一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統的控制方法與流程
2023-11-10 09:20:12 1
本發明涉及一種減小橫搖的船用設備，可以根據海況變化而改變形狀的舭龍骨，即用於船舶減搖防傾的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統。
背景技術：
船舶的橫搖對船舶性能的影響最大，為了減緩或降低船舶的橫擺，可在船舶上加設減搖裝置。目前，船舶常用的減搖裝置有：舭龍骨、減搖鰭、減搖水艙、迴轉儀減搖裝置、舵減搖裝置等。其中，舭龍骨因其結構簡單、造價低、維護方便、效能較好而得到廣泛應用，幾乎每艘船舶都裝有舭龍骨。舭龍骨減搖的原理為利用其裝在船體舭部外殼上來產生對船舶橫搖的附加水阻力，以減少船舶橫搖。
一般來說，舭龍骨是固定安裝在船體外面舭部且儘量與舭列板垂直，沿著水流方向的一塊長條板，它是最簡單的一種被動式水動力船舶減搖裝置。
已有的技術改進往往致力於簡單直線型的端部改進和斷面優化，如採用長而窄的舭龍骨、分段式結構、三角形橫斷面結構等。
現有的舭龍骨結構形式存在以下缺陷和不足：易遭損壞；對船舶產生一定的航行阻力。而且，受舭龍骨尺寸的限制，減搖的阻尼力矩有限，減搖的能力(減小擺幅)受限，減搖效果一般在10％～20％左右，難以滿足需求。此外，對於確定的舭龍骨，由於舭龍骨形狀尺寸的固定，不能針對海況的變化及橫搖角度和加速度的緩急進行動態調整，極大地影響其使用範圍。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術存在的不足，提供一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統。本發明舭龍骨的控制系統集成船舶運動實時監測設備，根據檢測到的船舶橫搖劇烈程度的數據，自動或由駕駛員手動控制舭龍骨的伸縮。伸展狀態的舭龍骨有效面積最大增加近一倍，可以增加船舶的橫搖阻尼，有效地減小船舶的橫搖，增強的橫搖穩定性；摺疊狀態的舭龍骨整體外形光順，不會增加船舶航行阻力，不會影響船舶快速性。通過加裝此套齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統，可以使船舶靈活高效地實現控制橫搖的目的，應對各種複雜海況和裝載條件的變化。
本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統，由舭龍骨主體結構，和在舭龍骨主體上方的可以沿著滑軌伸展、收回的附加板組成。所述的舭龍骨主體結構，靠近船體一側的邊緣固定在舭部外板上，連接位置設置覆板加強；所述的附加板位於舭龍骨主體結構的上方，通過滑道與舭龍骨主體結構連接。所述的滑道位於舭龍骨主體結構和附加板相接觸的內表面，在舭龍骨主體結構的上表面為一凹槽，在附加板下表面上為一凸起，兩者配合，保證附加板可以順利沿此滑道滑動，又不會脫離。驅動附加板滑動的動力來自於齒輪傳動系統。所述的齒輪傳動系統由齒輪、軸承、傳動軸、轉軸組成，位於舭龍骨主體結構的中部，布置於內部封閉空間中。所述的傳動軸橫向布置在舭龍骨主體結構的腔內，一端穿過船舭部外板，連接到船體內部的發動機；另一端通過錐齒輪驅動與之垂直的轉軸轉動；所述的轉軸位於舭龍骨主體結構內部空間中遠離船體一側，縱向布置；所述的轉軸上布置齒輪，在舭龍骨主體結構外殼上預留一個齒輪咬合區域，使得所述的齒輪露出，與齒條上的齒咬合。所述的齒條固定於附加板的下表面，橫向布置。通過齒輪齒條的咬合，齒條在齒輪的帶動下，橫向移動，從而實現附加板橫向的伸展和收回。所述的傳動軸、轉軸上，在必要的位置合理布置軸承，用以支承、固定軸系的位置，所述的軸承要與舭龍骨主體結構的外殼固定在一起。根據需要，在舭龍骨主體結構內部合理設置加強板，用以增強結構強度，可以在加強版上適當設置減輕孔。
本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統，其控制系統由船舶運動實時監測設備、數據分析呈現系統、電動機控制系統組成。所述的船舶運動實時監測設備，包括位於船側的液位測量儀、位於船舶重心軸線位置附近的動態參數測量儀等，可以實時監測船舶兩舷的吃水、船舶的橫搖角速度、角加速度等數據。所述的數據分析呈現系統能夠匯總測量到的各項數據，將其直觀地呈現在駕駛室的相應屏幕上，並且給出船舶航行狀態優劣的判斷，以及蚌式舭龍骨開合的建議。據此，可以自動或手動操控所述的電動機控制系統，使蚌式舭龍骨相應地實現展開或摺疊。
採用本發明的有益效果是：
1.可伸縮的舭龍骨結構形式，使得船舶能夠實現靈活應對不同航行條件和要求。面對大風浪的情況或者對穩性要求較高時，可以展開附加舭龍骨，增大阻尼、減小橫搖，增強穩性；面對小風浪的情況或限制航道內可收回附加舭龍骨，防止觸底、碰撞等，而且摺疊狀態的舭龍骨外形光順不會影響船舶的快速性。
2.附加板的伸展距離可以靈活控制，設置若干檔位。從而適應更複雜的海況。
3.集成船舶運動實時監測設備的控制系統，可以準確掌握船舶具體航行狀態，據此科學決策，便捷且智能地操控舭龍骨開合。
4.舭龍骨主體結構，前後對稱，除去首尾兩端，中間部分橫截面固定。建造時可以使用同一套模具，批量模塊化生產，附加板結構簡單，十分便於生產。
5.齒輪驅動系統結構簡單可靠，且充分利用了舭龍骨主體內空間，不容易遭到破壞。
附圖說明
