萬玉春 張洪燕 李萬田 徐圣智

（重慶交通大學(xué) 航運(yùn)與船舶工程學(xué)院，重慶400074）

中國(guó)國(guó)土面積遼闊，環(huán)境條件復(fù)雜，沼澤濕地的面積，全世界以加拿大和前蘇聯(lián)為最大，我國(guó)位于第三，總面積8.04 億畝;濕地不僅是人類賴以生存的寶貴資源,還具有重要的生態(tài)價(jià)值。沿海沼澤濕地蘊(yùn)含著大量油、氣、煤和泥炭等礦藏資源；同時(shí)也為近海魚類提供豐富的營(yíng)養(yǎng)，廣闊的沼澤是野生動(dòng)物的棲息地，也是天然的牧場(chǎng)、人工養(yǎng)殖場(chǎng)和鹽場(chǎng)。但其主要分布在海邊、河邊、湖泊和海口邊緣處，特殊的地理環(huán)境導(dǎo)致其交通工具開發(fā)一直都是一個(gè)難題。二戰(zhàn)期間，前蘇聯(lián)曾研制螺旋推進(jìn)車，這種車輛不能在平坦路邊行駛，且耗油太大，所以未能得到推廣。英國(guó)研究的濕地交通工具- 氣墊船同樣存在一些不足，航程較短、耗油量大、經(jīng)濟(jì)效益較低，氣墊圍裙容易磨損，常需更換。

為了解決這些近海沼澤地帶的作業(yè)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)螺旋推進(jìn)多功能船舶，它能輕松實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜的沼澤地環(huán)境下的航行，完成牽引、負(fù)重等功能，降低特殊環(huán)境下人工作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近海沼澤地的螺旋推進(jìn)雙體船舶主要包括船身本體、支撐裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、螺旋推進(jìn)器、機(jī)械臂等部分。如圖1 為近海沼澤地的新型雙體船舶螺旋推進(jìn)行駛模式時(shí)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。支撐裝置主要用于鏈接船體與驅(qū)動(dòng)裝置，并傳遞動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)裝置布局在船底，通過鏈條傳動(dòng)為螺旋推進(jìn)器及螺旋槳提供驅(qū)動(dòng)力。

1.1.2 支撐裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支撐裝置主要包括由連桿組成。如圖2 所示為支撐裝置和驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。連桿、電動(dòng)推桿的末端分別與船身本體鉸接。連桿兩端分別與連桿鉸接。

圖1 近海沼澤地的螺旋推進(jìn)雙體船結(jié)構(gòu)圖

圖2 支撐裝置和驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.1.3 驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)裝置主要包括動(dòng)力源、減速器、齒輪、鏈條等。驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖參見圖2。動(dòng)力源與減速器布置于船身本體內(nèi)。兩齒輪分別與連桿的兩端鉸接。鏈條與齒輪相互嚙合傳動(dòng)。同時(shí)螺旋推進(jìn)器也通過快拆式聯(lián)軸器與齒輪相互連接。通過操控差速電機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)船舶任意方向航行。

1.1.4 螺旋推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

螺旋推進(jìn)器由螺旋卷筒、連接盤、轉(zhuǎn)軸等組成。螺旋卷筒由具有一定彈性的橡膠材料制成，可實(shí)現(xiàn)充放氣折疊，以此節(jié)省空間；螺旋管兩端分別與硬質(zhì)連接盤連接。后端連接盤上設(shè)置有排氣口，通過排氣口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋管的充放氣。連接盤通過轉(zhuǎn)軸以及快拆式聯(lián)軸器與齒輪相互連接，進(jìn)而將驅(qū)動(dòng)裝置的扭矩傳遞到螺旋管、驅(qū)動(dòng)螺旋管旋轉(zhuǎn)。

