一種船舶縱向涂油滑道下水的實驗裝置的制作方法

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本發明涉及船舶縱向涂油滑道下水的實驗裝置，屬于教學實驗儀器領域。

背景技術：

用傾斜船臺輔以縱向涂油滑道，使船舶沿縱向滑行下水的方式，能使用于各類型和不同下水重量的船舶，其適應范圍相當廣泛，是目前國內外普遍采用的下水方式之一。

但是由于船舶建造昂貴和建造周期長等原因，目前的船舶下水教學僅停留在理論教學和電教片階段，教師無法實地演示下水過程和探究下水故障排除方法，不能讓學生直觀的看到船舶下水過程和因故障下水對船舶造成的危害。目前的建造經驗表明，造成船舶下水故障的原因主要有以下三類：1)船舶不能下滑或中途?；?；2)船舶尾跌落；3)船舶首跌落，學生不能很直觀的觀察這三種實驗。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種船舶縱向涂油滑道下水的實驗裝置，通過縮尺后的比例模型，等量化船舶下水影響參數，直觀形象地演示船舶下水，且本發明可定量分析各影響參數，經過縮尺計算后，為實際船舶的安全下水提供參考數據。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種船舶縱向涂油滑道下水的實驗裝置，包括平臺，所述平臺的一端鉸接在支架上，另一端安裝在可升降裝置上，在平臺上安裝有滑道，在滑道上放置有船模，平臺的一側安裝有水槽，在水槽外設置有高清攝像頭；在船模上安裝有應力傳感器，應力傳感器依次與電荷放大器、多通道信號采集儀和計算機連接，計算機與高清攝像頭連接。

作為優選，所述船模上安裝有游標定位加載裝置，游標定位加載裝置上放置有砝碼。

作為優選，所述游標定位加載裝置由三個垂直交叉連接的鋼條，即第一鋼條、第二鋼條和第三鋼條，所述第一鋼條固定安裝在船模上，第二鋼條和第三鋼條均垂直第一鋼條安裝，第二鋼條和第三鋼條均設有腰形槽，第二鋼條和第三鋼條通過螺栓穿過腰形槽固定在第一鋼條上，砝碼可在腰形槽內滑動。

作為優選，所述第一鋼條也設有腰形槽，第二鋼條和第三鋼條可沿第一鋼條滑動。

作為優選，所述船模的材料為船用q235鋼，游標定位加載裝置的材料為普通鋼，砝碼材料為鉛塊。

作為優選，所述水槽的材料為亞克力透明有機玻璃，滑道為鋼質材料。

在本發明中，游標定位加載裝置通過定位加載，可任意調整船模重心位置。外部設有掛環，可配置浮球以改變船模入水后的浮力大小。船模與木質滑板連接，在船模自身重力的作用下，可沿傾斜式滑道滑入水槽，所述滑道可伸縮以改變滑道長度，滑道一端鉸支，一端由千斤頂控制，可改變滑道的傾斜角。

所述應力傳感器與所述信號調理與采樣系統連接，信號調理及采樣系統與所述終端連接，視頻采集攝像頭可依附在水槽側壁上，并與計算機終端連接。所述應力傳感器的設置點包括船模首、尾部和平板龍骨的艙內一側。為方便攝像頭采集視頻，所述水槽材料采用亞克力透明有機玻璃，玻璃內側配有刻度尺，方便讀取水位信息。

所述船模材料采用船用q235鋼，保證船模的下水性能可與實船進行縮尺換算。所述信號調理及采樣系統包括電荷放大器和多通道數據采集儀，電荷放大器的輸入端與各應力傳感器連接，其輸出端與所述多通道數據采樣儀連接，多通道數據采集儀與所述終端連接，通過終端顯示采集數據。

按實船下水數據的計算結果，調整滑道傾角與長度，調整船舶的重心位置，可重復再現船舶下水過程。通過調低滑道傾角，可演示下水故障中的船模無法下滑故障。通過游標定位加載裝置改變船模的重心位置，可演示下水故障中的首跌落和尾跌落現象，并通過探討和試驗，提出解決不同故障的方法。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、此實驗裝置是模擬船舶縱向涂油滑道下水的實驗裝置，由于實船建造周期長和距離教學區遠等各種原因，學生對于船舶下水的認識，僅停留在理論和電教片的層面上。通過本裝置的縮尺模擬，可使學生對船舶下水有一個更直觀的認識。

2、由于實際船舶造價昂貴，船舶下水故障是工程人員不愿意面對的，實際船舶在下水前都經過周密的下水計算，出現故障的概率不大。本實驗裝置為了深入探究下水故障，可通過改變滑道傾角和游標定位加載裝置，人為改變船模的下水參數，得到各種故障狀態，更有利于實驗教學。

3、由于本實驗裝置配有游標定位加載裝置，可以定量控制下水參數，且船模用鋼與實際船舶用鋼相同，所以通過比例換算，可以在實際船舶下水前，進行船模下水試驗，為實際船舶下水提供參考數據，將實際船舶下水故障概率降到最低。

附圖說明

圖1為實驗裝置總體圖；

圖2為船模與船臺俯視圖；

圖3為游標定位加載裝置圖；

圖4為船模尾跌落示意圖；

圖5為船模首跌落示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示，本發明的一種船舶縱向涂油滑道下水的實驗裝置，包括平臺，所述平臺的一端鉸接在支架上，另一端安裝在可升降裝置上，可升降裝置為千斤頂10，在平臺上安裝有滑道8，在滑道8上放置有船模3，滑道8上還可以設置下水支架6，下水支架6為木質材料，平臺的一側安裝有水槽1，水槽1內放置有刻度尺2，在水槽1外設置有高清攝像頭9；在船模3上安裝有應力傳感器7，應力傳感器7依次與電荷放大器12、多通道信號采集儀13和計算機14連接，計算機14與高清攝像頭9連接。

