CN107792312B - 一种计算机控制船舶抗摇摆的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计算机控制船舶抗摇摆的装置及方法，包括船体，所述船体底部设置凹槽，所述凹槽内通过升降机构设有调整块，所述船体两侧分别通过滑动密封机构设有门字形支架，所述滑动密封机构为设置在船体两侧的通孔和位于通孔内的密封圈，所述船体内设有将支架推出的电动推杆，所述支架上设有气囊，所述气囊通过高压输气管连接压缩机，所述电动推杆、升降机构和压缩机均与微型计算机连接，所述升降机构为剪叉式电动升降机构，本发明的装置能够在遇有风浪或船体失衡的情况下，有效地防止摇摆和侧翻，保证船舶行驶安全，装置耐用使用寿命长。

Description

一种计算机控制船舶抗摇摆的装置及方法
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种计算机控制船舶抗摇摆的装置及方法。
背景技术
船舶的摇摆，可能产生六个自由度的运动即：横荡，纵荡，艏摇，横摇，纵摇，垂荡。船舶在外力作用下，即在风浪作用下作周期性的左右横摇和前后摇摆的运动，称为摇摆性。船舶摇摆性是一种有害的性能，剧烈的摇荡会抗低航速，造成货损，损坏船体和机器，使旅客晕船，影响船员生活和工作等。晕船时感觉上腹不适，继有恶心、面色苍白、出冷汗，旋即有眩晕、精神抑郁、唾液分泌增多和呕吐等反应。因此，抗低船舶航行中摇摆十分必要。
现有技术中，为了船身的稳定性，大多会在船舶上设置有抗摇摆的结构，如侧龙骨、稳定翼及陀螺仪等结构，通过上述的结构可以对船身起到的稳定效果，避免船体航 行的过程中发生不稳定的情况。抗摇摆装置的侧龙骨固定于船体上，航行时相对增加水下的阻力，另外，稳定翼的 装置安装后也会相对凸出于船体之外，因为无法收回，航行时亦相对于水面下产生阻力，而稳定翼越大，抗摇摆的效果越好，但是过大的稳定翼也常造成船舶停靠码头时发生碰撞毁损的情况，更为重要的是侧龙骨不耐用，使用寿命短，稳定效果差，性能不稳定。
发明内容
本发明所要解决的问题在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种计算机控制船舶抗摇摆的装置及方法，能够在遇有风浪或船体失衡的情况下，有效地防止摇摆和侧翻，保证船舶行驶安全，装置耐用使用寿命长。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种计算机控制船舶抗摇摆的装置，包括船体，所述船体底部设置凹槽，所述凹槽内通过升降机构设有调整块，所述船体两侧分别通过滑动密封机构设有门字形支架，所述滑动密封机构为设置在船体两侧的通孔和位于通孔内的密封圈，所述船体内设有将支架推出的电动推杆，所述支架上设有气囊，所述气囊通过高压输气管连接压缩机，所述电动推杆、升降机构和压缩机均与微型计算机连接。
进一步的，所述升降机构为剪叉式电动升降机构。
进一步的，所述调整块采用纺锤状结构。
进一步的，所述调整块两侧为平面结构。
进一步的，所述支撑机构和调整块均为不锈钢耐腐蚀材料件。
进一步的，所述调整块设置抗摇摆调节机构，所述抗摇摆调节机构包括中空结构的调整块、设置在调整块内的下压缩机和设置在调整块上的排气电磁阀。
进一步的，所述支架与气囊通过滑动机构连接。
进一步的，所述滑动机构包括套装在支架上横杆和下横杆上的若干个滑块，所述气囊上侧和下侧均与滑块固定。
进一步的，所述气囊右侧边与支架的竖杆固定连接。
进一步的，高压输气管设置控制阀和泄压放气机构。
进一步的，所述气囊设置压力传感器。
进一步的，所述船体上设有传感陀螺仪，所述传感陀螺仪与微型计算机连接。
进一步的，微型计算机可采用PLC可编程控制器。
一种计算机控制船舶稳定航行的方法，包括以下步骤：当船体发生摇摆时，微型计算机控制剪叉式升降件伸开，带动调整块向下移动，直到船体平稳；
