有平台配重块(307)。7.如权利要求1所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：所述传动组件包括轴管(404)、设置在轴管(404)内的垂直传动轴(409)；所述推进组件包括螺旋桨(406)和直角传动外壳(408)；螺旋桨(406)通过水平传动轴(410)与垂直传动轴(409)传动连接，直角传动外壳(408)与轴管(404)固定连接。8.如权利要求7所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：所述驱动组件包括转舵驱动器(403)和螺旋桨驱动器(401)，所述转舵驱动器(403)带动轴管(404)旋转实现转舵驱动，螺旋桨驱动器(401)带动垂直传动轴(409)和水平传动轴(410)旋转实现螺旋桨(406)旋转驱动，两个旋转自由度各自独立运行。9.如权利要求8所述的波浪自适应船舶推进装置，其特征在于：所述转舵驱动器(403)通过转舵机构(402)带动轴管(404)整体旋转；所述转舵机构(402)采用齿轮或涡轮蜗杆的传动方式实现转舵控制。10.如权利要求1-9任一项所述的波浪自适应船舶推进装置的使用方法，其特征在于：具体地，在正常状态下，平台本体(308)保持在基座(305)最高位置，此时舵桨推进机构中的螺旋桨(406)处于设计高度；当船体(100)受波浪影响，导致螺旋桨(406)浸没深度小于作业深度下限时，控制绞车释放钢缆(309)，平台本体(308)沿滑轨(306)下滑，带动舵桨推进机
构下降，并保持在最佳作业深度；当浸没深度超过作业深度上限时，控制绞车回收钢缆(309)，平台本体(308)沿滑轨(306)上滑，带动舵桨推进机构提升，螺旋桨(406)返回设计高度。

技术总结
本发明涉及一种波浪自适应船舶推进装置及使用方法，该装置包括升降平台机构、舵桨推进机构及监测器，升降平台机构包括基座、设置在基座上的平台本体、以及用于调整平台本体高度的绞车；舵桨推进机构设置在平台本体上，能够实现船舶的推进和转舵作用；监测器能够监测浸水深度和平台本体的实际位置。本发明针对中小型船舶在波浪中航行作业的实际使用要求，根据螺旋桨浸没于水中的实际深度，实时调整平台本体的垂向高度，当船体在波浪作用下被抬升或埋艏(船头向下)时，可确保螺旋桨不会露出水面，保持在最佳作业深度，使推进装置对船舶的控制力始终足够、有效，从而保证船舶的航向作业效率和安全性。业效率和安全性。业效率和安全性。


技术研发人员：孙强 殷文慧
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/3/7