CN110095254A - 一种新型船冰碰撞水池实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶制造技术领域，具体地说，是一种新型船冰碰撞水池实验装置，该实验装置设置在一个矩形水池内，包括海冰固定机构、弹性阻尼机构、海冰横移机构、海冰纵移机构和船体纵移机构，海冰固定机构安装在弹性阻尼机构的前端，海冰弹性阻尼机构安装在海冰横移机构的下端，海冰横移机构通过顶部的滚轮安装在海冰纵移动机构连接架上，海冰纵移机构和船体纵移机构安装在横跨水池的支架上，本发明披露的新型船冰碰撞水池实验装置，可以在室内水池中实现船冰碰撞物理模型实验研究，并能够根据研究需要，灵活地调整船冰碰撞相对速度和相对位置。

Description

一种新型船冰碰撞水池实验装置

技术领域

本发明属于船舶制造技术领域，具体地说，是一种新型船冰碰撞水池实验装置。

背景技术

随着全球气候变暖，极地冰层厚度和覆盖面积的不断缩减，各国对极地的探索不断加深，极地成为了各国争夺的重要战略要地。北极不仅仅拥有着非常丰富的自然资源，北极航线的开辟更加的诱人。一旦北极航线开辟，势必会带来世界海上贸易重心的转移，对地区和国际局势产生深远影响。随着北极地区航道资源和自然资源开发的逐步进行，影响船舶安全航行的船冰碰撞问题日益突出。

由于船冰碰撞的复杂性，许多地方无法用理论知识得到很好解释，实船实验的价值又非常的昂贵。因此，开展相关的水池模型实验显得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种新型船冰碰撞水池实验装置，可以在室内水池中实现船冰碰撞物理模型实验研究，并能够根据研究需要，灵活地调整船冰碰撞相对速度和相对位置。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种新型船冰碰撞水池实验装置，该实验装置设置在一个矩形水池内，包括海冰固定机构、弹性阻尼机构、海冰横移机构、海冰纵移机构和船体纵移机构。海冰固定机构安装在弹性阻尼机构的前端，弹性阻尼机构安装在海冰横移机构的下端，海冰横移机构通过顶部的滚轮安装在海冰纵移动机构的连接架上，海冰纵移机构和船体纵移机构安装在横跨水池的支架上。

在上述技术方案中，海冰固定机构包括：刚性杆、弹性网和传感器。弹性网通过绳索安装在两根刚性杆的中间，两根刚性杆分布在同一水平线上，弹性网上均匀分布着传感器，用来检测海冰的姿态；弹性阻尼机构包括：外壳、阻尼器、弹簧、推杆和螺钉。推杆前端呈圆环状并与海冰固定机构的刚性杆配合，推杆后端连接着弹簧，弹簧的另一端连接着阻尼器，推杆、弹簧和阻尼器一同被安装在外壳里。弹性阻尼机构尾端有螺纹孔，通过螺钉安装在海冰横移机构上；海冰横移机构包括：电机、小齿轮、大齿轮、角接触球轴承、中心转轴、平行键、销、滚轮、海冰横移支架、螺钉和时间继电器。电机通过螺钉固定在海冰横移支架上，并且和时间继电器连接。小齿轮通过轴肩和平行键固定在电机输出轴上，小齿轮和大齿轮啮合。大齿轮安装在中心转轴上，中心转轴通过轴肩和平行键实现轴向固定和周向固定。同时中心转轴被加工成阶梯轴，用来轴向约束零件的移动。角接触球轴承安装在中心转轴上并与海冰横移支架的轴承底座配合。中心转轴的两端各安装了1个滚轮，用销和轴肩来约束滚轮的轴向移动。横移支架的顶部两侧安装有了6个滚轮，支架两侧的滚轮和中心转轴上的滚轮一同实现支架的横移；海冰纵移机构包括：海冰纵移支架、螺母、吊杆、连接架、电机装配体。电机装配体包括：电机、小齿轮、大齿轮、平行键、转轴、滚子和角接触球轴承。连接架安装在吊杆的一端并通过螺母固定。吊杆的另一端与海冰纵移支架配合，连接架和海冰纵移支架用四根完全相同的吊杆连接。海冰纵移支架的支脚处安装有电机装配体，电机通过螺钉固定在支架上，小齿轮通过轴肩和平行键固定在电机输出轴上并与大齿轮啮合。大齿轮通过平行键和轴肩固定在转轴上，转轴被加工成阶梯轴。角接触球轴承与转轴配合并安装在海冰纵移支架上，以此来实现转轴的旋转。转轴的下端安装有滚轮，滚轮与水池架的导轨接触来实现海冰纵移机构在水池架上的纵向移动；船体纵移机构包括：船体纵移支架、船、螺钉和电机装配体。船体纵移支架中间杆的下端有螺纹孔，支架通过螺钉与船体连接，船体纵移机构支脚处的电机装配体与纵移机构的电机装配体完全相同。

