[发明专利]极地破冰装置

权利要求书

1.一种极地破冰装置，其特征在于：包括固定台(1)、往复调节组件(2)、密封舱(3)、发热板(4)、活塞杆(5)和振动体(6)，往复调节组件(2)设置在固定台(1)上，密封舱(3)位于往复调节组件(2)的前方，发热板(4)、活塞杆(5)和振动体(6)均设置在密封舱(3)内，往复调节组件(2)与活塞杆(5)连接，往复调节组件(2)通过加热电路与发热板(4)连接，密封舱(3)的前部设有振动体(6)；

所述密封舱(3)内设有空腔，发热板(4)和活塞杆(5)设置在密封舱(3)的舱体内，发热板(4)和活塞杆(5)均垂直于密封舱(3)的前进方向设置，发热板(4)位于活塞杆(5)的前方，发热板(4)的上、下两端分别与密封舱(3)舱体的上、下侧壁固定连接，密封舱(3)舱体的上、下侧壁上分别设有活动槽(303)，活塞杆(5)的上、下两端分别设置在活动槽(303)内，活塞杆(5)沿活动槽(303)往复移动，发热板(4)和活塞杆(5)之间的密封舱舱体上设有进水口(301)，进水口(301)处设有进水阀门(305)，密封舱(3)的前端壁设有数个出水口(302)，出水口(302)处设有出水阀门(306)，发热板(4)上设有数个通孔；

所述往复调节组件(2)包括电机(201)、旋转臂(202)、第一齿条(203)、第二齿条(204)、咬合齿轮(205)、杠杆(206)、定滑轮(207)、钢丝绳(208)和连杆，连杆包括第一连杆(209)和第二连杆(210)，电机(201)固定设置在固定台(1)上，旋转臂(202)呈长条环状，电机(201)的输出轴与旋转臂(202)的沿长度方向的一端连接，旋转臂(202)的长轴底边内侧设有第一齿条(203)，第一齿条(203)的上方设有第二齿条(204)，第二齿条(204)的一端与旋转臂(202)转动连接，第一齿条(203)与第二齿条(204)之间呈平行设置，且第一齿条(203)与第二齿条(204)上的齿呈对应设置，咬合齿轮(205)被固定咬合在第一齿条(203)和第二齿条(204)之间时，咬合齿轮(205)通过其中心轴与第一连杆(209)的一端铰接，第一连杆(209)的另一端与第二连杆(210)铰接，第二连杆(210)的另一端与活塞杆(5)固定连接，第二齿条(204)的齿面上设有电阻片，电阻片与发热板(4)串联在加热电路中；

所述第二齿条(204)的自由端通过钢丝绳(208)与杠杆(206)连接，钢丝绳(208)缠绕在定滑轮(207)上，定滑轮(207)设置在长轴顶边，钢丝绳(208)的另一端与杠杆(206)的一端连接，杠杆(206)的中部通过支撑杆与旋转臂(202)连接，杠杆(206)绕支撑杆的顶部摆动，杠杆(206)的另一端设有滚轮，滚轮与旋转臂(202)的弧形内壁接触。

2.根据权利要求1所述的极地破冰装置，其特征在于：所述发热板(4)与密封舱的前端壁之间的腔体内设有温度计(304)。

3.根据权利要求1所述的极地破冰装置，其特征在于：所述支撑杆的顶部与杠杆(206)的中部铰接，支撑杆的底部与旋转臂(202)固定连接。

4.根据权利要求1所述的极地破冰装置，其特征在于：所述加热电路包括第一开关(102)和第二开关(103)，第一开关(102)控制电机(201)，第二开关(103)控制发热板(4)和第二齿条(204)上的电阻片，控制电机线路与发热板和第二齿条线路并联后与电源(101)串联连接，在发热板(4)与第二齿条(204)的线路上设有电流表(104)。

5.根据权利要求1所述的极地破冰装置，其特征在于：设该装置的输出恒功率为P，活塞杆(5)的振动功率为P₁，电压为U₁，通过电流为I₁，发热板(4)的加热功率为P₂，电压为U₂，通过电流为I₂，第二齿条(204)上电阻片的电阻为R₂₄，发热板(4)的电阻为R₄，此时

P_(i)＝P_1(i)+P_2(i)

P_2(i)＝I_2(i)·(R_24(i)+R_4(i))

其中，i为0到t内任意时刻，cosθ是电机功率因数；

当冰层较厚时，打开第一开关(102)和第二开关(103)，旋转臂(202)开始转动，调整咬合齿轮(205)的位置，使第一连杆(209)位于电机(201)的近心端，此时电阻R₂₄接入长度小，接入的总电阻小，通过的总电流大，发热板(4)的加热功率P₂占比大，水流通过进水口(301)进入密封舱(3)，水流被发热板(4)加热，随后经过加温的水被活塞杆(5)挤压从出水口(302)排出，高温的水流进入海水中，将热量带到附近冰层，此时活塞杆活动范围小，振动频率低，机械振动功率P₁占比小，此时的破冰过程以发热板加热为主，机械振动为辅；

冰层变薄，温度升高，调整咬合齿轮(205)的位置，使第一连杆(209)位于电机(201)的远心端，此时电阻R₂₄接入长度大，接入的总电阻大，通过的总电流小，发热板(4)的加热功率P₂小，此时活塞杆活动范围变大，振动频率变高，机械振动功率P₁占比大，此时的破冰过程以机械振动为主，发热板加热为辅。