若剪叉式升降件伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作将水带入调整块内从而调节配种块的重量，通过调节调整块的重量，当船体稳定后，微型计算机关闭电磁阀；当船舶行驶到平静水面，微型计算机控制控制剪叉式升降件收缩，使调整块位于船体凹槽内，此时微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作使调整块内压力增大将调整块内水排出；
若调整块内灌满水后，调整块达到最大重量，且剪叉式升降件伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，此时微型计算机控制两个电动推杆工作，将门字形支架推出船体，微型计算机控制压缩机工作，压缩机将两气囊迅速充气，由此加大船舶的浮力，同时门字形支架能够起到良好的支撑作用，防止气囊弯曲，能够增大气囊与水的接触面积，使船体平稳。
当船体向右侧倾斜时,压缩机右侧气囊充气后，通过微型计算机控制船体右侧的支架伸出，直到船体不倾斜。
所述不锈钢耐腐蚀材料件的化学成分为：0.02-0.04%的C、0.2-0.5%的Si、1.5-2%的Mn、0.01-0.04%的P、0.001-0.003%的S、10-16%的Cr、3-5%的Ni、0.5-3.5%的Mo、0.1-0.5%的Ti、3.5-4%的W、0.5-1%的Nb余量为Fe。
所述密封橡胶圈采用专用耐磨抗压防水材料制成，其是由下述重量份的原料制成的：天然橡胶80-100份，顺丁胶 20-25份，高耐磨碳黑2-3份，纳米级白刚玉 20-30份，纳米氧化钛 2-4 份，钢化纤维 10-12 份，轻质碳酸钙 30-35份，石蜡油 10-15份，微晶石蜡 1-2份，环烷基橡胶油 1-4份，醋酸乙烯树脂4-6份，氧化镁 2-4份，硬脂酸 0.5-0.8份， 腰果壳油 0.7-1.8份，聚丙烯 3-5份，柠檬酸三丁酯 2-3份，促进剂 TMTD 0.9-1.2份，防老剂RD1.3-1.6份，防老剂 NBC 0.3-0.6份。
本发明的有益效果是：
1）本发明的计算机控制船舶稳定航行装置在船体的底部设置凹槽，在船体发生沉浮摇摆及摇摆时，调整块可以对摇摆的幅度起到阻尼作用，使船体逐渐趋于平稳，进而可以防止船体的侧翻；更为重要的是船体在平静的水面行驶时，调整块位于凹槽内，不会对船体形成阻力，船体运行稳定节能。
2)在调整块两侧可设置平面，既可减小调整块对船舶行进的阻力，在船体摇摆带动调整块左右摆动时，平面结构在水体中可以产生更大的阻力，对消除摇摆发挥更好的作用。
3）升降机构为剪叉式电动升降机构，则可通过微型计算机控制液压缸工作，带动剪叉式升降件伸长或收缩，控制调整块的吃水深度，以适应不同深度水区的航行，获得较佳的防摇摆效果，且具有结构简单，操作方便，可靠性强等优点。
4）调整块设置抗摇摆调节机构，在通过电动调节调整块的吃水深度的同时，调整块为中空结构，微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作将水带入调整块内从而调节配种块的重量，在调整块达到最大吃水深度后，通过调节调整块的重量，调整块升降机构和摇摆调节两者起到良好的协同作用，从而使船舶运行更加稳定；当船舶行驶到平静水面，微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作使调整块内压力增大将调整块内水排出，中空结构的配种块一方面能够增加船体的浮力，另一方面能够起到良好的抗摇摆作用；更为重要的是本发明的船体两侧各设置一个门字形滑动支架，支架内设置气囊，在上述装置无法控制船舶摇摆时，通过将支架伸出，气囊充气向下膨胀与水面接触，增大了气囊与水的接触面，两边的气囊与下部的调整块起到良好的协同作用使船体稳定，更为重要的是在船舶航行中遇到容易侧翻沉没的险情时，通过调节支架向外伸出的长度，从而调节两边的浮力，使船体不倾斜，门字形支架能够起到良好的支撑作用，防止气囊弯曲，能够增大气囊与水的接触面积，即能有效地防止船体的侧翻或沉没，保证人身和设备的安全和船舶的正常行驶。