技术领域
[0001] 本发明涉及船舶表面清洗技术领域，尤其涉及一种复合驱动的清洗装置。
相关背景技术
[0002] 近年来，随着全球海洋事业的蓬勃发展，水路货运量不断上升。船舶长期在水中航行，水中的藻类、藤壶等大面积附着在船体上，对船舶运输造成严重不良影响。一般情况下，因海洋生物的附着，导致船舶速度下降10％～50％，船舶要消耗更多的燃油以弥补速度的下降，极大的增加了运行成本，因此有必要对船舶表面进行定期清洗。
[0003] 目前，国内对船舶表面大多采用人工手持铲子或采用液压刮船器等工具对船舶表面进行清理，作业效率低，且容易伤船漆。国内有部分厂家生产了高压水驱动的空化射流清洗装置，但是旋转接头旋转速度、状态等都不可控，清洗效果难以保证。
具体实施方式
[0082] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
[0083] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0084] 全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
[0085] 本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。
[0086] 本发明的一个具体实施例，公开了一种复合驱动的清洗装置(以下简称清洗装置)，至少能够用于清洗船舶的表面。
[0087] 如图1～图24所示，所述清洗装置包括：
[0088] 供流组件1，被配置为至少能够为清洗装置提供用于清洗的高压流体；
[0089] N组清洗组件2，所述清洗组件2包括旋转轴21和喷管22，所述喷管22能够随所述旋转轴21同步转动；所述旋转轴21设有流体通道211，所述流体通道211分别与所述供流组件1、喷管22连通，以备高压流体经流体通道211由喷管22喷出，用于清洗待清洗表面；
[0090] N组驱动组件3，所述驱动组件3与所述清洗组件2一一对应设置，所述驱动组件3被配置为至少能够为所述旋转轴21提供部分驱动力，以及能够控制所述旋转轴21的转速；
[0091] 其中，N为整数，N≥1，所述高压流体与所述驱动组件3共同为所述旋转轴21提供旋转动力。
[0092] 本发明的清洗装置，一方面，通过驱动组件准确控制旋转轴(即喷管)的转速，能够避免因高压流体压力过大导致喷管转速过快而损坏清洁表面(如破坏船舶表面油漆)，又能够避免因高压流体压力太小导致喷管转速过慢而导致清洗效果不佳，保证清洗装置的清洗效果；另一方面，通过高压流体与驱动组件共同驱动旋转轴的转动，合理利用高压流体对喷管产生的驱动力，不仅节能减排更绿色环保，而且避免驱动组件体积过大增大清洗装置的配重和体积，降低清洗装置的使用范围和灵活度，如此是因为若仅通过驱动组件驱动旋转轴则需要功率极大的驱动组件，会导致驱动组件体重和体积均较大。
[0093] 所述驱动组件3和高压流体对旋转轴21的驱动效果包括两种情况：一种情况是驱动组件3和高压流体对旋转轴21的驱动力方向一致，另一种情况是驱动组件3和高压流体对旋转轴21的驱动力方向相反。具体地，仅通过高压流体对旋转轴21的驱动能达到的转速为流体驱动转速，当个流体驱动转速大于旋转轴21的预设转速时，驱动组件3和高压流体对旋转轴21的驱动力方向相反，即驱动组件3产生的驱动效果应为逆向驱动，也就是驱动组件3与高压流体对旋转轴21驱动相反，以避免因高压流体压力过大导致喷管转速过快而损坏清洁表面；当流体驱动转速小于等于旋转轴21的预设转速时，驱动组件3和高压流体对旋转轴21的驱动力方向一致，即驱动组件3产生的驱动效果应为正向驱动，也就是驱动组件3与高压流体对旋转轴21驱动同向，以保证清洗组件2的清洗组件的清洗效果。
