CN2036932U

CN2036932U - 汽车渡轮的曲面跳板

Info

Publication number: CN2036932U
Application number: CN 88215389
Authority: CN
Inventors: 张慧涛
Original assignee: JIANGYANG SHIPYARD YANGZHOU JIANGSU PROV
Current assignee: JIANGYANG SHIPYARD YANGZHOU JIANGSU PROV
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1989-05-03

Abstract

汽车渡轮的曲面跳板，其纵剖面线为曲线，该曲线为汽车上下汽轮过程中，避免车箱与跳板及码头相碰撞，在确定的允通角之下，前后车箱下缘位置的包络线。它可以保证具有小前进角及小离去角的各种汽车无碰地通过该跳板上下渡轮。

Description

本实用新型属船舶甲板机械。

汽车渡轮是大家很熟悉的交通工具，人们称它为连接江河湖泊及海峡两岸公路的“活动大桥”，並把渡轮上的跳板作为它与公路末端的码头衔接的“引桥”。跳板作为“引桥”是渡轮引渡汽车，使其发挥大桥功能的关键机械。

跳板一般均做成有足够强度与刚度的平面板架，一端以铰链与船体主甲板相连接；另一端为自由端，以钢索与固定在船体主甲板的提升机械相连接。图1为跳板与船体主甲板连接的结构示意图。1为跳板，2为船体主甲板，3为提升机械，4为钢索，5为吊架，6为副跳板。当渡轮停靠码头，上下汽车时，提升机械将跳板放到水平位置（而实际上是放到水平面之下有一定俯角的位置），副跳板自由搭接在码头上与码头平面相重合，当汽车渡轮航渡时，提升机械将跳板提拉起来，如图1的虚线位置，跳板平面与水平面成一个仰角。

对于平面板架做成的跳板，在汽车上下渡轮的过程中，汽车车轮处於跳板与码头搭接位置时，有可能出现汽车车箱的前后部与跳板或码头相碰，造成车箱或车上机械损坏的情况，图2和图3分别是汽车从码头驶上渡轮，其前缘与跳板及后缘与码头相碰的示意图。

图4为汽车的侧示图，若在该图上，从汽车的最前下缘向前车轮外径园引切线，定义该切线与水平线的夹角α为汽车的前进角；再从汽车的最后下缘向后车轮外径园引切线，定义该切线与水平线的夹角β为离去角；最后定义码头的坡度角为γ。图4中8为前进角α，9为离去角β，10为码头坡度角γ。很显然只有当α与β均大於γ时，汽车才能无碰地通过跳板上下渡轮。现在一般码头的坡度角均做成为γ＝arctg12％左右，近似地为6°，这就要求α与β均大於6°，汽车才能顺利上下渡轮。实际上跳板与码头搭接时，常常不是水平放置，而是成一个θ＝1°～2°的俯角，如图5所示，11为跳板搭接码头时，跳板平面与水平面形成的俯角θ。如果再深入一步考虑问题，汽车上下渡轮时，船体还有吃水和纵倾的变化，它们会影响θ值，其中会使θ值增大的情况有：汽车刚刚从靠近码头的一端部分地下了渡轮；汽车刚刚装上渡轮远离码头的一端；汽车全部下了渡轮，渡轮处於轻载状态，干舷增大，此时θ值均会大于渡轮满载停靠码头时的静态θ值，所以若设φ＝γ＋θ，则汽车顺利通过跳板，上下渡轮的条件就变为要求α与β均大於φ＝（γ＋θ）。用数值概念来说，如果考虑因吃水和纵倾的变化值为1°，则要求α与β均大於9°。许多装有后发动机或空调机的大客车和小轿车，其α与β值均在7°以下，长期以来它们就不能顺利通过汽车渡轮这座“活动大桥”。为了解决这一类具有小前进角、小离去角的汽车顺利通过渡轮，跨越江河湖泊及海峡的问题，人们做过多种探索，其中有典型意义的方案是延长跳板长度，让跳板与码头成仰角搭接，使相对於俯角搭接的情况θ值变为负值，汽车无碰通过的条件变为α与β大於φ＝（γ－θ），但是这就要求跳板增长原跳板长的两倍才有实效。如此长的跳板，渡轮航行时，被提拉起来形成很大的倾覆力矩，若再遇有风浪，则可能带来危涉渡轮生命的事故，所以不足可取。国外采用活动码头、渡轮横靠码头让汽车上下及使用陆上起重机械吊运汽车上下渡轮的做法，以避免上述问题的产生，显然这样不仅带来使用不便，而且还要增加设备投资，因此，也非易行方案。