采用压缩机可以实现气囊的快速充气，在几十秒内即可充满，且将压缩机设置在船体底部的空腔内并加以固定，不仅可以减少有效空间的占用，还可增加船体最下部的重量，加大船体的平衡稳定性；船体两侧通过凹槽的设置，在船舶航行正常环境下可将气囊压缩折叠存放在该凹槽内，可以避免气囊散乱给船舶航行带来的阻力和船舶动力的无效消耗；在不使用时，门字形支架滑入船体，气囊重叠在一起，减少船体阻力；本发明的应急装置具有结构简单、制做方便、成本低廉、可靠性强等优点，适用于游船、渡船及货船等各类船只的应用当船体发生倾斜时。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明侧视结构示意图；
图3是本发明的滑动密封机构结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例一：如图1、2、3所示，一种计算机控制船舶抗摇摆的装置，包括船体4，所述船体4底部设置凹槽17，所述凹槽17内通过升降机构13设有调整块16，所述船体4两侧分别通过滑动密封机构设有门字形支架1，所述滑动密封机构为设置在船体两侧的通孔和位于通孔内的密封圈22，门字形支架1穿过船体4两侧的通孔与密封圈滑动连接，门子形支架穿过后通过连杆固定，形成矩形框，密封圈套在支架横杆上起到良好的密封作用，所述船体4内设有将支架1推出的电动推杆19，所述支架1上设有气囊3，所述气囊3通过高压输气管5连接压缩机8，所述电动推杆19、升降机构13和压缩机8均与微型计算机20连接。
所述升降机构13为剪叉式电动升降机构，则可通过微型计算机控制液压缸18工作，带动剪叉式升降件伸长或收缩，控制调整块的吃水深度。
所述调整块16采用纺锤状结构，减少运行阻力。
所述调整块16两侧为平面结构，这种结构既可减小调整块对船舶行进的阻力，特别是在船体摇摆带动调整块左右摆动时，平面结构在水中可以产生更大的阻力，对消除摇摆发挥更好的作用。
所述调整块16和升降机构均为不锈钢耐腐蚀材料件。
所述调整块设置抗摇摆调节机构，所述抗摇摆调节机构包括中空结构的调整块16、设置在调整块内的下压缩机14和设置在调整块16上的排气电磁阀15。
所述支架1与气囊3通过滑动机构连接。
所述滑动机构包括套装在支架上横杆10和下横杆11上的若干个滑块2，所述气囊上侧和下侧均与滑块2固定。
所述气囊3右侧边与支架的竖12杆固定连接。
高压输气管5设置控制阀7和泄压放气机构。
所述气囊设置压力传感器6。
所述上横杆为中空结构，上横杆一端与气囊连通，另一端与高压输气管连接，输气管不用搭在船体上，使用更加方便美观。
一种计算机控制船舶稳定航行的方法，包括以下步骤：当船体发生摇摆时，微型计算机控制剪叉式升降件伸开，带动调整块向下移动，直到船体平稳；
若剪叉式升降件伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作将水带入调整块内从而调节配种块的重量，通过调节调整块的重量，当船体稳定后，微型计算机关闭电磁阀；当船舶行驶到平静水面，微型计算机控制控制剪叉式升降件收缩，使调整块位于船体凹槽内，此时微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作使调整块内压力增大将调整块内水排出；
若调整块内灌满水后，调整块达到最大重量，且剪叉式升降件伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，此时微型计算机控制两个电动推杆工作，将门字形支架推出船体，微型计算机控制压缩机工作，压缩机将两气囊迅速充气，由此加大船舶的浮力，同时门字形支架能够起到良好的支撑作用，防止气囊弯曲，能够增大气囊与水的接触面积，使船体平稳。
当船体向右侧倾斜时,压缩机工作右侧气囊充气后，通过微型计算机控制船体右侧的支架伸出，直到船体不倾斜。
实施例二：作为实施例一的改进，所述船体上设有传感陀螺仪21，所述传感陀螺仪21与微型计算机20连接，微型计算机可采用PLC可编程控制器，PLC可编程控制器成本低，性能稳定。
