近海沼泽地螺旋推进船

万玉春 张洪燕 李万田 徐圣智

（重庆交通大学 航运与船舶工程学院，重庆400074）

中国国土面积辽阔，环境条件复杂，沼泽湿地的面积，全世界以加拿大和前苏联为最大，我国位于第三，总面积8.04 亿亩;湿地不仅是人类赖以生存的宝贵资源,还具有重要的生态价值。沿海沼泽湿地蕴含着大量油、气、煤和泥炭等矿藏资源；同时也为近海鱼类提供丰富的营养，广阔的沼泽是野生动物的栖息地，也是天然的牧场、人工养殖场和盐场。但其主要分布在海边、河边、湖泊和海口边缘处，特殊的地理环境导致其交通工具开发一直都是一个难题。二战期间，前苏联曾研制螺旋推进车，这种车辆不能在平坦路边行驶，且耗油太大，所以未能得到推广。英国研究的湿地交通工具- 气垫船同样存在一些不足，航程较短、耗油量大、经济效益较低，气垫围裙容易磨损，常需更换。

为了解决这些近海沼泽地带的作业问题，我们设计螺旋推进多功能船舶，它能轻松实现在复杂的沼泽地环境下的航行，完成牵引、负重等功能，降低特殊环境下人工作业的危险系数。

1 系统设计原理

1.1 结构设计

1.1.1 整体结构设计

近海沼泽地的螺旋推进双体船舶主要包括船身本体、支撑装置、驱动装置、螺旋推进器、机械臂等部分。如图1 为近海沼泽地的新型双体船舶螺旋推进行驶模式时的状态结构示意图。支撑装置主要用于链接船体与驱动装置，并传递动力。驱动装置布局在船底，通过链条传动为螺旋推进器及螺旋桨提供驱动力。

1.1.2 支撑装置的结构设计

支撑装置主要包括由连杆组成。如图2 所示为支撑装置和驱动装置结构示意图。连杆、电动推杆的末端分别与船身本体铰接。连杆两端分别与连杆铰接。

图1 近海沼泽地的螺旋推进双体船结构图

图2 支撑装置和驱动装置结构示意图

1.1.3 驱动装置的结构设计

驱动装置主要包括动力源、减速器、齿轮、链条等。驱动装置的结构示意图参见图2。动力源与减速器布置于船身本体内。两齿轮分别与连杆的两端铰接。链条与齿轮相互啮合传动。同时螺旋推进器也通过快拆式联轴器与齿轮相互连接。通过操控差速电机的转速与旋转方向，进而可以实现船舶任意方向航行。

1.1.4 螺旋推进器的结构设计

螺旋推进器由螺旋卷筒、连接盘、转轴等组成。螺旋卷筒由具有一定弹性的橡胶材料制成，可实现充放气折叠，以此节省空间；螺旋管两端分别与硬质连接盘连接。后端连接盘上设置有排气口，通过排气口可以实现对螺旋管的充放气。连接盘通过转轴以及快拆式联轴器与齿轮相互连接，进而将驱动装置的扭矩传递到螺旋管、驱动螺旋管旋转。

图4 螺旋推进器的结构设计图

1.1.5 多功能机械臂的结构设计

由于沼泽湿地的复杂性，一般的常规工程（挖掘机、推土机等）机械设备难以满足湿地作业，湿地的工程作业也是一大难题。基于此在近海沼泽地的螺旋推进双体船加装多功能机械臂，并且机械臂可加装不同的功能，可实现湿地的疏浚、挖掘等各种工作，从而降低湿地施工的难度系数。

1.2 航行模式

两栖船具有排泥板、支架螺旋推进器;两块排泥板对中固定在车架前部;两个螺旋推进器设置在车架底部,分别位于支架左面、右面位置;所述的螺旋推进器由螺旋叶片、推进器外壳、电机、行星减速器和轴用密封件组成;推进器外壳的.端与固定在电机座体端面的支撑轴构成转动副，另一.端与电机的输出轴构成转动副，支撑轴与车架固定;电机和行星减速器均设置在推进器外壳内;电机的输出轴通过行星减速器驱动推进器外壳;发电机通过脐带缆给电机供电，控制柜通过脐带缆给电机传输控制信号;所述的螺旋叶片固定在推进器外壳外;固定在电机座体端面的支撑轴与车架之间、电机的输出轴与车架之间均设有轴用密封件, 两端的轴用密封件用于密封电机与推进器外壳之间的缝隙。两个螺旋推进器的电机转动方向不同,从而分配两个螺旋推进器的螺旋叶片转向,使得车架的行进方式不同，可以实现向前推进、向后推进、向左转向、向右转向、向左推进、向右推进。其操作性能较好，在沼泽湿地上不易被水草、杂物所缠住。

2 创新点

2.1 螺旋动力推进的采用可适应复杂的沼泽环境

螺旋推进式双体船主要采用螺旋推进的方式作为动力，有效解决了现有船舶不能在海滩及沼泽地软湿地航行的问题，其不仅能良好地适应各种不同环境航行，也能够让诸多湿地管理问题变得简单。

2.2 螺旋线带板的设计可减小与沼泽接触的压强

在卷筒的表面螺旋线加装带板，增大了与泥沼的接触面积，减小了螺纹所承受的压强，同时可以在粗糙地面与湿地的工作模式快速切换。

2.3 滚筒和螺纹采用了硬质橡胶的设计，保证强度的同时避免了打滑现象

硬质橡胶具有较强的耐磨性和耐腐蚀形，同时强度很高，滚筒和螺纹采用硬质橡胶可以有效防止磨损，延长使用寿命，并防止了滚筒打滑现象。

3 结论

本作品设计的近海沼泽地的新型螺旋推进双体船，采用螺旋推进的方式作为动力，卷筒的表面螺旋线加装带板，有效解决了现有船舶不能在海滩及沼泽地软湿地航行的问题；弥补了传统湿地交通工具工作环境受限制等缺点，可广泛应用于治安巡逻、水文勘测、石油勘探、湿地保护、旅游观光等领域；为未来近海沼泽湿地的开发利用提供了可靠技术支撑。