一种水下仿生叶轮制造技术

本发明专利技术公开了一种水下仿生叶轮，包括位于水下的滚筒（1），所述滚筒（1）的外壁周向均匀铰接有若干仿生轮叶，所述仿生轮叶包括若干首尾相互铰接的板型骨料（2），所述板型骨料（2）的正面连有浮体（3），反面连有挖泥犁（5）。本发明专利技术提供的一种水下仿生叶轮，仿生叶轮是仿制人类游泳时手指张开和收拢的过程，仿生轮叶位于滚筒上方迎水面时，伸展最大面积接受水流冲力，仿生轮叶位于滚筒下方背水面时，收拢于滚筒上，减小水流阻力；仿生轮叶在滚筒下部呈卷曲姿势，其背面的挖泥犁始终与河底淤泥面接触，持续将河底淤泥搅起，提高工作效率。

Underwater Bionic impeller

The invention discloses an Underwater Bionic impeller, including the drum under water (1), the roller (1) of the outer circumferential uniform is hinged with some bionic blades, the bionic blade includes both hinged plate aggregate number (2), the plate (2) of the aggregate is connected with a floating body (3), opposite with dredging plough (5). The invention provides an Underwater Bionic bionic impeller, the impeller is the process of the fingers open and folding the imitation of human swimming, bionic blade in drum above the water face, stretching the largest area to accept the current momentum, the bionic blade is located below the drum surface, folded in the drum, reducing water resistance; bionic wheel leaves were curled posture in the lower part of the drum, the back of the plough dredging and river bottom silt mud always contact, continue to stir up the silt, improve work efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种水下仿生叶轮
本专利技术涉及一种水下叶轮，尤其涉及一种用于清除河道内淤积泥沙的水下仿生叶轮，属于水利机械

