CN109186913B - 一种碰撞船舶的轴系实验装置及其碰撞实验方法 - Google Patents

Abstract

一种碰撞船舶的轴系实验装置，尾轴穿过尾轴承悬挂在碰撞箱下部，尾轴的左端连接电机，前轴承支架及后轴承支架连接尾轴承与碰撞箱内的过渡轴，过渡轴通过支撑杆连接变形杆。通过电磁阀设置不同的碰撞工况，碰撞力经过承撞块与变形杆传递给过渡轴，使过渡轴和轴承支架产生相应的弹性振动；当碰撞力超过一定值后，变形杆上的滑套移动，变形杆发生变形，从而使支撑杆偏转，使过渡轴失去支撑。该装置通过设置电磁阀的通电数量、顺序、电流大小，使碰撞杆动作并与承撞块撞击，能模拟船舶不同部位、不同撞击力及不同撞击过程，也能模拟船舶碰撞产生的碰撞力及碰撞力超过一定值时的船体变形，吻合实际的碰撞船舶工况，使尾轴承受的载荷更加接近于真实的船舶碰撞，为以后的造船及船舶的研究提供比较科学的参数。

Description

一种碰撞船舶的轴系实验装置及其碰撞实验方法

技术领域

本发明涉及船舶轴系的实验装置，尤其涉及一种碰撞船舶的轴系实验装置及其碰撞实验方法。

背景技术

船舶轴系的工作状态受船体状态的影响而在一定范围内变动，船舶轴系、尾轴承油膜和船体之间相互耦合、相互影响问题十分突出。大型船舶在航行经常受到各种外部载荷的作用引起船体变形，船体变形造成轴系中不同位置处轴承高度的相对变化，从而使轴系的原有校中状态发生变化，尤其是在船舶在发生碰撞时，船体受到很大的外部作用力而破损。船舶推进轴系作为船舶的主要推进系统，将会不可避免的在船舶碰撞的过程中受到影响，且影响到轴系的正常运转的因素也是多样的，不仅会受到碰撞过程外力冲击的影响，还会受到碰撞过程中轴系支撑的受损影响。使推进轴系的运动学特性发生变化，甚至造成轴系的损伤。

在对船舶碰撞问题进行研究时，由于船舶过于巨大，模型中需要出现撞击船和被撞击船，现有的计算机不能很好对全船的各个部分进行完整的建模，且建立一个十分精确的数学模型对每一个环节都进行完全解析是不现实的。因此，实验研究是目前研究船舶碰撞问题的重要途径。

如CN107607282A公开了一种液货船舶碰撞实验装置，其特征在于，水池内设有被撞船模型和撞击船模型，其中被撞船模型通过系泊绳固定在水池内，被撞船模型内设有液货仓；撞击船模型包括分离的船艏、主船体和导向圆盘，分离的船艏和主船体两者通过螺栓连接；该发明撞击船模型吨位可调，撞击角度壳调，撞击速度可调，液货船载液率可调，可将切实应用于载液船舶制造领域，能够优化传统碰撞研究方法，提高模型实验准确性。

又如CN104006943A公开了一种水池船舶碰撞实验系统，主要包括正向牵引导向装置，牵引钩，航向稳定机构和反向牵引装置，其中，正向牵引导向装置安装在导轨首端，牵引钩设置在移动架的中点处，牵引钩保持水平状态，船模的前端导向架卡在牵引钩中，正向牵引装置牵引船模向前运动时，牵引钩将船模与移动架连接成整体，船模能随着移动架一起向前加速；航向稳定机构设置在船模的尾部，反向牵引装置设置在水池导轨的尾端，用于在实验中船模加速完成之后对移动架进行减速；该发明实现了对移动架的运动控制，当船模速度达到预定值后其与移动架分离。

但上述发明都很难监测在船舶碰撞发生后推进轴系的动力学特性，为了得到船舶碰撞状态下推进轴系的运动机理与特征，目前一般先进行船体碰撞实验，然后根据船体变形情况对轴系运动特性进行计算，但是这种方法又难以反应船体与轴系振动特性的相互影响。

为了分析船体状态和载荷对推进轴系的影响，本发明利用一根过渡轴模拟船体变形和船体冲击力对推进轴系的影响，在此基础上开发了能模拟船体与推进轴系动力学性能相互作用的实验台。