本发明的有益效果：本发明披露的新型船冰碰撞水池实验装置，可以在室内水池中实现船冰碰撞物理模型实验研究，并能够根据研究需要，灵活地调整船冰碰撞相对速度和相对位置。

附图说明

图1为本发明的机构示意图。

图2为本发明海冰固定机构示意图。

图3为本发明弹性阻尼机构示意图。

图4为本发明弹性阻尼机构爆炸图。

图5为本发明海冰横移机构示意图。

图6为本发明海冰横移机构爆炸图。

图7为本发明海冰横移机构局部放大爆炸图。

图8为本发明海冰纵移机构示意图。

图9为本发明海冰纵移机构爆炸图。

图10为本发明海冰纵移机构局部爆炸图。

图11为本发明船体纵移机构爆炸图。

图中，1：海冰固定机构；2：弹性阻尼机构；3：海冰横移机构；4：海冰纵移机构；5：船体纵移机构；1-1：刚性杆；1-2：弹性网；2-1：外壳；2-2：阻尼器；2-3：弹簧；2-4：推杆；3-1：电机；3-2：齿轮；3-3：轴承；3-4：中心转轴；3-5：平行键；3-6：销；3-7：滚轮；3-8：海冰横移支架；4-1：海冰纵移支架；4-2：螺母；4-3：吊杆；4-4：连接架；4-5和4-6：电机装体；4-5-1：电机；4-5-2和4-5-3：齿轮；4-5-4和4-5-5：平行键；4-5-6：转轴；4-5-7：滚子；4-5-8和4-5-9：轴承；5-1：船体纵移支架；5-2和5-3：电机装配体；5-4：船；5-5：螺钉。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：如图1至图11所示，一种新型船冰碰撞水池实验装置，包括海冰固定机构1、弹性阻尼机构2、海冰横移机构3、海冰纵移机构4和船体纵移机构5。海冰固定机构1安装在弹性阻尼机构2的前端，用来约束海冰的移动自由度；弹性阻尼机构2安装在海冰横移机构3的下端，用来模拟周围海冰对碰撞区海冰的约束力；海冰横移机构通过顶部的滚轮安装在海冰纵移机构的连接架上，用于控制海冰的横向移动，以调整船舶撞击海冰的位置；海冰纵移机构4和船体纵移机构5安装在水池的支架上，支架的两侧设有导轨，用来实现船冰的相对移动，并调整船冰碰撞相对速度。

海冰固定机构包括刚性杆1-1、弹性网1-2和传感器（为标出）。弹性网1-2通过绳索安装在两根刚性杆1-1的中间。弹性网1-2拥有弹性，可用来约束海冰的移动自由度。两根刚性杆1-1分布在同一水平线上。传感器（未标出）均匀的分布在弹性网上，用来检测海冰的姿态。

弹性阻尼机构包括：外壳2-1、阻尼器2-2、弹簧2-3、推杆2-4和螺钉（为标出）。推杆2-4前端呈圆环状，并与海冰固定机构的刚性杆1-1配合。推杆2-4后端连接着弹簧2-3，弹簧2-3的另一端连接着阻尼器2-2。推杆2-4、弹簧2-3和阻尼器2-2一同被安装在外壳2-1里。弹性阻尼机构2尾端有螺纹孔，通过螺钉安装在海冰横移机构3上。弹性阻尼机构2通过更换弹簧2-3，来改变周围海冰对碰撞区海冰的约束力。