本实用新型的目的是在不改变现行码头形式，不增加跳板长度的前提下，用曲面跳板取代平面跳板，使码头与跳板的纵剖面线光顺连接，平缓过渡，并在局部范围内形成跳板与码头仰角搭接，让汽车无碰通过的条件变为α与β均大于φ＝（γ－θ），汽车的行驶轨跡近似地为一直线，这样就对汽车前进角、离去角的限制条件较为宽松。

我们来考察汽车驶上渡轮，车箱后下缘与码头相碰的情况（汽车从渡轮驶下码头，车箱后下缘与跳板相碰的情况相同），这是汽车车箱与码头跳板相碰事件中最常见的一种，因为现在汽车大都有较长的后悬车箱（即后车轮之后的车箱），并且它比前悬车箱为长，所以相应地β角均较α为小，一般说来能保证后缘车箱避碰，则可保证全车箱的避碰。图6为汽车前轮位置下移使车箱后下缘避与码头相碰的示意图。若以跳板与码头纵剖面线的搭接点为坐标原点，平面跳板纵剖线为X轴，汽车高度线为y轴，从图中看出，若使xoy坐标转过（φ－β）角，则可避免后下缘车箱与码头的碰撞。若令前后车轮轮距为A，相当于前车轮的纵坐标位置下移到y_a＝Asin（φ－β）。如何在实际上作到这一点呢？唯一的办法是使平面跳板凹陷下去，形成二次曲面。如果我们逐一算出可能出现的汽车车箱与码头跳板相碰撞的各点坐标，以这些点的包络线为二次曲面纵剖面线，作成曲面跳板，则可保证汽车通过此跳板上下渡轮为无碰通过，这些点可以是：

1.汽车前轮处于坐标原点，若令汽车前悬长为B，车箱下缘离地面的高度为e，此时汽车前下缘避碰的条件为：

X＝B，y_be＝Asin（φ－β）＋ecos（φ－β）。

2.X＝A，y_a＝Asin（φ－β）。

3.前车轮处于X＝A y_a＝Asin（φ－β）处，汽车前下缘避碰条件为ya＋b，e＝（A＋B）sin（φ－β）＋ecos（φ－β）

4.汽车通过跳板的全长l，最后爬上船体主甲板，即回到原来平面跳板的坐标位置。∴X＝l y＝0

类似地可以复核这些点在汽车从渡轮驶上码头时的避碰情况并进行适当修正，最后确定避碰控制点的xy坐标。我们再构造一个函数，使之能满足控制点及最大凹陷值及位置的要求，该函数即可用来确定曲面跳板的形状。

根据以上的原则，我们为三十八米汽车渡轮设计制造了曲面跳板，并且引渡具有小前进角、小离去角的汽车上下渡轮一次试验成功。

现在可结合三十八米汽车渡轮曲面跳板的设计介绍曲面跳板的设计计算程序。

1.三十八米汽车渡轮及引渡汽车的主要参数

（1）三十八米汽车渡轮有关参数：主跳板长10米，副跳板长2米，空载时的干舷为1.15米，船艏水面到码头水面的长度为8.5米，平面跳板与码头搭接俯角为2°－3°。

（2）引渡对象为空调大客车及小轿车，其极限条件为汽车前后车轮轮距A＝6米，车箱前悬长B＝1.84米，车箱后悬长C＝3米下缘离地面的高e＝0.852米，前进角和离去角限定为7°。

2.我们取曲面跳板的纵剖面曲线方程为：

y＝K〔sin（ (x)/(l) ）ⁿ180°〕^m…… （1）

它能满足前述关于汽车上下渡轮的避碰要求。

式中：

K＝ymin

n＝lg^0.5／lg（x₁／l） …… （2）

x₁为ymin所对应的坐标值

m＝1－sin（ax³＋bx²＋cx＋d） …… （3）

3 根据已知4个控制点的xy值及x与ymin值，代入方程（1）求得各点相应的m值，再将4个m点的值代入方程（3），即可确定相应的a、b、c、d各系数，然后再根据方程（1）算出曲线各点的坐标x、y。