本发明提及的一种船舶碰撞作用下船舶推进系统性能实验装置通过碰撞板的位置变化，产生多种类型工况的支撑刚度变化和碰撞力的传递，有效模拟实际的海况中船体碰撞对轴系的各种载荷效应。通过同步采集轴系振动与尾轴承油膜力等特性数据，进行关联性分析，进而分析船舶碰撞对对尾轴-油膜-艉部结构的动力学特征的影响。该实验台可以使检测的各种参数更加接近于真实，为造船及船舶推进系统性能研究提供科学依据。

发明内容

针对目前船舶碰撞试验装置中存在的不足之处，本发明提供一种碰撞船舶的轴系实验装置及其碰撞实验方法。

本发明的技术方案如下：

一种碰撞船舶的轴系实验装置，包括碰撞箱，所述碰撞箱通过支柱与地基相连，其特征在于，所述碰撞箱的底部安装有过渡轴所述过渡轴的两侧铰接有气体弹簧，气体弹簧与碰撞箱22内壁连接，碰撞箱的顶部安装有上座板，所述上座板的四周安装有紧固螺栓，所述紧固螺栓上装有调节螺母，变形杆一通过铰接的方式均布安装有在上座板上，所述变形杆一铰接连接有变形杆二，变形杆二铰接连接有支撑杆，支撑杆延伸到碰撞箱的底面，所述支撑杆的底部设有槽口，过渡轴穿插过槽口，销杆将过渡轴锁定在槽口上；

所述变形杆一和变形杆二的铰接处安装有滑套，所述滑套的底部安装有弹簧，所述变形杆二上安装有挡板布设在弹簧的底部；所述滑套上安装有承撞块；所述滑套上还安装有复位钩；

所述复位钩与复位杆连接，所述复位杆的左侧穿出碰撞箱且铰接有复位手柄，所述复位手柄上铰接有弹簧固定在碰撞箱的外壁上；所述承撞块的上方安装有撞击杆，撞击杆上安装有电磁阀；

所述过渡轴通过前轴承支架与后轴承支架分别连接有前尾轴承和后尾轴承，前尾轴承和后尾轴承布设在碰撞箱的下方，所述前尾轴承和后尾轴承内安装有尾轴，所述尾轴的左侧安装有电机。

优先地，所述尾轴的右端安装有偏心轮，所述尾轴中部与碰撞箱的外壁之间还安装有测距装置。所述后尾轴承与碰撞箱之间还安装有连接油管。

基于上述装置，本发明还提出一种碰撞船舶的轴系碰撞实验方法，其特征在于，包括如下步骤，

1)根据实验要求，选择一定数量的电磁阀并对电磁阀的供电顺序和供电电流进行设置，确定模拟船舶碰撞时的碰撞部位、碰撞过程以及撞击力的大小；

2)基于步骤1)，通过控制系统给选定的电磁阀依次供电，使撞击杆产生一定的冲击力对滑套上的承撞块进行撞击，承撞块收到冲击力之后作用于滑套和变形杆一与变形杆二上，产生冲击力通过支撑杆进入过渡轴，再通过前轴承支架与后轴承支架传递到尾轴；

3)当冲击力达到一定值的时候，滑套克服弹簧的弹力下滑，使变形杆一与变形杆二之间的铰链露出，此时，变形杆一与变形杆二的位置发生变化，之后与过渡轴连接的支撑杆迅速松脱，过渡轴的支撑刚度变化经过前轴承支架与后轴承支架传递给尾轴，模拟了船体受到的碰撞力达到一定值的时候船体的破损工况；