[0094] 所述高压流体指压力在5MPa以上的流体，所述高压流体能够驱动旋转轴21带动喷管22旋转。优选地，高压流体的压力为6～300MPa。
[0095] 所述流体可以为水流、空化液体等，也可以是掺杂清洗剂等增强清洗效果的液体。
[0096] 所述供流组件1包括进流管11以及与所述进流管11连通的N个连通管12，所述连通管12的一端与所述进流管11连通，所述连通管12的另一端与所述清洗组件2的流体通道211连通，所述高压流体经进流管11由N个连通管12分别分配至N个清洗组件2(即连通管12与清洗组件2一一对应)内，高压流体进入流体通道211内，在高压流体与驱动组件3的共同作用下驱动旋转轴21进行转动，所述旋转轴21带动喷管22同步转动，以使旋转轴21的转速可被精确控制，使得清洗组件2的清洗效果可控。
[0097] 根据本发明的一种实施方式，所述进流管11通过分流件13与N个连通管12连接，以备将高压流体平均分配至N个连通管12内。即所述供流组件1包括分流件13，所述分流件13为N+1通连接件(示例性地，当N＝2时，分流件13为三通连接件)，所述分流件13包括主进口101以及N个与主进口101连通的分出口102。进流管11的一端与供给高压流体的机构连通，进流管11的另一端与主进口101连通。连通管12的一端与分出口102连通，连通管12的另一端与清洗组件2的流体通道211连通，以备将高压流体导入清洗组件2。
[0098] 需要说明的是，理想状态下，分流件13由主进口进入的高压流体被均分为N份，再分别从N个分出口102由连通管12导入清洗组件2中，但实际应用中，由于制造工艺、部件的损耗程度、连接差异等原因，导致连通管12内高压流体的压差可能有所不同。
[0099] N个分出口102、N个连通管12、N个清洗组件2、N个驱动组件3四者分别一一相适配连接。
[0100] 优选地，所述主进口101位于分流件13的顶部端面，所述分出口102位于分流件13的侧壁上。本实施例中，N＝2，即连通管12、分出口102、清洗组件2、驱动组件3的个数为两个。为使得供流组件1的结构更紧凑，两个分出口102位于同一侧壁上，且连通管12从分出口102呈半圆过渡至清洗组件2，即所述连通管12的形状为半圆管状。所述进流管11从主进口
101直线过渡至供给高压流体的机构，即进流管11的形状为直线型管状。
[0101] 所述分流件13设有分流腔，所述主进口101和分出口102与分流腔连通，高压流体由主进口101进入分流腔后，再由N个分出口102流入连通管12，所述分流腔使得高压流体更快捷地被分流进入N个连通管12。
[0102] 为方便对供流组件1进行检修，所述分流件13的侧壁设有连通分流腔的检测口，所述检测口可拆卸设有检修盖14，所述检修盖14与所述检测口密封连接，且与检测口的形状相适配。
[0103] 优选地，所述进流管11、连通管12分别与分流件13可拆卸连接，以便后期维护更换，且便于将供流组件1模块化。为避免高压流体外泄，所述进流管、连通管分别与分流件密封连接。
[0104] 根据本发明的一种实施方式，所述清洗组件2还包括清洗盘23和连接缸体24，所述清洗盘23罩设在所述喷管22上，所述连接缸体24与所述清洗盘23可拆卸连接，所述旋转轴21至少部分位于所述连接缸体24内，所述旋转轴21与所述连接缸体24转动连接，即所述旋转轴21相对所述连接缸体24能够转动。所述旋转轴21的一端与所述驱动组件3传动连接，以备驱动组件3驱动所述旋转轴21转动，所述旋转轴21的另一端伸入所述清洗盘23内与所述喷管22连接，以备所述喷管22随所述旋转轴21同步转动。
[0105] 清洗盘23设有用于装配喷管22的装配空间，旋转轴21在高压流体与驱动组件3的共同驱动下带动喷管在清洗盘内旋转，能够产生负压使清洗盘吸附在待清洗表面。