4.实际计算

（1）可根据φ＝γ＋θ＝10 α＝B＝7°代入前述的各控制点x＝B，yb·e＝Bsin（φ－β）＋ecos（φ－β）；x＝A，y_a＝Asin（φ－β），x＝A＋B ya＋b e＝（A＋B）sin（φ－β）＋ecos（φ－β）等求出x、y值。

（2）也可根据汽车上下渡轮的行驶轨迹，控制允通角β，求x、y值。

若设渡轮空载干舷为F、渡轮空载吃水为T、主跳板长为l、汽车车箱下缘离地面高为e、汽车前轮的纵向座标为y_a、汽车后轮的纵向座标为y_c、汽车车箱前下缘的纵向座标为y_ae、汽车车箱后下缘的纵向座标为yce，

则 y_a＝Atgβ＋ (A)/(C) （y_c－y_ce）＋y_c

y_c＝Ctgβ＋ (C)/(A) （y_a－y_ce）＋y_C

y_x＝（1－x）tg（arctg (F＋T)/1 －γ）

用上述各公式即可求出x、y的对应值。

先计算汽车从码头驶上渡轮的各控制点

结合汽车从渡轮驶向码头的各控制点的x、y值对应比较，给出各控制点的综合值。

控制点的X值（m)	2	4	7	9
					对应的y值（m）	-0.265	-0.307	-0.285	-0.15

（3）确定参数K与n

参照前面的结果并取一定的安全裕度

y_min＝0.32（m）

x₁＝4m

n＝lg0.5／lg（ 4/10 ）＝0.7565

取K＝－0.32

（4）参数m及a、b、c、d的确定

将k、n及四个控制点的x、y值代入（1）算出相应的m值，再将4个点的x及m代入（3）可解得a、b、c、d，具体数值如下：

控制点	X（m)	y(m)	m	ax³+bx²+cx+d
					1	2	-0.263	0.8865	6.517
2	4	-0.32	0	0
					3	6	-0.31	0.1888	54.213
4	8	-0.22	0.4947	30.351

a＝0 b＝－3.976 c＝43.732 d＝－65.043

（5）根据y＝－0.32〔sin（ (x)/10 ）^0.7576180°〕

求出x、y

（6）绘制跳板纵剖面曲线图，按此曲线制成曲面跳板图7为该曲线的示意图，12为曲面跳板纵剖面线。

采用曲面跳板解决具有小前进角及小离去角汽车通过汽车渡轮跨越江河湖泊及海峡的难题具有投资小，见效快的优点，对于原来的汽车渡轮只需更换跳板即可营运。

附图说明

图1跳板与船体主甲板连接的结构示意图

图2汽车驶上渡轮，前车轮处於跳板与码头搭接位置时，车箱前下缘与跳板相碰的示意图

图3汽车驶上渡轮，后车轮处於跳板与码头搭接处时，车箱后下缘与码头相碰撞的示意图

图4汽车前进角、离去角及码头坡度角示意图

图5跳板与码头成俯角搭接时的示意图

图6汽车前轮位置下移，使车箱后下缘避免与码头相碰的示意图

图7曲面跳板纵剖面线示意图

Claims

汽车渡轮的跳板由跳板与船体的连接铰链、跳板的提升机械及钢索所组成，其特征在于主跳板的纵剖面线为曲线，它是汽车从码头驶向渡轮及从渡轮驶向码头过程中，为避免车箱前下缘及后下缘与跳板和码头相碰撞所要求的各控制点位置的包络线，这些控制点是汽车上下渡轮过程中，车轮处于最易发生车箱碰撞事故时，汽车在确定的允通角条件下，车箱前下缘及后下缘的位置：诸如汽车前后轮处于跳板与码头搭接处及跳板与船体主甲板连接铰链处，汽车车箱前下缘与后下缘的位置，使码头与跳板纵剖线光顺连接，平缓过渡，汽车的行驶轨迹在局部范围内近似为一直线。