一种计算机控制船舶稳定航行的方法，包括以下步骤：当船体发生摇摆时，传感陀螺仪将船体摆动信息传输给微型计算机，微型计算机控制剪叉式升降件伸开，带动调整块向下移动，直到船体平稳；
若剪叉式升降件伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，传感陀螺仪将船体摆动信息传输给微型计算机，微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作将水带入调整块内从而调节配种块的重量，通过调节调整块的重量，当船体稳定后，微型计算机关闭电磁阀；当船舶行驶到平静水面，微型计算机控制控制剪叉式升降件收缩，使调整块位于船体凹槽内，此时微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作使调整块内压力增大将调整块内水排出；
若调整块内灌满水后，调整块达到最大重量，且剪叉式升降件伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，传感陀螺仪将船体摆动信息传输给微型计算机，此时微型计算机控制两个电动推杆工作，将门字形支架推出船体，微型计算机控制压缩机工作，压缩机将两气囊迅速充气，由此加大船舶的浮力，同时门字形支架能够起到良好的支撑作用，防止气囊弯曲，能够增大气囊与水的接触面积，使船体平稳。
当船体向右侧倾斜时,传感陀螺仪将船体摆动信息传输给微型计算机，压缩机工作右侧气囊充气后，通过微型计算机控制船体右侧的支架伸出，直到船体不倾斜。实现自动控制船体平稳航行。
实施例三与实施例一的区别为：所述不锈钢耐腐蚀材料件的化学成分为：0.02%的C、0.2%的Si、1.5%的Mn、0.01%的P、0.001%的S、10%的Cr、3%的Ni、0.5%的Mo、0.1%的Ti、3.5%的W、0.5%的Nb余量为Fe，下压缩机可设置在船舱内，通过高压输气管与调整块连通，便于维护。
实施例四与实施例一的区别是：所述不锈钢耐腐蚀材料件的化学成分为：0.03%的C、0.3%的Si、1.8%的Mn、0.002%的P、0.002%的S、13%的Cr、4%的Ni、2.5%的Mo、0.3%的Ti、3.7%的W、0.8%的Nb余量为Fe。
实施例五与实施例一的区别是：所述不锈钢耐腐蚀材料件的化学成分为：0.04%的C、0.5%的Si、2%的Mn、0.04%的P、0.003%的S、16%的Cr、5%的Ni、3.5%的Mo、0.5%的Ti、4%的W、1%的Nb余量为Fe。
实施例六与实施例一的区别是：所述密封橡胶圈采用专用耐磨抗压防水材料制成，其是由下述重量份的原料制成的：天然橡胶80份，顺丁胶 20份，高耐磨碳黑2份，纳米级白刚玉 20份，纳米氧化钛 2份，钢化纤维 10份，轻质碳酸钙 30份，石蜡油10份，微晶石蜡1份，环烷基橡胶油 1份，醋酸乙烯树脂4份，氧化镁 2份，硬脂酸 0.5份， 腰果壳油 0.7份，聚丙烯 3份，柠檬酸三丁酯 2份，促进剂 TMTD 0.9份，防老剂RD 1.3份，防老剂 NBC 0.3份。
实施例七与实施例一的区别是：所述密封橡胶圈采用专用耐磨抗压防水材料制成，其是由下述重量份的原料制成的：天然橡胶100份，顺丁胶 25份，高耐磨碳黑3份，纳米级白刚玉 30份，纳米氧化钛 4 份，钢化纤维 12 份，轻质碳酸钙35份，石蜡油15份，微晶石蜡2份，环烷基橡胶油4份，醋酸乙烯树脂6份，氧化镁 4份，硬脂酸0.8份， 腰果壳油1.8份，聚丙烯5份，柠檬酸三丁酯3份，促进剂 TMTD 1.2份，防老剂RD 1.6份，防老剂 NBC 0.6份。
实施例八与实施例一的区别是：所述密封橡胶圈采用专用耐磨抗压防水材料制成，其是由下述重量份的原料制成的：天然橡胶90份，顺丁胶 22份，高耐磨碳黑2.5份，纳米级白刚玉 25份，纳米氧化钛 3份，钢化纤维11份，轻质碳酸钙33份，石蜡油12份，微晶石蜡1.5份，环烷基橡胶油2.5份，醋酸乙烯树脂5份，氧化镁3份，硬脂酸0.65份， 腰果壳油1.2份，聚丙烯4份，柠檬酸三丁酯 2.5份，促进剂 TMTD 1.1份，防老剂RD 1.4份，防老剂 NBC0.5份。