[0106] 具体地，所述连接缸体24设有第一腔体201以及与所述第一腔体201连通的进流口202，所述进流口202与所述连通管12连通，即所述连通管12通过所述进流口202与所述清洗组件2连通，高压流体由进流口202进入所述第一腔体201。
[0107] 所述旋转轴21设有至少一个流体进口212，以备连通所述第一腔体201和流体通道211，即高压流体通过流体进口212从所述第一腔体201进入所述流体通道211，也就是所述流体进口212分别与第一腔体201、流体通道211连通。所述流体进口212位于所述旋转轴21的侧壁，且位于所述第一腔体201内。优选地，所述旋转轴21设有多个流体进口212，且多个流体进口212均匀分布在所述旋转轴21侧壁的同一高度，以将第一腔体201内的高压流体快速导入所述流体通道211内。本实施例中，所述旋转轴21的侧壁上设有四个流体进口212。
[0108] 为保证高压流体快速进入旋转轴21的流体通道内，所述进流口202的位置与旋转轴21设有流体进口212的位置相对应，即所述流体进口212开设在旋转轴21与进流口202相对的位置上，一方面，方便高压流体快速进入流体通道211，另一方面，方便高压流体驱动旋转轴21的转动。
[0109] 所述第一腔体201设有供所述旋转轴21两端穿过的第一连接口203和第二连接口204，所述旋转轴21的侧壁分别与第一连接口203、第二连接口204动密封连接，在不影响旋转轴21转动的前提下，保证第一腔体201的密封性，避免高压流体外泄。所述旋转轴21的一端(首端)穿过第一连接口203与所述驱动组件3传动连接，所述旋转轴21的另一端(末端)穿过第二连接口204与喷管22连接。
[0110] 为提高清洗组件2的清洗效果，所述清洗组件2包括多个喷管22，所述旋转轴21的末端(即旋转轴21伸入清洗盘23内的一端)侧壁设有多个流体出口213，所述流体出口213的数量与所述喷管22的数量相同，所述喷管22通过流体出口213与所述流体通道211连通，即所述流体出口213与所述流体通道211连通。所述喷管22与所述流体出口213相配合，且两者一一对应，所述流体通道211内的高压流体通过流体出口213导入至所述喷管22内。本实施例中，所述喷管22的数量为三个，三个流体出口213均匀设置在旋转轴21末端的侧壁上。
[0111] 为保证高压流体的流动畅通，所述流体通道211的形状为直线型通道(优选圆柱形)，所述流体进口212和流体出口213的开口方向均与所述流体通道的中心线垂直，所述流体通道211与所述旋转轴21的中心线重合。
[0112] 为方便清洗组件2的装配、后期维护以及模块化设置，所述旋转轴21包括可拆卸连接的第一旋转部21a和第二旋转部21b，所述第一旋转部21a和第二旋转部21b设有供流体通过的通道，即第一旋转部21a和第二旋转部21b共同限位出所述流体通道211，所述流体进口212开设在所述第一旋转部21a的侧壁，所述流体出口213开设在所述第二旋转部21b的侧壁。所述第一旋转部21a位于所述第二旋转部21b的上方，即第一旋转部21a的下端与所述第二旋转部21b的上端可拆卸连接，且两者中心线相重合，以保证第一旋转部21a与第二旋转部21b同步转动。
[0113] 所述第一旋转部21a可拆卸设置在第一腔体201内，所述第一旋转部21a与第一腔体201转动连接。所述第一旋转部21a的一端穿过所述第一连接口203与驱动组件3传动连接，所述第一旋转部21a的侧壁设有与所述第一腔体连通的流体进口212，所述第一旋转部21a的另一端穿过所述第二连接口204伸入所述清洗盘23内与所述第二旋转部21b可拆卸连接，第一旋转部21a的侧壁分别与第一连接口203、第二连接口204动密封连接，所述驱动组件3、高压流体共同驱动第一旋转部21a转动。
