一种船舶纵向涂油滑道下水的实验装置的制作方法

本发明涉及船舶纵向涂油滑道下水的实验装置，属于教学实验仪器领域。

背景技术：

用倾斜船台辅以纵向涂油滑道，使船舶沿纵向滑行下水的方式，能使用于各类型和不同下水重量的船舶，其适应范围相当广泛，是目前国内外普遍采用的下水方式之一。

但是由于船舶建造昂贵和建造周期长等原因，目前的船舶下水教学仅停留在理论教学和电教片阶段，教师无法实地演示下水过程和探究下水故障排除方法，不能让学生直观的看到船舶下水过程和因故障下水对船舶造成的危害。目前的建造经验表明，造成船舶下水故障的原因主要有以下三类：1)船舶不能下滑或中途停滑；2)船舶尾跌落；3)船舶首跌落，学生不能很直观的观察这三种实验。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种船舶纵向涂油滑道下水的实验装置，通过缩尺后的比例模型，等量化船舶下水影响参数，直观形象地演示船舶下水，且本发明可定量分析各影响参数，经过缩尺计算后，为实际船舶的安全下水提供参考数据。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种船舶纵向涂油滑道下水的实验装置，包括平台，所述平台的一端铰接在支架上，另一端安装在可升降装置上，在平台上安装有滑道，在滑道上放置有船模，平台的一侧安装有水槽，在水槽外设置有高清摄像头；在船模上安装有应力传感器，应力传感器依次与电荷放大器、多通道信号采集仪和计算机连接，计算机与高清摄像头连接。

作为优选，所述船模上安装有游标定位加载装置，游标定位加载装置上放置有砝码。

作为优选，所述游标定位加载装置由三个垂直交叉连接的钢条，即第一钢条、第二钢条和第三钢条，所述第一钢条固定安装在船模上，第二钢条和第三钢条均垂直第一钢条安装，第二钢条和第三钢条均设有腰形槽，第二钢条和第三钢条通过螺栓穿过腰形槽固定在第一钢条上，砝码可在腰形槽内滑动。

作为优选，所述第一钢条也设有腰形槽，第二钢条和第三钢条可沿第一钢条滑动。

作为优选，所述船模的材料为船用q235钢，游标定位加载装置的材料为普通钢，砝码材料为铅块。

作为优选，所述水槽的材料为亚克力透明有机玻璃，滑道为钢质材料。

在本发明中，游标定位加载装置通过定位加载，可任意调整船模重心位置。外部设有挂环，可配置浮球以改变船模入水后的浮力大小。船模与木质滑板连接，在船模自身重力的作用下，可沿倾斜式滑道滑入水槽，所述滑道可伸缩以改变滑道长度，滑道一端铰支，一端由千斤顶控制，可改变滑道的倾斜角。

所述应力传感器与所述信号调理与采样系统连接，信号调理及采样系统与所述终端连接，视频采集摄像头可依附在水槽侧壁上，并与计算机终端连接。所述应力传感器的设置点包括船模首、尾部和平板龙骨的舱内一侧。为方便摄像头采集视频，所述水槽材料采用亚克力透明有机玻璃，玻璃内侧配有刻度尺，方便读取水位信息。

所述船模材料采用船用q235钢，保证船模的下水性能可与实船进行缩尺换算。所述信号调理及采样系统包括电荷放大器和多通道数据采集仪，电荷放大器的输入端与各应力传感器连接，其输出端与所述多通道数据采样仪连接，多通道数据采集仪与所述终端连接，通过终端显示采集数据。

按实船下水数据的计算结果，调整滑道倾角与长度，调整船舶的重心位置，可重复再现船舶下水过程。通过调低滑道倾角，可演示下水故障中的船模无法下滑故障。通过游标定位加载装置改变船模的重心位置，可演示下水故障中的首跌落和尾跌落现象，并通过探讨和试验，提出解决不同故障的方法。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、此实验装置是模拟船舶纵向涂油滑道下水的实验装置，由于实船建造周期长和距离教学区远等各种原因，学生对于船舶下水的认识，仅停留在理论和电教片的层面上。通过本装置的缩尺模拟，可使学生对船舶下水有一个更直观的认识。

2、由于实际船舶造价昂贵，船舶下水故障是工程人员不愿意面对的，实际船舶在下水前都经过周密的下水计算，出现故障的概率不大。本实验装置为了深入探究下水故障，可通过改变滑道倾角和游标定位加载装置，人为改变船模的下水参数，得到各种故障状态，更有利于实验教学。

3、由于本实验装置配有游标定位加载装置，可以定量控制下水参数，且船模用钢与实际船舶用钢相同，所以通过比例换算，可以在实际船舶下水前，进行船模下水试验，为实际船舶下水提供参考数据，将实际船舶下水故障概率降到最低。