采用实施例3-5制备的调整块与现有技术中的不锈钢调整块相比：A调整块采用本发明实施例6的不锈钢材料制成，B调整块采用现有技术不锈钢材料制成，将A和B相同大小的中空调整块放置在水面下10米，30天后，A调整块表面有轻微氧化，A表面未生锈；B调整块氧化面积大，且有6%的面积生锈；其次将两个调整块同时下潜到30米深处进行耐压测试，A调整块未发生形变，B调整块表面多处凹陷，因此使用本发明的不锈钢装置使用寿命长，稳定性能好。
采用实施例6-8制备的专用密封圈与现有技术中的密封圈相比：C密封圈采用本发明实施例7的材料制成，D密封圈采用现有技术材料制成，将C和D相同大小的密封圈安装在船体通孔内，将相同的横杆插入密封圈，横杆不动的情况下，对横杆向下施加1000吨的压力，同时将加压罩扣在通孔周侧，D密封圈周侧漏气，C不漏气；同时使用电动推杆带动横杆往复滑动10000次，D密封圈内侧磨损严重；C密封圈基本无磨损，C密封圈在工作时渗出微量油，起到润滑性，防止磨损同时能够起到良好的密封作用。
最后说明的是，本发明的装置可应用在各类船舶上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种计算机控制船舶抗摇摆的装置，包括船体，其特征在于：所述船体底部设置凹槽，所述凹槽内通过升降机构设有调整块，所述船体两侧分别通过滑动密封机构设有门字形支架，所述滑动密封机构为设置在船体两侧的通孔和位于通孔内的密封圈，所述船体内设有将支架推出的电动推杆，所述支架上设有气囊，所述气囊通过高压输气管连接压缩机，所述电动推杆、升降机构和压缩机均与微型计算机连接，所述支架与气囊通过滑动机构连接，所述滑动机构包括套装在支架上横杆和下横杆上的若干个滑块，所述气囊上侧和下侧均与滑块固定，所述上横杆为中空结构，上横杆一端与气囊连通，另一端与高压输气管连接，所述调整块设置抗摇摆调节机构，所述抗摇摆调节机构包括中空结构的调整块、设置在调整块内的下压缩机和设置在调整块上的排气电磁阀。
2.如权利要求1所述的计算机控制船舶抗摇摆的装置，其特征在于：所述升降机构为剪叉式电动升降机构。
3.如权利要求2所述的计算机控制船舶抗摇摆的装置，其特征在于：所述调整块均为不锈钢耐腐蚀材料件。
4.如权利要求3所述的计算机控制船舶抗摇摆的装置，其特征在于：所述船体上设有传感陀螺仪，所述传感陀螺仪与微型计算机连接。
5.如权利要求4所述的计算机控制船舶抗摇摆的装置，其特征在于：所述不锈钢耐腐蚀材料件的化学成分为：0.02-0.04%的C、0.2-0.5%的Si、1.5-2%的Mn、0.01-0.04%的P、0.001-
0.003%的S、10-16%的Cr、3-5%的Ni、0.5-3.5%的Mo、0.1-0.5%的Ti、3.5-4%的W、0.5-1%的Nb余量为Fe。
6.如权利要求2-5任意一项所述的计算机控制船舶抗摇摆的装置的控制方法，包括以下步骤：当船体发生摇摆时，微型计算机控制剪叉式电动升降机构伸开，带动调整块向下移动，直到船体平稳；
若剪叉式电动升降机构伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作将水带入调整块内从而调节调整块的重量，通过调节调整块的重量，当船体稳定后，微型计算机关闭电磁阀；当船舶行驶到平静水面，微型计算机控制控制剪叉式电动升降机构收缩，使调整块位于船体凹槽内，此时微型计算机控制电磁阀打开，下压缩机工作使调整块内压力增大将调整块内水排出；
若调整块内灌满水后，调整块达到最大重量，且剪叉式电动升降机构伸开到最长时，此时调整块达到最大吃水深度，船体依然摇摆，此时微型计算机控制两个电动推杆工作，将门字形支架推出船体，微型计算机控制压缩机工作，压缩机将两气囊迅速充气，由此加大船舶的浮力，同时门字形支架能够起到良好的支撑作用，防止气囊弯曲，能够增大气囊与水的接触面积，使船体平稳。
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