技术介绍
普通清淤水车由轮叶、轮毂、轴承、支架、挖泥装置、驱动装置和移动底盘组成，轮叶、轮毂、轴承安装在支架上，支架固定在底盘上。普通清淤水车的轴承位于水面以上，由于河道水流具有上层流速大、下层流速小的垂向流速分布特征，上层快速水流对水车轮叶的作用力矩小，安装于水车轮叶的叶稍位置处的挖泥装置力臂长，所产生的挖泥阻力力矩大，导致普通清淤水车清淤效率低下。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种位于水下，可将水流对上部轮叶的冲力全部转化为下部轮叶的挖泥力，挖泥力大的水下仿生叶轮；进一步地，本专利技术提供一种板型骨料可自动伸展和卷曲的水下仿生叶轮。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种水下仿生叶轮，包括位于水下的滚筒，所述滚筒的外壁周向均匀铰接有若干仿生轮叶，所述仿生轮叶包括若干首尾相互铰接的板型骨料，所述板型骨料的正面连有浮体，反面连有挖泥犁。所述铰接包括通过弹簧铰链连接。所述弹簧铰链包括连接轴，所述连接轴两侧分别连有上连接板和下连接板，所述上连接板与一个所述板型骨料的尾端固定连接，所述下连接板与另一个所述板型骨料的首端固定连接，所述连接轴上套有弹簧，所述弹簧的两端均设置有向所述连接轴径向延伸的弹性支撑杆，两所述弹性支撑杆方向相反。所述上连接板和下连接板均连于所述板型骨料的正面。所述仿生轮叶的长度为所述滚筒周长的1/4。所述板型骨料的材质包括钢。所述仿生轮叶的个数为至少4个。每个所述仿生轮叶均包括至少3个板型骨料。本专利技术的有益效果在于：(1)仿生学应用：本专利技术的仿生叶轮是仿制人类游泳时手指张开和收拢的过程，仿生轮叶位于滚筒上方迎水面时，伸展最大面积接受水流冲力，仿生轮叶位于滚筒下方背水面时，收拢于滚筒上，减小水流阻力。(2)获得最大动力矩：水车的滚筒潜入水下，上部仿生轮叶伸展，使河道水流的最大冲力与仿生轮叶的最长力臂相应，从而得到上部仿生轮叶的最大动量矩，提高了水流利用率，实现了四两拨千斤之功。(3)最小化阻力矩：水车的滚筒潜入水下，下部仿生轮叶在滚筒下部呈卷曲姿势，力臂短，挖泥阻力力矩小；且下层小流速的冲力作用小，卷曲的下部仿生轮叶受力面积小，减小了水流阻力力矩。(4)持续掏挖清淤：仿生轮叶在滚筒下部呈卷曲姿势，其背面的挖泥犁始终与河底淤泥面接触，持续将河底淤泥搅起，提高工作效率。(5)板型骨料之间设置弹簧链接，无需施加外力即可实现板型骨料随着滚筒转动自动伸展和卷曲。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中弹簧铰链的结构示意图；图3为本专利技术的受力分析图；图4为现有水车的受力分析图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1～图2所示，一种水下仿生叶轮，是一种将类似于手指关节的机构运用于水下的仿生叶轮，它包括滚筒1、板型骨料2、浮体3、弹簧铰链4和挖泥犁5等。滚筒1位于水下，所述滚筒1的外壁周向均匀铰接有4个仿生轮叶，每个所述仿生轮叶均包括3个首尾相互铰接的板型骨料2，所述板型骨料2的正面连有浮体3，反面连有挖泥犁5。所述铰接为通过弹簧铰链4连接。所述弹簧铰链4包括连接轴7，所述连接轴7两侧分别连有上连接板8和下连接板9，所述上连接板8与一个所述板型骨料2的尾端固定连接，所述下连接板与另一个所述板型骨料2的首端固定连接，每个所述连接轴7上均套有2个弹簧6，每个所述弹簧6的两端均设置有向所述连接轴7径向延伸的弹性支撑杆10，两所述弹性支撑杆10方向相反。所述上连接板8和下连接板9均连于所述板型骨料2的正面，所述板型骨料2的正面为迎水面。所述仿生轮叶的长度为所述滚筒1周长的1/4。所述板型骨料2的材质优选为钢。本专利技术在使用时沉没于水中，利用河道水流上层流速大、下层流速小的垂向流速分布特征，仿生叶轮上部的轮叶为展开姿势，受力面积大，力臂长，受上层大流速的冲力作用大，产生的动量矩大，具有四两拨千斤之功效。仿生叶轮下部的轮叶为卷曲姿势，下层小流速的冲力作用小，且卷曲的轮叶受力面积小，力臂短，水流阻力产生的阻力动量矩小。安装于仿生轮叶上的浮体3、弹簧铰链4在转过滚筒1最低点后，受水体浮力和弹簧铰链4弹簧力的作用，迅速伸展，迎着水流，获得最大的冲击动力。本专利技术在受水流冲力作用下而转动滚筒1，仿生轮叶位于下部时卷曲在滚筒1上，仿生轮叶背面的挖泥犁5，搅起河床泥沙悬浮混入于水中，之后随流水输送到河流下游，直至河口。如图4所示，现有水车的受力分析如下：现有水车半径R，轴承半径为r，水冲力F1，摩擦力f，挖泥力F3，水面在轴承下H位置。则有：F1*(R+H)*0.5＝f*r+F3*R，整理后得：如H很小，即水面越接近轴承，并忽略摩擦力时，现有水车的挖泥力F3约为水冲力F1的一半。而如果H很大(H总是小于R)，即水面远离轴承时，此时需要建造大型水车才能实现，而建造大型水车的成本高，而且F3永远小于F1。如图3所示，本专利技术的仿生叶轮受力分析如下：本专利技术的仿生叶轮全部在水下运行，滚筒1半径R，滚筒1周长L，仿生轮叶的长度为滚筒1周长的四分之一，本专利技术所受动力有水流冲力动力F1，浮力动力F2，挖泥阻力F3，摩擦力f。将滚筒1和仿生叶轮综合比重设计为1时，其在水中的重量为0，摩擦力f可以忽略不计。在图3所示位置，其受力分析为：(F1+F2)×(0.25πR+R)＝(F2+F3+F2*0.707)*R，整理后得：1.785F1+1.785F2＝1.707F2+F3，再整理后得：F3＝1.785F1+0.08F2，由上式可见，本专利技术的挖泥力F3约为水流冲力F1的1.78倍，水面流速大，水流对上部仿生轮叶的冲力全部转化为下部仿生轮叶的挖泥力。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下仿生叶轮，其特征在于：包括位于水下的滚筒（1），所述滚筒（1）的外壁周向均匀铰接有若干仿生轮叶，所述仿生轮叶包括若干首尾相互铰接的板型骨料（2），所述板型骨料（2）的正面连有浮体（3），反面连有挖泥犁（5）。

【技术特征摘要】
1.一种水下仿生叶轮，其特征在于：包括位于水下的滚筒（1），所述滚筒（1）的外壁周向均匀铰接有若干仿生轮叶，所述仿生轮叶包括若干首尾相互铰接的板型骨料（2），所述板型骨料（2）的正面连有浮体（3），反面连有挖泥犁（5）。2.根据权利要求1所述的一种水下仿生叶轮，其特征在于：所述铰接包括通过弹簧铰链（4）连接。3.根据权利要求2所述的一种水下仿生叶轮，其特征在于：所述弹簧铰链（4）包括连接轴（7），所述连接轴（7）两侧分别连有上连接板（8）和下连接板（9），所述上连接板（8）与一个所述板型骨料（2）的尾端固定连接，所述下连接板与另一个所述板型骨料（2）的首端固定连接，所述连接轴（7）上套有弹簧（6）...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒大兴，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32