在本發明中，所述船模3上安裝有游標定位加載裝置11，游標定位加載裝置11上放置有砝碼，所述游標定位加載裝置11由三個垂直交叉連接的鋼條，即第一鋼條、第二鋼條和第三鋼條，所述第一鋼條固定安裝在船模3上，第二鋼條和第三鋼條均垂直第一鋼條安裝，第二鋼條和第三鋼條均設有腰形槽，第二鋼條和第三鋼條通過螺栓穿過腰形槽固定在第一鋼條上，砝碼可在腰形槽內滑動。所述第一鋼條也設有腰形槽，第二鋼條和第三鋼條可沿第一鋼條滑動。

一、實驗裝置的制作：

為了保證船模3在比例縮尺后的可信度，船模材料采用船用q235鋼，船模3中的游標定位加載裝置11的材料為普通鋼，加載砝碼材料為鉛塊。為了方便水槽1外的攝像頭9采集視頻數據，水槽1材料為亞克力透明有機玻璃。下水支架6為木質材料，滑道8為鋼質材料。

如圖3所示的實施例中，所述游標定位加載裝置11由三個垂直交叉連接的第一鋼條l1、第二鋼條l2、第三鋼條l3組成，第二鋼條和第三鋼條上的p1和p2處可加載砝碼，并由螺栓固定。鋼條上設有標準刻度，通過調整鋼條，可使砝碼在水平面內實現任意位置加載，模仿船體設備和構件，從而使船模與實船的重心在同一位置。也可以人為惡化船模3的重心位置，達到試驗探究的理想故障狀態。

如圖4至圖5所示，滑道8通過千斤頂10可以改變傾斜角度，并通過刻度尺測量千斤頂的起升高度d2和千斤頂至鉸支的距離d1，計算出當前滑道的精確傾斜角θ＝arctan(d2/d1)。

此外，船模3尾部外側還設有掛環4，可懸掛浮球5，以模擬實際船舶的浮箱，改變船模3入水后的浮力大小。

二、測量儀器的安裝：

首先在水槽1深度方向安裝刻度尺2用來測量水位，模擬實際船舶下水的潮位，通過改變水位大小來模擬實際潮位的大小。其次關于應力傳感器7安裝位置的選擇，優先設置在船模3的首尾兩端艙內壁上和平板龍骨的內壁上。因為下水事故主要為首尾跌落，在跌落時，船模3與水面產生劇烈砰擊，局部應力巨大，容易對船體結構造成損傷。而船舶在下水時，承受全船重量的平板龍骨與下水支架6之間有很大的靜摩擦力，也容易對船體構件造成損傷。將應力傳感器7安裝好后，依次與電荷放大器12、多通道信號采集儀13、高清攝像頭9和計算機14連接。

三、實驗操作：

整個船模下水實驗裝置制作完成后，可按如下不同事故進行試驗探究：

(一)船模不能下滑或中途?；?/p>

根據已成功下水的實船下水數據，調整船模3上的游標定位加載裝置11，將重心調至正確位置，但是滑道8坡度θ小于正常值，則船模3不能正常下水。并實時同步采集船模所受應力與下水狀態視頻，分析船模構件受力大小與時間的關系。

要使船模3在滑道8上能自行下滑，必須使下水總重量產生的滑道方向的分力大于支架6和滑道8之間的摩擦力，簡化后為：θ＞μ，其中μ為下水油脂的靜摩擦系數，本實驗為已知數據0.035。連續微調千斤頂10的提升高度，當船模3能夠滑下時，停止調動千斤頂10，測量此時千斤頂的提升高度d2和千斤頂至鉸支的距離d1，通過上述公式得到滑道8的傾斜角，與已知數據做對比，驗證理論的正確性。

(二)船模尾跌落：

如圖4所示，由于重力對滑道末端的力矩大于浮力對滑道末端的力矩，船模3將以滑道末端為支點發生仰傾，即尾跌落。并實時同步采集船模所受應力與下水狀態視頻，分析船模構件受力大小與時間的關系。

實驗中，保持滑道8的正常坡角θ，調節游標定位加載裝置11中的鋼條第二鋼條，將船模3重心調離正確位置，向尾部移動，則發生尾跌落現象。此時的建議解決措施有：

①連續微調千斤頂10，增大滑道坡度θ。

②調節可伸縮入水滑道8，增加滑道8入水部分的長度。

③通過游標定位加載裝置11，在鋼條第三鋼條上加載砝碼，并向首部移動、固定，使船模3重心向首部移動。

④在船模3尾部的掛環4上懸掛浮球5，增加船模3入水部分的浮力。

⑤向水槽1內注水，升高船模3下水潮位等。

通過以上解決措施，可有效模擬下水故障和對應的解決措施。

(三)船模首跌落：

如圖5所示，若首支架6離開滑道末端的瞬間，船模3浮力仍小于下水總重量，則出現船首猛然跌落的現象，即首跌落。并實時同步采集船模所受應力與下水狀態視頻，分析船模構件受力大小與時間的關系。

實驗中，保持滑道8的正常坡角θ，調節游標定位加載裝置11中的鋼條第三鋼條，將船模3重心調離正確位置，向首部移動，則發生首跌落現象。此時的建議解決措施有：