1.本实用新型属于船舶安全技术领域，具体涉及一种船舶用主动破冰装置及船舶。


背景技术：

2.众所周知，我国的渤海和黄海北部遍布优良港口，近年来环渤海港口航运的大力发展助推了我国沿海经济的快速发展，是我国海上交通运输的重要通道。然而，渤海和黄海北部受冬季西伯利亚南下冷空气的直接影响，渤海的近岸如辽东湾、渤海湾和莱州湾每年都有不同程度的结冰现象。渤海位于北纬37
°
—41
°
，每年12月初开始结冰，翌年的2月底或3月初终冰，冰期为2至3个月。渤海冬季的航运容易受海冰影响，据统计，2009/2010年由于冰灾造成的经济损失高达63亿元，接近当年海洋灾害造成的经济总损失的50％。
3.海冰严重影响海上交通运输安全和船舶航行安全，轻则造成船舶滞时，影响海上交通的正常运行，严重时船体钢板还会发生形变甚至开裂。一旦发生损坏，修理受损船体将花费大量劳力财力，同时影响到通航经济效益。不依靠防冻措施来避免结冰，船舶就无法在冰层中长时间滞留。即使是破冰船，一旦遭遇极冷及强风的极端恶劣天气被快速冻结的冰困住，传统的破冰除冰方法也将不再适用。比较典型的案例是2014年1月3日，我国南极“雪龙号”科考船成功营救遇险俄罗斯籍客船上的52名乘客后，在撤离密集浮冰区时自身被“冻”住，“雪龙号”及船上101名人员被困。
4.目前，国内外已应用和正在研究的防冻除冰技术有40余种。传统防冰除冰方式有：热力融冰法、机械破冰法、自然被动法、防冻剂法；新型防冰除冰技术有：纳米超憎水涂层、记忆合金技术、微波加热除冰、气流牵引式循环升温防冻技术。
5.虽然这些方法能够进行防冻和除冰，但是无法同时满足高效、低能耗的优点，因此设计开发一种在低能耗下保证船舶不受冰冻的破冰装置成为了亟需解决的难题。


技术实现要素：

6.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种船舶用主动破冰装置及船舶，当船舶周围结冰时，能够快速地进行破冰作业，帮助船舶恢复行动能力，并开辟航道。
7.本实用新型的第一目的是提供一种船舶用主动破冰装置，包括：
8.破冰机构，所述破冰机构包括：与船舷外侧壁固定用的三角形支架、安装于三角形支架上的滑轨、沿着滑轨运动的机械臂支座、通过转轴与机械臂支座相连的动力臂，安装于动力臂上端的防滑护垫、安装于动力臂下端的伸缩式液压缸和防滚架、安装于伸缩式液压缸上的激振器和微波发射模块、安装于激振器上的锤头；
9.控制模块，所述控制模块分别与动力臂的控制端子、激振器的控制端子、微波发射模块的控制端子进行数据交互。
10.优选地，所述滑轨以水平线为基准线，通过三角形支架环绕固定于船侧钢板上。
11.优选地，所述动力臂为液压式机械臂，所述液压式机械臂包括上液压臂和下液压臂；其中：所述上液压臂包括上支撑杆和上液压杆，所述下液压臂包括下支撑杆和下液压
杆；所述上液压杆的上端与上支撑杆侧壁通过转轴连接，所述上液压杆的下端、上支撑杆的下端均与下支撑杆的上端通过转轴连接，所述上支撑杆的上端通过侧液压杆与机械臂支座连接；所述下液压杆的下端、下支撑杆的下端均与防滚架连接。
12.优选地，所述机械臂支座上设有齿轮和滑动轮，所述滑轨表面开设有与齿轮配合的齿轨，所述机械臂支座通过齿轮和滑动轮咬合在滑轨上；所述机械臂支座上安装有带动齿轮转动的电机。
13.优选地，所述微波发射模块为两个；两个微波发射模块与防滚架连接，且位于激振器的两侧。
14.优选地，所述防滑护垫采用硬质橡胶制成。