海冰横移机构包括：电机3-1、小齿轮3-2-1、大齿轮3-2-2、角接触球轴承3-3、中心转轴3-4、平行键3-5、销3-6、滚轮3-7、海冰横移支架3-8、螺钉（未标出）和时间继电器（未标出）。电机3-1通过螺钉（未标出）固定在海冰横移支架3-8上，并且和时间继电器连接，可远距离控制电机的通断电。小齿轮3-2-1通过轴肩和平行键3-5-1固定在电机输出轴上。同时，小齿轮3-2-1和大齿轮3-2-2啮合，大齿轮3-2-2安装在中心转轴3-4上，通过轴肩和平行键3-5-2实现轴向固定和周向固定。中心转轴3-4被加工成阶梯轴，用来轴向固定零件的移动。角接触球轴承3-3安装在中心转轴3-4上，并与海冰横移支架3-8的轴承底座配合。中心转轴3-4的两端安装有2个滚轮3-7-3和3-7-7，用销和轴肩来约束滚轮的轴向移动。横移支架的顶部两侧安装有6个滚轮。支架两侧的滚轮和中心转轴3-4上的滚轮一同实现支架的横移。

海冰纵移机构包括：海冰纵移支架4-1、螺母4-2、吊杆4-3、连接架4-4、电机装配体4-5和4-6（装配体4-5和装配体4-6完全相同）。电机装配体4-5包括：电机4-5-1、小齿轮4-5-2、大齿轮4-5-3、平行键4-5-4和4-5-5、转轴4-5-6和滚子4-5-7、角接触球轴承4-5-8和4-5-9。连接架4-4安装在吊杆4-3的一端，并通过螺母4-2固定。吊杆4-3的另一端与海冰纵移支架4-1配合。连接架4-4和海冰纵移支架4-1用四根完全相同的吊杆4-3连接。海冰纵移支架4-1的支脚处安装有电机装配体4-5和4-6（电机装配体4-5和4-6完全相同），电机4-5-1通过螺钉固定在海冰纵移支架4-1上，小齿轮4-5-2通过轴肩和平行键4-5-4固定在电机输出轴上，并与大齿轮4-5-3啮合。大齿轮4-5-3通过平行键4-5-5和轴肩固定在转轴4-5-6上，转轴4-5-6被加工成阶梯轴。角接触球轴承4-5-8与转轴4-5-6配合安装在轴承底座上，以此来实现转轴4-5-6的旋转。转轴4-5-6的下端安装有滚轮4-5-7，滚轮4-5-7与水池架接触，来实现海冰纵移机构4在水池架上的纵向移动。

船体纵移机构包括：船体纵移支架5-1、船5-4、螺钉5-5和电机装配体5-2和5-3。船体纵移支架5-1的中间杆的下端有螺纹孔，支架5-1通过螺钉5-5与船体5-4连接。船体纵移机构支脚处的电机装配体5-2和5-3与纵移机构的电机装配体完全相同。

本发明的新型船冰碰撞水池实验装置，可以在室内水池中实现船冰碰撞物理模型实验研究，并能够根据研究需要，灵活地调整船冰碰撞相对速度和相对位置。在实验中，海冰被约束在海冰固定机构的弹性网上。与弹性网连接的刚性杆上均匀分布着四个完全相同的弹性阻尼机构，用来模拟周围海冰对碰撞区海冰的约束力。弹簧阻尼器中弹簧可以更换，以此来改变周围海冰对碰撞区海冰的约束力。弹性阻尼机构通过螺钉固定在海冰横移支架上。海冰横移机构通过顶部的滚轮安装在海冰纵移机构的连接架上，用于控制海冰的横向移动，以调整船舶撞击海冰的位置。海冰纵移机构和船体纵移机构安装在水池的支架上，支架的两侧设有导轨，借助电机的旋转，用来实现船冰的相对移动，并调整船冰碰撞相对速度。安装在弹性网上的传感器会记录下实验的数据，便于后处理。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种新型船冰碰撞水池实验装置，其特征在于，该实验装置设置在一个矩形水池内，包括海冰固定机构、弹性阻尼机构、海冰横移机构、海冰纵移机构和船体纵移机构，所述海冰固定机构安装在所述弹性阻尼机构的前端，所述海冰弹性阻尼机构安装在所述海冰横移机构的下端，所述海冰横移机构通过顶部的滚轮安装在所述海冰纵移动机构连接架上，所述海冰纵移机构和所述船体纵移机构安装在横跨水池的支架上。