[0114] 所述第二旋转部21b位于所述清洗盘23内，所述第二旋转部21b的顶端与所述第一旋转部21a可拆卸连接，以备第二旋转部21b随第一旋转部21a同步转动，所述流体出口213开设在所述第二旋转部的侧壁，以便与所述喷管22连接，使喷管22随第二旋转部21b同步转动。
[0115] 所述第一旋转部21a的侧壁通过轴承与所述第一连接口203、第二连接口204旋转连接，以保证第一旋转部21a相对连接缸体24旋转。所述连接缸体24的底部通过法兰盘与清洗盘23的顶壁可拆卸连接。
[0116] 为提高第一旋转部21a与第二旋转部21b之间的连接性能，所述第一旋转部21a设有与流体通道211贯通的装配孔214，所述装配孔214的直径大于流体通道211的直径，所述第一旋转部21a的侧壁与所述装配孔214相对应的位置设有第一连接凸起215。第二旋转部21b的顶端与所述装配孔214相配合，第二旋转部21b的顶端能够插入所述装配孔214内，所述第二旋转部21b的侧壁设有与所述第一连接凸起215相配合的第二连接凸起216，第二旋转部21b插入装配孔214后第一连接凸起215与第二连接凸起216相贴合，并进行可拆卸连接。
[0117] 所述第一连接凸起215和第二连接凸起216相对应的位置设有相配合的可拆卸连接部，示例性地，第一连接凸起215、第二连接凸起216分别设有螺纹孔，通过螺钉或螺栓将第一连接凸起215、第二连接凸起216可拆卸固定；或者，第一连接凸起215、第二连接凸起216中的一者上设有卡孔，另一者设有与卡孔相配合的卡扣，通孔卡扣和卡孔将第一连接凸起215、第二连接凸起216可拆卸固定。
[0118] 实际应用中，第一连接凸起215和第二连接凸起216只要能够实现将两者可拆卸连接的部件都可以，并不局限于上述两种连接方式。
[0119] 如此设置旋转轴21的结构，使得连接缸体24与第一旋转部21a作为一个模块，将第二旋转部21b与喷管22作为一个模块，将清洗盘23的上(外)下(内)分成两个可拆卸设置的模块，方便清洗组件2的装配、维护和部件更换。
[0120] 所述喷管22可以与所述第二旋转部21b可拆卸连接，方便后期维护换新。所述喷管22也可以与所述第二旋转部21b一体成型，以提高两者的连接强度，保证清洗组件2的清洗强度。
[0121] 为保证高压流体在输送过程中不被泄露，所述高压流体所致之处的任意部件间的连接均采用密封连接，例如，进流口与连通管连接处、第一旋转部与连接缸体的连接处、第一旋转部与第二旋转部的连接处、喷管与第二旋转部的连接处等均采用密封连接，其中第一旋转部与连接缸体的连接处采用动密封连接，以同时保证第一旋转部的转动流畅度。
[0122] 为方便驱动组件3驱动旋转轴21，所述旋转轴21的顶部设有与驱动组件3的驱动轴31相配合的卡槽217，所述卡槽217的形状为非圆柱形，即所述卡槽217的横截面为非圆形，以保证驱动轴能够驱动所述旋转轴21同步转动。本实施例中，所述卡槽217包括圆柱槽217a以及与圆柱槽217a贯通的凸起槽217b，即所述凸起槽217b设置于所述圆柱槽217a的侧壁上。
[0123] 根据本发明的一种实施方式，所述驱动组件3包括驱动电机32、电机舱33、传动舱34和驱动轴31，所述驱动电机32位于所述电机舱33内，所述驱动轴31位于所述传动舱34内，所述传动舱34与所述电机舱33可拆卸连接。所述驱动电机32的输出轴321从所述电机舱33穿出伸入所述传动舱34内与所述驱动轴31可拆卸连接。所述驱动轴31的一端与所述输出轴
321传动连接，以备实现驱动电机32通过输出轴321驱动所述驱动轴31转动，所述驱动轴32的一端从所述传动舱34穿出与所述旋转轴21传动连接，以备旋转轴21随所述驱动轴32同步转动。