4)通过检测尾轴上的参数特性，即可检测到碰撞船舶的尾轴运动特性，实验完成后，通过操作复位杆拉动复位钩，将变形杆一与变形杆二恢复到复位状态。

5)复位操作完成后，操作复位杆放置于非复位状态，便于下一次的碰撞试验。

本发明的有益效果为：

1.通过碰撞杆与滑套的碰撞过程，既可以产生碰撞力，又可以产生碰撞力引起的支撑杆转动，有效地模拟了船舶碰撞时的冲击力以及由船体损伤导致的轴系支撑刚度变化；

2.通过设置碰撞箱上电磁阀的数量和电流的大小，产生多种碰撞力与船体损伤组合，也可以产生连续多次碰撞的组合，使检测的尾轴各种参数更加接近于真实；

3.复位杆与变形杆的活动连接，进行碰撞实验后，可利用复位杆将变形杆恢复到正常位置，进行重复试验；

4.通过调节上座板的调节螺母和紧固螺栓，可以微调上座板在碰撞箱内的位置，保证变形杆的的灵活运动。

5.尾轴采用悬挂在碰撞箱下的方法，便于碰撞箱里产生的碰撞力和支撑刚度变化进行传递，更加有效地模拟了船体碰撞对推进轴系的影响作用。

6.尾轴承采用轴承支架的方法，与上部的过渡轴构成一个弹性体结构，通过过渡轴来传递支撑刚度变化和冲击力影响，能有效模拟实际碰撞中船体的结构对推进轴系的影响。

附图说明

图1为本发明碰撞船舶的轴系实验装置的主视图；

图2为变形杆工作位置一示意图

图3为变形杆工作位置二示意图；

图4为图1中A部位的局部放大图；

图5为复位杆工作位置一示意图；

图6为复位杆工作位置二的示意图。

具体实施方式

如图所示，一种碰撞船舶的轴系实验装置，包括碰撞箱22，所述碰撞箱22通过支柱21与地基相连，所述碰撞箱22的底部安装有过渡轴10，所述过渡轴10的两侧铰接有气体弹簧12，气体弹簧12与碰撞箱22内壁连接，碰撞箱22的顶部安装有上座板4，所述上座板4的四周安装有紧固螺栓2，所述紧固螺栓2上设有调节螺母，通过紧固螺栓2可以将上座板4打开和锁紧，将碰撞箱22打开，对其内部进行操作。

变形杆一8通过铰接的方式均布安装有在上座板4上，所述变形杆一8铰接连接有变形杆二9，变形杆二9铰接连接有支撑杆11，支撑杆11延伸到碰撞箱22的底面，所述支撑杆11的底部设有槽口，过渡轴10穿插过槽口，销杆31将过渡轴10锁定在槽口上。

所述变形杆一8和变形杆二9的铰接处安装有滑套25，所述滑套25的底部安装有弹簧26，所述变形杆二9上安装有挡板27布设在弹簧26的底部；所述滑套25上安装有承撞块和复位钩29。

所述复位钩29与复位杆5连接，复位钩29与复位杆5采用活动连接，当开始试验时，打开碰撞箱22，将复位钩29与复位杆5脱离，在试验完成后，打开碰撞箱22，手动将复位钩29与复位杆5连接，将复位杆5复位，使滑套25复位在初始位置，之后再将复位钩29与复位杆5脱离，便于下次使用。所述复位杆5的左侧穿出碰撞箱22且铰接有复位手柄6，所述复位手柄6上铰接有弹簧固定在碰撞箱22的外壁上。所述承撞块的上方安装有撞击杆23，撞击杆23上安装有电磁阀3。

过渡轴10通过前轴承支架13与后轴承支架14分别连接有前尾轴承18和后尾轴承20，前尾轴承18和后尾轴承20布设在碰撞箱22的下方，所述前尾轴承18和后尾轴承20内安装有尾轴16，所述尾轴16的左侧安装有电机17。

尾轴16的右端安装有偏心轮19，偏心轮19用来代表螺旋桨。所述尾轴中部16正上方的碰撞箱22的外壁上还安装有测距装置28，测距装置28用来测量实验中尾轴16的振动幅值。所述后尾轴承20与碰撞箱22之间还安装有连接油管15，连接油管15用来使碰撞箱22成为后尾轴承的20高置油柜。

基于上述装置，本发明还提出一种碰撞船舶的轴系碰撞实验方法，包括如下步骤，

1)根据实验要求，选择一定数量的电磁阀3并对电磁阀3的供电顺序和供电电流进行设置，确定模拟船舶碰撞时碰撞部位、碰撞过程以及撞击力的大小；

2)基于步骤1)，通过控制系统给选定的电磁阀3依次供电，使撞击杆23产生一定的冲击力对滑套25上的承撞块进行撞击，承撞块收到冲击力之后作用于滑套25和变形杆一8与变形杆二9上，产生冲击力通过支撑杆11进入过渡轴，再通过前轴承支架13与后轴承支架14传递到尾轴16；

3)当冲击力达到一定值的时候，滑套25克服弹簧26的弹力下滑，使变形杆一8与变形杆二9之间的铰链24露出(请重点参阅图3)，此时，变形杆一8与变形杆二9的位置发生变化，使与过渡轴10连接的支撑杆11迅速偏转，使过渡轴10在该位置的支撑刚度发生变化，该变化经过前轴承支架13与后轴承支架14传递给尾轴16，模拟了船体受到的碰撞力达到一定值的时候船体破损引起的轴系支撑刚度变化；

4)通过检测尾轴10上的参数特性，即可检测到碰撞船舶的尾轴运动特性，实验完成后，通过操作复位杆5拉动滑套25上的复位钩29，将变形杆一8与变形杆二9恢复到复位状态(请重点参阅图5)。