15.优选地，所述锤头的下表面为圆弧面。
16.优选地，在所述微波发射模块上安装有距离传感器；所述距离传感器与控制模块进行数据交互。
17.本实用新型的第二目的是提供一种船舶，在船舶上安装有上述结构的船舶用主动破冰装置。
18.优选地，所述船舶为破冰船。
19.本实用新型具有的优点和积极效果是：
20.本实用新型所提出的破冰装置具有高效节能的特点，破冰分为两个步骤，首先使用微波发射模块将海冰切割成易损状态，再使用激振器将海冰粉碎。与传统技术相比较，本装置比单纯使用微波切割破冰或单纯使用共振破冰更节能，由于激振器每挪动一个点位需要消耗时间，故也相比单纯使用共振破冰更节省时间。
21.锤头采用可拆卸结构连接，易于更换受损锤头；
22.通过采用距离传感器，能够实现对作业距离的精确把控，提高作业的效率。
附图说明
23.图1为本实用新型优选实施例的结构示意图；
24.图2为本实用新型优选实施例中滑轨与机械臂支座的连接结构示意图；
25.图3为本实用新型优选实施例中液压式机械臂的结构示意图；
26.其中：1、滑轨；2、机械臂支座；3、液压式机械臂；4、防滑护垫；5、防滚架；6、伸缩式液压缸；7、激振器；8、锤头；9、微波发射模块；10、传感器；11、齿轮；12、三角形支架；13、滑动轮；14、计算机；15、齿轨；16、转轴；17、侧液压杆。
具体实施方式
27.为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
28.如图1至图3所示，本实用新型的技术方案为：
29.一种船舶用主动破冰装置，包括：破冰机构、数据获取部和控制模块；其中：
30.所述破冰机构包括：
31.环绕固定于船舷四周的滑轨1，所述滑轨1以水平线为基准线，通过三角形支架12环绕船侧钢板固定；
32.沿着滑轨运动的机械臂支座2，所述机械臂支座2上设有齿轮11和滑动轮13，所述滑轨1表面开设有与齿轮11配合的齿轨15，所述机械臂支座2通过齿轮11和滑动轮13咬合在滑轨1上；所述机械臂支座上安装有带动齿轮转动的电机；作为优选，电机选择高力矩电机；电机的输出轴与齿轮11啮合，随着电机的转动，进而带动齿轮11沿着滑轨1运动；
33.通过转轴16与机械臂支座2相连的动力臂，所述动力臂为液压式机械臂3或者电动机械臂，本优选实施例采用液压式机械臂，所述液压式机械臂包括上液压臂和下液压臂；其中：所述上液压臂包括上支撑杆3-11和上液压杆3-12，所述下液压臂包括下支撑杆3-22和下液压杆3-21；所述上液压杆3-12的上端与上支撑杆3-11的侧壁通过转轴a16-2连接，所述上液压杆3-12的下端、上支撑杆3-11的下端均与下支撑杆3-22的上端通过转轴连接，所述上支撑杆3-11的上端通过转轴b16-1与侧液压杆17上端连接，所述侧液压杆17的下端通过转轴与机械臂支座2连接；所述下液压杆3-21的上端通过转轴c16-3与下支撑杆3-22的上端连接；所述下液压杆3-21的下端、下支撑杆3-22的下端均与防滚架5连接。伸缩式液压缸6安装在防滚架5上；通过动力臂实现对防滚架5的升降运动；
34.安装于动力臂上端的防滑护垫4；
35.安装于动力臂下端的伸缩式液压缸和防滚架；
36.安装于伸缩式液压缸上的激振器7和微波发射模块9；通过伸缩式液压缸6实现激振器和微波发射模块的升降运动；
37.安装于激振器上的锤头8；所述锤头的下表面为圆弧面；为了便于更换，锤头8与激振器之间为可拆卸连接，比如螺栓连接；