2.根据权利要求1所述的新型船冰碰撞水池实验装置，其特征在于，所述海冰固定机构包括刚性杆、弹性网，所述弹性网通过绳索安装在两根刚性杆的中间，两根刚性杆分布在同一水平线上，所述弹性网上均匀分布有传感器用来检测海冰的姿态。

3.根据权利要求2所述的新型船冰碰撞水池实验装置，其特征在于，所述弹性阻尼机构包括外壳、阻尼器、弹簧、推杆和螺钉，所述推杆前端呈圆环状并与海冰固定机构的刚性杆配合，所述推杆后端连接着弹簧，所述弹簧的另一端连接着所述阻尼器，所述推杆、弹簧和阻尼器一同被安装在所述外壳里，所述弹性阻尼机构尾端有螺纹孔，通过螺钉安装在海冰横移机构上。

4.根据权利要求3所述的新型船冰碰撞水池实验装置，其特征在于，所述海冰横移机构包括电机、小齿轮、大齿轮、角接触球轴承、中心转轴、平行键、销、滚轮、海冰横移支架、螺钉和时间继电器，所述电机通过螺钉固定在所述海冰横移支架上并且和时间继电器连接，所述小齿轮通过轴肩和平行键固定在电机输出轴上，所述小齿轮和大齿轮啮合，所述大齿轮安装在中心转轴通过轴肩和平行键实现轴向固定和周向固定，所述中心转轴被加工成阶梯轴，用来轴向固定零件的移动，所述角接触球轴承安装在中心转轴上并与所述海冰横移支架的轴承底座配合，所述中心转轴的两端安装有2个滚轮用销和轴肩来约束滚轮的轴向移动，所述横移支架的顶部两侧安装有6个滚轮和所述中心转轴上的滚子一同实现支架的横移。

5.根据权利要求4所述的新型船冰碰撞水池实验装置，其特征在于，所述海冰纵移机构包括海冰纵移支架、螺母、吊杆、连接架、电机装配体，所述电机装配体包括电机、小齿轮、大齿轮、平行键、转轴和滚子、角接触球轴承，所述连接架安装在吊杆的一端通过螺母固定，所述吊杆的另一端与所述海冰纵移支架配合，所述连接架和海冰纵移支架用四根完全相同的吊杆连接，所述海冰纵移支架的支脚处安装有电机装配体，电机通过螺钉固定在支架上，小齿轮通过轴肩和平行键固定在电机输出轴上并与大齿轮啮合，大齿轮通过平行键和轴肩固定在转轴上，转轴被加工成阶梯轴，所述角接触球轴承与转轴配合安装在所述海冰纵移支架上以此来实现转轴的旋转，所述转轴的下端安装有滚轮，滚轮与水池架接触来实现海冰纵移机构在水池架上的纵向移动。

6.根据权利要求5所述的新型船冰碰撞水池实验装置，其特征在于，所述船体纵移机构包括船体纵移支架、船、螺钉和电机装配体，所述船体纵移支架的中间杆的下端有螺纹孔通过螺钉与船体连接，所述船体纵移机构支脚处的电机装配体与纵移机构的完全相同。

7.根据权利要求1-6任一项所述的新型船冰碰撞水池实验装置，其特征在于，所述的海冰纵移机构和船体纵移机构安装在水池架上，所述水池架的两侧开有导轨，所述海冰纵移机构和所述船体纵移机构可沿着导轨纵向移动。