[0124] 所述输出轴321与所述电机舱33转动连接，所述电机舱33设有供所述输出轴321穿出的第一连通口，所述输出轴321的侧壁与所述第一连通口转动连接，示例性地，所述输出轴321通过轴承实现与电机舱33转动连接。
[0125] 所述驱动轴31与所述传动舱34转动连接，所述传动舱34设有供驱动轴31两端穿出的第二连通口和第二连通口，所述驱动轴31的侧壁分别与所述第一连通口、第二连通口转动连接，示例性地，所述驱动轴31通过多个轴承实现与传动舱34转动连接。
[0126] 所述电机舱33位于所述传动舱34上方，即所述电机舱33的底端与所述传动舱34的顶端可拆卸连接，示例性地，两者通过法兰盘实现可拆卸连接。所述输出轴321、第一连通口、驱动轴31、第二连通口、第三连通口的中心线相重合。
[0127] 所述驱动轴31的一端设有与所述输出轴321相配合的卡槽部311，所述驱动轴31的另一端设有与所述卡槽217相配合的插接部312。所述插接部312包括圆柱部312a和凸起部312b，所述凸起部321b位于所述圆柱部312a的侧壁，且圆柱部312a与圆柱槽217a相配合，凸起部312b与凸起槽217b相配合，以备插接部312能够正好插入卡槽217，使得驱动轴31能够带动旋转轴21同步转动。
[0128] 所述卡槽部311的形状与所述卡槽217的形状相同，所述输出轴321插入卡槽部311内部分的形状与插接部312的形状相同，在此不再赘述。
[0129] 所述电机舱33和传动舱34为水密舱，即输出轴与电机舱之间采用动密封连接，驱动轴与传动舱之间采用动密封连接。
[0130] 示例性地，本发明采用H型油封或格莱圈等作为动密封，以确保在水下工作时电机得到有效防护，以及高压流体不外渗。
[0131] 为保证电机舱33的气密性，所述电机舱33的顶部设有充气阀，所述充气阀被配置为至少能够向所述电机舱33充入预设压力的气体，当电机舱出现密封不良的情况时，舱内的高压气体可在一定程度上减少外部海水进入舱体内。
[0132] 优选地，所述电机舱33内还设有温湿度传感器，所述温湿度传感器被配置为能够检测电机舱33内的温度和湿度，并将检测到的温度和湿度数据上传至清洗装置的控制器或/和清洗装置的上位机，控制器通过检测到的温度和湿度数据判断电机舱是否漏水，当判断为电机舱漏水后，控制器及时发出警报信号，以提醒工作人员停止清洗装置的清洗工作进行检修。
[0133] 优选地，所述驱动电机32为伺服电机，或者，驱动电机32上带有转速反馈的编码器，能够将其输出轴转速反馈至控制器或/和上位机，当反馈的转速与预设转速相差超过预设差值时，则说明清洗盘内可能进入异物或者其他异常，需使用者及时检修，以避免正常的清洗作业。
[0134] 为方便清洗装置装配至水下清洗机器人等需要清洗装置的机构上，所述清洗装置还包括连接主梁4，所述连接主梁4被配置为能够将所述供流组件1、N组清洗组件2和N组驱动组件3装配至水下清洗机器人等需要清洗装置的机构上。具体地，所述连接主梁4包括中央装配部41和N个支装配部42，所述支装配部42均匀布置在中央装配部41的外侧，且N个支装配部42与中央装配部41的距离相同。
[0135] 所述供流组件1可拆卸安装于中央装配部41。N组清洗组件2、N组驱动组件3分别一一相对设置在N个支装配部42，即一个支装配部42的两侧分别安装一组清洗组件2和一组驱动组件3，且驱动轴31穿过支装配部42与旋转轴21传动连接，故支装配部42设有供驱动组件3和清洗组件2传动连接的窗口401。
[0136] 优选地，所述供流组件1的分流件13可拆卸设置在中央装配部41的下方。所述驱动组件3、清洗组件2分设在所述支装配部42的上下两侧，即驱动组件3的传动舱34可拆卸设置在支装配部42的上方，清洗组件2的连接缸体24可拆卸设置在支装配部42的下方。所述驱动轴31的插接部312穿过窗口401插入旋转轴21的卡槽217内，以便实现驱动组件3对清洗组件2的驱动。示例性地，所述传动舱34的底部、连接缸体24顶部分别通过法兰盘与支装配部42可拆卸连接。