圖4 螺旋推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1.1.5 多功能機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于沼澤濕地的復(fù)雜性，一般的常規(guī)工程（挖掘機(jī)、推土機(jī)等）機(jī)械設(shè)備難以滿足濕地作業(yè)，濕地的工程作業(yè)也是一大難題。基于此在近海沼澤地的螺旋推進(jìn)雙體船加裝多功能機(jī)械臂，并且機(jī)械臂可加裝不同的功能，可實(shí)現(xiàn)濕地的疏浚、挖掘等各種工作，從而降低濕地施工的難度系數(shù)。

1.2 航行模式

兩棲船具有排泥板、支架螺旋推進(jìn)器;兩塊排泥板對(duì)中固定在車架前部;兩個(gè)螺旋推進(jìn)器設(shè)置在車架底部,分別位于支架左面、右面位置;所述的螺旋推進(jìn)器由螺旋葉片、推進(jìn)器外殼、電機(jī)、行星減速器和軸用密封件組成;推進(jìn)器外殼的.端與固定在電機(jī)座體端面的支撐軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一.端與電機(jī)的輸出軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，支撐軸與車架固定;電機(jī)和行星減速器均設(shè)置在推進(jìn)器外殼內(nèi);電機(jī)的輸出軸通過行星減速器驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器外殼;發(fā)電機(jī)通過臍帶纜給電機(jī)供電，控制柜通過臍帶纜給電機(jī)傳輸控制信號(hào);所述的螺旋葉片固定在推進(jìn)器外殼外;固定在電機(jī)座體端面的支撐軸與車架之間、電機(jī)的輸出軸與車架之間均設(shè)有軸用密封件, 兩端的軸用密封件用于密封電機(jī)與推進(jìn)器外殼之間的縫隙。兩個(gè)螺旋推進(jìn)器的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不同,從而分配兩個(gè)螺旋推進(jìn)器的螺旋葉片轉(zhuǎn)向,使得車架的行進(jìn)方式不同，可以實(shí)現(xiàn)向前推進(jìn)、向后推進(jìn)、向左轉(zhuǎn)向、向右轉(zhuǎn)向、向左推進(jìn)、向右推進(jìn)。其操作性能較好，在沼澤濕地上不易被水草、雜物所纏住。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 螺旋動(dòng)力推進(jìn)的采用可適應(yīng)復(fù)雜的沼澤環(huán)境

螺旋推進(jìn)式雙體船主要采用螺旋推進(jìn)的方式作為動(dòng)力，有效解決了現(xiàn)有船舶不能在海灘及沼澤地軟濕地航行的問題，其不僅能良好地適應(yīng)各種不同環(huán)境航行，也能夠讓諸多濕地管理問題變得簡(jiǎn)單。

2.2 螺旋線帶板的設(shè)計(jì)可減小與沼澤接觸的壓強(qiáng)

在卷筒的表面螺旋線加裝帶板，增大了與泥沼的接觸面積，減小了螺紋所承受的壓強(qiáng)，同時(shí)可以在粗糙地面與濕地的工作模式快速切換。

2.3 滾筒和螺紋采用了硬質(zhì)橡膠的設(shè)計(jì)，保證強(qiáng)度的同時(shí)避免了打滑現(xiàn)象

硬質(zhì)橡膠具有較強(qiáng)的耐磨性和耐腐蝕形，同時(shí)強(qiáng)度很高，滾筒和螺紋采用硬質(zhì)橡膠可以有效防止磨損，延長(zhǎng)使用壽命，并防止了滾筒打滑現(xiàn)象。

3 結(jié)論

本作品設(shè)計(jì)的近海沼澤地的新型螺旋推進(jìn)雙體船，采用螺旋推進(jìn)的方式作為動(dòng)力，卷筒的表面螺旋線加裝帶板，有效解決了現(xiàn)有船舶不能在海灘及沼澤地軟濕地航行的問題；彌補(bǔ)了傳統(tǒng)濕地交通工具工作環(huán)境受限制等缺點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于治安巡邏、水文勘測(cè)、石油勘探、濕地保護(hù)、旅游觀光等領(lǐng)域；為未來近海沼澤濕地的開發(fā)利用提供了可靠技術(shù)支撐。