38.所述控制模块分别与动力臂的控制端子、激振器的控制端子、微波发射模块的控制端子进行数据交互。控制模块可以是计算机、单片机中的一种；本优选实施例采用的是计算机14；
39.在上述优选实施例中：破冰机构通过机械物理撞击和、或微波消融进行破除冰层，所述破冰机构主要包括：环绕船舷的滑轨1，所述滑轨以水平线为基准线，通过三角形支架12环绕船侧钢板固定；附着在所述滑轨上的机械臂支座2，所述机械臂支座2通过滑动轮13咬合在滑轨上，机械臂支座2可沿滑轨1方向平移；液压式机械臂3通过转轴16与机械臂支座2相连，液压式机械臂3顶端有防滑护垫4，为了保护船体，所述防滑护垫4采用硬质橡胶；
40.当微波发射模块9工作时，侧液压杆17顶起，液压式机械臂3需围绕滑轨1移动，防滑护垫4不接触船身；
41.当激振器7工作时，侧液压杆17回缩，防滑护垫4需紧贴船身，保证液压式机械臂3支点稳定，同时起减震作用；
42.激振器7工作时，基于共振原理，即使用和冰层冰固有频率相同或者相近的频率破碎海冰，锤头8作为损耗部件，为方便更换，锤头8使用可拆卸设计，比如螺栓连接；两个微波发射模块9与防滚架5固定连接或者可拆卸连接，两个微波发射模块9安装在激振器7的两侧，通过调整液压式机械臂3，两个微波发射模块9最低可下探到最低吃水线的高度；
43.所述电源模块通过船舶控制中心的电源分配器和供电线缆分别与液压式机械臂3的电源端子、伸缩式液压缸6的电源端子、激振器7的电源端子、微波发射模块9的电源端子连接，控制模块分别与液压式机械臂3的控制端子、伸缩式液压缸6的控制端子、激振器7的控制端子、微波发射模块9的控制端子进行数据交互，所述电源模块包括船舶电源和余热供
电电源，所述供电线缆外设有绝缘防水层。
44.距离传感器10安装在微波发射模块上，用于获取微波发射模块与冰面距离的距离；距离传感器10与计算机14进行数据交互；
45.本优选实施例中的数据交互过程可以选用数据线实现，也可以采用无线传输模块实现；
46.所述控制模块接收距离传感器的数据，工程师根据数据，进而控制微波切割部和激振破冰机构的工作状态；控制模块可以选择单片机或者是计算机，本优选实施例以计算机为例；
47.其中：船舶电源作为主供电电源，余热供电电源作为次供电电源，经过供电电缆负责给破冰设备供电。供电电缆应采用适合特殊场所的铜芯电缆，并加配外保护层，在满足电力配送的前提下，保证电缆线路清晰。电缆容量根据所承担电力荷载按级敷设。滑轨、液压式机械臂采用防锈材质或涂加防锈涂层，保证其在极端条件下可以正常工作。距离传感器位于微波发射模块一侧，当需要使用微波发射模块切割时，距离传感器将距离数据传递给计算机中的存储器，经判断后，液压式机械臂将二者距离(微波发射模块与冰面距离)调整至最佳切割距离。计算机安置在船舶控制室中，并配置有数码显示器与键盘，由操作员远程控制开启。
48.工作原理：
49.本技术的破冰工作分为两个步骤，首先使用微波发射模块将海冰切割成易损状态，再使用激振器将海冰粉碎。与传统技术相比较，本装置比单纯使用微波切割破冰或单纯使用共振破冰更节能，由于激振器每挪动一个点位需要消耗时间，故也相比单纯使用共振破冰更节省时间。
50.一种船舶，在船舶上安装有上述结构的船舶用主动破冰装置；比如破冰船。
51.以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。