【摘 要】
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船舶在航行一段时间后,船身水下部分就会附着大量海洋生物。这层生物附着物会导致航速降低、油耗增加等一系列弊害。常见的进坞清洗和手工清洗方式一般具有工期长、费用高和危险性高等缺点,为此研发高效、经济和安全的清洗船舶的水下机器人越来越被重视。本文设计开发了一款船舶清洗水下清洗机器人样机,首先在确定清洗作业对象后进行清洗率和阻力矩研究,其次根据清洗率和阻力矩研究结果指导机器人样机设计,然后对机器人样机进行
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船舶在航行一段时间后,船身水下部分就会附着大量海洋生物。这层生物附着物会导致航速降低、油耗增加等一系列弊害。常见的进坞清洗和手工清洗方式一般具有工期长、费用高和危险性高等缺点,为此研发高效、经济和安全的清洗船舶的水下机器人越来越被重视。本文设计开发了一款船舶清洗水下清洗机器人样机,首先在确定清洗作业对象后进行清洗率和阻力矩研究,其次根据清洗率和阻力矩研究结果指导机器人样机设计,然后对机器人样机进行水动力和运动学关系研究,最后进行实验,验证清洗率研究的正确性和机器人样机的可应用性。本文主要研究内容为:（1）刷盘清洗方式的清洗率和阻力矩研究。首先对船舶附着生物的种类和数量进行调研,对主要附着生物的附着情况进行分析,确定藤壶作为清洗作业的主要研究对象;其次对藤壶与刷毛的相互作用关系进行研究,结合藤壶和刷毛的物理特征,得到清洗率与各因素的关系,即清洗率与刷盘半径、转速和刷毛刚度呈正相关,清洗率与刷盘压力呈负相关;最后结合藤壶与刷毛相互作用关系和刷盘在水下贴合船壁旋转的阻力矩,得到刷盘在水下作业时所受阻力矩。（2）船舶清洗机器人样机设计。首先确定本文机器人的工作方式机器人总体方案;其次对机器人各个部件进行介绍和设计,并最终得到机器人样机;最后对主要部件进行了结构可靠性校核,对机器人样机的可靠性进行验证。（3）船舶清洗机器人样机水动力和运动学关系分析。首先对机器人样机所使用的推进器进行水动力性能分析,获得推进器在不同流速下不同转速是的推力值;其次对机器人样机建立运动学方程,并进行水动力性能分析,求得机器人样机在悬浮和贴壁工作状态下不同航速与阻力的关系,同时考虑到船壁和附着生物对刷盘的反作用力,求得机器人在悬浮和贴壁工作状态下的运动学关系;最后对机器人样机在悬浮和贴壁工作时的压力流场进行分析,验证机器人样机结构合理性和运动稳定性。（4）船舶清洗机器人样机实验。首先对机器人主要部件进行气密性实验和压力实验,验证机器人样机机械结构的可靠性;其次对推进器的推力性能进行实验,证得推进器性能满足使用要求;最后通过清洗率实验计算得到清洗率与计算得到的清洗率相近性,并对实验出现起一点进行分析,确定机器人样机在额定转速下清洗率大于98.0%,结合分析清洗后的表面效果,确定了机器人样机的清洗能力能够达到HPW2级,验证了机器人样机的可应用性和清洗能力。
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