[0137] 优选地，所述传动舱34、连接缸体24与支装配部42采用密封连接。
[0138] 所述中央装配部41和N个支装配部42通过主梁框架43连接，以使清洗装置的结构更加稳固。示例性地，当N＝2时，所述主梁框架43的形状为直线型框架，两个支装配部42位于主梁框架43的两端，所述中央装配部41位于主梁框架43的中央下方。当N＝3时，所述主梁框架43的外轮廓形状为正三角形框架，内骨架包括三个加强筋，加强筋连接正三角的中心和某个角，即由中心延伸至三个角形成内骨架，中央装配部41位于中心点，支装配部42分设在三个角处。以此类推，所述主梁框架43的外轮廓形状为正N边形框架，内骨架包括N个加强筋，加强筋连接中心和某个角，中央装配部41位于中心点，支装配部42分设在N个角处。优选地，N＝∈[2,4]。
[0139] 本实施例中，所述清洗装置通过支装配部42可拆卸安装在水下清洗机器人等需要清洗装置的机构上，具体地，所述支装配部42与水下清洗机器人等需要清洗装置的机构的主体框架可拆卸连接，所述支装配部42在窗口401两侧延伸出连接凸起421，通过连接凸起421与主体框架实现可拆卸连接。为控制清洗盘23与待清洗面之间的距离，所述连接凸起
421与主体框架之间设有至少一个垫块44，所述垫块44可以为同一厚度，通过调整两者之间的垫块44的数量来调整清洗盘23与待清洗面之间的距离；所述垫块44也可以为不同厚度，通过调整两者之间的垫块44的数量和/或厚度来调整清洗盘23与待清洗面之间的距离。本实施例中，垫块44设有三种厚度，分别为2mm、5mm、10mm，通过不同垫片的组合可得到不同的高度，从而调整清洗靶距。
[0140] 为方便控制所有清洗组件的清洗效果，所述清洗装置还包括控制器，所述控制器与N个清洗组件的电机电性连接，所述控制器被配置为至少能够同时控制N个清洗组件2的电机的转速，如此设置，能够使得所有清洗组件2的喷管旋转速度相同，进而保证所有清洗组件2的吸附和清洗效果一样。
[0141] 所述控制器可以单独设置在连接主梁4上，也可以将控制器集成到水下清洗机器人等需要清洗装置的机构上，以便使用者操作。
[0142] 相比于单纯靠高压水驱动的清洗装置，本发明的复合驱动的清洗装置，至少具有以下有益效果之一：
[0143] (1)单纯靠高压水驱动喷管旋转，如果需要喷管旋转具有较高的速度，则需要增大喷嘴直径，从而加大泵组的功率和体积，以增大喷嘴直径提高喷管旋转速度的方式不但会造成能源浪费，还增加了设备整体的体积及重量。本发明的清洗装置体积小，重量轻，还可以节省能耗。以高压水驱动喷管旋转作为主要驱动力，用于克服喷管旋转时机械摩擦力、水中阻力，以带转速反馈的驱动电机作为辅助驱动力，可以使喷管具有更高的旋转速度，清洗作业时喷管旋转速度越高空化清洗装置吸附力越大，清洗效果也越好。
[0144] (2)单纯靠高压水驱动喷杆旋转，由于两个空化清洗组件供水压力及密封件磨损程度可能存在差别会造成两侧清洗组件里的喷管旋转速度不一致，从而导致吸附力不同，清洗效果也不同。本发明的清洗装置，驱动电机提供的驱动力可以平衡两侧喷管的驱动力，使其转速相对一致，从而保证吸附力及清洗效果一致。
[0145] (3)单纯靠高压水驱动喷管旋转，喷管在水下的状态没有反馈，例如一侧喷管和空化盘之间卡上海蛎子等异物，导致喷管不能旋转而影响清洗效果。本发明的清洗装置，由于驱动电机能够反馈转速，结合上位机或/和控制器可实时监测喷管旋转速度，对于异常情况可进行及时处理，避免影响正常的清洗作业。
[0146] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