5)复位操作完成后，操作复位杆5放置于非复位状态，便于下一次的碰撞试验(请重点参阅图6)；

6)通过调节上座板紧固螺栓上的调节螺母，可以调节上座板在碰撞箱中的位置，确保变形杆机构处于灵活运动状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种碰撞船舶的轴系实验装置，包括碰撞箱(22)，所述碰撞箱(22)通过支柱(21)与地基相连，其特征在于，

所述碰撞箱(22)的底部安装有过渡轴(10)，所述过渡轴(10)的两侧铰接有气体弹簧(12)，气体弹簧(12)与碰撞箱(22)内壁连接，碰撞箱(22)的顶部安装有上座板(4)，所述上座板(4)的四周安装有紧固螺栓(2)，所述紧固螺栓(2)上设有调节螺母(1)，变形杆一(8)通过铰接的方式均布安装有在上座板(4)上，所述变形杆一(8)铰接连接有变形杆二(9)，变形杆二(9)铰接连接有支撑杆(11)，支撑杆(11)延伸到碰撞箱(22)的底面，所述支撑杆(11)的底部设有槽口，过渡轴(10)穿插过槽口，销杆(31)将过渡轴(10)锁定在槽口上；所述变形杆一(8)和变形杆二(9)的铰接处安装有滑套(25)，所述滑套(25)的底部安装有弹簧(26)，所述变形杆二(9)上安装有挡板(27)布设在弹簧(26)的底部；所述滑套(25)上安装有承撞块(30)；所述滑套(25)上安装有复位钩(29)；所述复位钩(29)与复位杆(5)连接，所述复位杆(5)的左侧穿出碰撞箱(22)且铰接有复位手柄(6)，所述复位手柄(6)上铰接有弹簧固定在碰撞箱(22)的外壁上；所述承撞块(30)的上方安装有撞击杆(23)，撞击杆(23)上安装有电磁阀(3)；

所述过渡轴(10)通过前轴承支架(13)与后轴承支架(14)分别连接有前尾轴承(18)和后尾轴承(20)，前尾轴承(18)和后尾轴承(20)布设在碰撞箱(22)的下方，所述前尾轴承(18)和后尾轴承(20)内安装有尾轴(16)，所述尾轴(16)的左侧安装有电机(17)。

2.根据权利要求1所述的一种碰撞船舶的轴系实验装置，其特征在于：所述尾轴(16)的端部安装有偏心轮(19)；所述尾轴(16)中部与碰撞箱(22)的外壁之间还安装有测距装置(28)。

3.根据权利要求1所述的一种碰撞船舶的轴系实验装置，其特征在于：所述后尾轴承(20)与碰撞箱(22)之间还安装有连接油管(15)。

4.根据权利要求1所述的一种碰撞船舶的轴系实验装置的轴系碰撞实验方法，其特征在于，包括如下步骤，1)根据实验要求，根据碰撞工况选择一定数量电磁阀(3)，并对电磁阀(3)的供电顺序与供电电流进行设置，确定模拟船舶碰撞时的碰撞部位、碰撞过程以及撞击力的大小；2)基于步骤1)，通过控制系统给电磁阀(3)依次供电，使撞击杆(23)产生一定的冲击力对滑套(25)上的承撞块(30)进行撞击，承撞块收到冲击力之后作用于滑套(25)和变形杆一(8)与变形杆二(9)上，产生冲击力通过支撑杆(11)进入过渡轴，再通过前轴承支架(13)与后轴承支架(14)传递到尾轴(16)；3)当冲击力达到一定值的时候，滑套(25)克服弹簧(26)的弹力下滑，使变形杆一(8)与变形杆二(9)之间的铰链(24)露出，此时，变形杆一(8)与变形杆二(9)的位置发生变化，之后与过渡轴(10)连接的支撑杆(11)迅速松脱，过渡轴(10)的支撑刚度变化效应经过前轴承支架(13)与后轴承支架(14)传递给尾轴(16)，模拟了船体受到的碰撞力达到一定值的时候船体破损引起的轴系支撑刚度降低；4)通过检测尾轴(10)上的参数特性，即可检测到碰撞船舶的尾轴运动特性，实验完成后，操作复位杆(5)拉动滑套(25)上的复位钩(29)，将变形杆一(8)与变形杆二(9)恢复到复位状态；5)复位操作完成后，操作复位杆(5)放置于非复位状态，便于下一次的碰撞试验。

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