圖1為本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨總體結構圖；
圖2為本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨完全摺疊狀態圖；
圖3為本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨完全伸展狀態圖；
圖4為本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨的滑槽的結構圖；
圖5為本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨的齒輪驅動系統的結構圖；
圖6為本發明的一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨的控制流程示意圖；
1.舭龍骨主體2.附加板3.滑槽4.齒條5.齒輪傳動系統6.加強板7.舭列板8.覆板9.傳動軸10.轉軸11.軸承12.錐齒輪13.齒輪
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。此處所描述的具體實施例方式僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明的保護範圍。
現再結合上述各附圖，提出一種齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統在船舶的一種布置方式的實施案例。
該裝置即齒輪驅動的伸縮舭龍骨，主要用於各類船舶，用於在多種複雜狀態下抑制橫搖。
如圖1至圖5所示，本發明的一種帶有槽型基板的可摺疊舭龍骨，總體上由舭龍骨主體1和附加板2兩部分組成，所述的舭龍骨主體1，為前後對稱的扁平型封閉結構，首尾兩端寬度逐漸減小，保持舭龍骨縱向的流線光順；截面近似為等腰三角形，底邊較短；通過焊接固定在船舭列板7上設置的覆板8上，且垂直於舭列板7。首尾兩端部完全相同，可以批量建造。除去首尾兩端，中間部分橫截面固定，建造時可以使用同一套模具分段建造。因此本發明的舭龍骨主體部分可以實現模塊化批量生產，降低建造成本。所述的附加板2位於舭龍骨主體1結構上方，通過滑道與舭龍骨主體結構連接。驅動附加板滑動的動力來自於齒輪傳動系統。在舭龍骨主體結構1的封閉結構內設置加強板5，用以增強結構強度，在加強版上設置減輕孔，由於舭龍骨中間部分橫截面固定，加強板形狀完全相同，可以批量建造。
所述的滑道3位於舭龍骨主體結構1和附加板2相接觸的內表面，在沿著船長方向的前後各布置一個。所述的滑道在舭龍骨主體結構1的上表面為一凹槽，在附加板2下表面上為一凸起，兩者配合，保證附加板2可以順利沿此滑道滑動，又不會脫離。
驅動附加板滑動的動力來自於齒輪傳動系統5。所述的齒輪傳動系統5由傳動軸9、轉軸10、軸承11、錐齒輪12、齒輪13組成，位於舭龍骨主體結構1的中部，布置於內部封閉空間中。所述的傳動軸9橫向布置在舭龍骨主體結構的腔內，一端穿過船舭部外板，連接到船體內部的發動機；另一端通過錐齒輪12驅動與之垂直的轉軸10轉動；所述的轉軸10位於舭龍骨主體結構內部空間中遠離船體一側，縱向布置；所述的轉軸10上布置齒輪13，在舭龍骨主體結構外殼上預留一個齒輪咬合區域，使得所述的齒輪13露出，與齒條4上的齒咬合。所述的齒條4固定於附加板的下表面，橫向布置。通過齒輪13齒條4的咬合，齒條4在齒輪13的帶動下，橫向移動，從而實現附加板橫向的伸展和收回。所述的傳動軸9、轉軸10上，在必要的位置合理布置軸承11，用以支承、固定軸系的位置，所述的軸承11要與舭龍骨主體結構的外殼固定在一起。
所述的齒輪杆4位於舭龍骨主體1結構滑道凹槽中，固定在主體結構上，端部連接上附加板，推動附加板伸展、收回。齒輪杆4位於舭龍骨主體結構滑道凹槽中，還可以保護本身結構，防止受損。
如圖6所示，本發明的齒輪驅動的伸縮舭龍骨系統，其控制系統由船舶運動實時監測設備、數據分析呈現系統、電動機控制系統組成。在船側設置的液位測量儀，用以實時監測船舶兩舷的吃水。在船舶重心軸線位置附近設置動態參數測量儀，實時監測船舶的橫搖速度、角速度等數據。數據分析呈現系統將監測到的電信號輸入計算機，轉化為相應的物理量，據此得出船舶的運動狀態，並且給出船舶航行狀態優劣的判斷，以及舭龍骨附加板伸縮的建議，將其直觀地呈現在駕駛室的相應屏幕上。作為本專利的一種實現形式，可以由計算機自動操控，輔助以駕駛人員手動操控電動機控制系統，控制電動機轉動，最終使蚌式舭龍骨相應地實現展開或摺疊，自動調節船舶橫搖。當然也可以完全由駕駛人員手動操控電機控制系統。
在船舶航行時，船舶運動實時監測系統檢測到船舶橫搖角速度、角加速度等，結合船舶吃水，作為參數輸入計算機，校核船舶橫穩性，如果在一定的時間區間內持續超出某一的安全設定值，判斷船舶則數據分析呈現系統會向駕駛室發出警報，並將結果顯示在屏幕上。隨後電動機控制系統自動展開舭龍骨的附加板2，如圖3所示，增大舭龍骨有效面積，有效地增大橫搖阻尼，抑制橫搖。如果在一定的時間區間內持續低於某一特定的值，船舶橫搖很小，則電動機控制系統自動收回舭龍骨的附加板2，如圖2所示。
對於航行於限制航道或其他特殊要求情況下，需要摺疊(或展開)舭龍骨，可以由駕駛員手動控制舭龍骨開合。
以上所述的，僅為用以解釋本發明的較佳實施例，並非企圖據以對本發明作任何形式上的限制，於是，凡有在相同的創作精神下所作的任何修飾或變更，均仍應包括在本發明權利要求的保護範圍。