附图说明

图1为实验装置总体图；

图2为船模与船台俯视图；

图3为游标定位加载装置图；

图4为船模尾跌落示意图；

图5为船模首跌落示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的一种船舶纵向涂油滑道下水的实验装置，包括平台，所述平台的一端铰接在支架上，另一端安装在可升降装置上，可升降装置为千斤顶10，在平台上安装有滑道8，在滑道8上放置有船模3，滑道8上还可以设置下水支架6，下水支架6为木质材料，平台的一侧安装有水槽1，水槽1内放置有刻度尺2，在水槽1外设置有高清摄像头9；在船模3上安装有应力传感器7，应力传感器7依次与电荷放大器12、多通道信号采集仪13和计算机14连接，计算机14与高清摄像头9连接。

在本发明中，所述船模3上安装有游标定位加载装置11，游标定位加载装置11上放置有砝码，所述游标定位加载装置11由三个垂直交叉连接的钢条，即第一钢条、第二钢条和第三钢条，所述第一钢条固定安装在船模3上，第二钢条和第三钢条均垂直第一钢条安装，第二钢条和第三钢条均设有腰形槽，第二钢条和第三钢条通过螺栓穿过腰形槽固定在第一钢条上，砝码可在腰形槽内滑动。所述第一钢条也设有腰形槽，第二钢条和第三钢条可沿第一钢条滑动。

一、实验装置的制作：

为了保证船模3在比例缩尺后的可信度，船模材料采用船用q235钢，船模3中的游标定位加载装置11的材料为普通钢，加载砝码材料为铅块。为了方便水槽1外的摄像头9采集视频数据，水槽1材料为亚克力透明有机玻璃。下水支架6为木质材料，滑道8为钢质材料。

如图3所示的实施例中，所述游标定位加载装置11由三个垂直交叉连接的第一钢条l1、第二钢条l2、第三钢条l3组成，第二钢条和第三钢条上的p1和p2处可加载砝码，并由螺栓固定。钢条上设有标准刻度，通过调整钢条，可使砝码在水平面内实现任意位置加载，模仿船体设备和构件，从而使船模与实船的重心在同一位置。也可以人为恶化船模3的重心位置，达到试验探究的理想故障状态。

如图4至图5所示，滑道8通过千斤顶10可以改变倾斜角度，并通过刻度尺测量千斤顶的起升高度d2和千斤顶至铰支的距离d1，计算出当前滑道的精确倾斜角θ＝arctan(d2/d1)。

此外，船模3尾部外侧还设有挂环4，可悬挂浮球5，以模拟实际船舶的浮箱，改变船模3入水后的浮力大小。

二、测量仪器的安装：

首先在水槽1深度方向安装刻度尺2用来测量水位，模拟实际船舶下水的潮位，通过改变水位大小来模拟实际潮位的大小。其次关于应力传感器7安装位置的选择，优先设置在船模3的首尾两端舱内壁上和平板龙骨的内壁上。因为下水事故主要为首尾跌落，在跌落时，船模3与水面产生剧烈砰击，局部应力巨大，容易对船体结构造成损伤。而船舶在下水时，承受全船重量的平板龙骨与下水支架6之间有很大的静摩擦力，也容易对船体构件造成损伤。将应力传感器7安装好后，依次与电荷放大器12、多通道信号采集仪13、高清摄像头9和计算机14连接。

三、实验操作：

整个船模下水实验装置制作完成后，可按如下不同事故进行试验探究：

(一)船模不能下滑或中途停滑：

根据已成功下水的实船下水数据，调整船模3上的游标定位加载装置11，将重心调至正确位置，但是滑道8坡度θ小于正常值，则船模3不能正常下水。并实时同步采集船模所受应力与下水状态视频，分析船模构件受力大小与时间的关系。

要使船模3在滑道8上能自行下滑，必须使下水总重量产生的滑道方向的分力大于支架6和滑道8之间的摩擦力，简化后为：θ＞μ，其中μ为下水油脂的静摩擦系数，本实验为已知数据0.035。连续微调千斤顶10的提升高度，当船模3能够滑下时，停止调动千斤顶10，测量此时千斤顶的提升高度d2和千斤顶至铰支的距离d1，通过上述公式得到滑道8的倾斜角，与已知数据做对比，验证理论的正确性。

(二)船模尾跌落：

如图4所示，由于重力对滑道末端的力矩大于浮力对滑道末端的力矩，船模3将以滑道末端为支点发生仰倾，即尾跌落。并实时同步采集船模所受应力与下水状态视频，分析船模构件受力大小与时间的关系。

实验中，保持滑道8的正常坡角θ，调节游标定位加载装置11中的钢条第二钢条，将船模3重心调离正确位置，向尾部移动，则发生尾跌落现象。此时的建议解决措施有：

①连续微调千斤顶10，增大滑道坡度θ。

②调节可伸缩入水滑道8，增加滑道8入水部分的长度。

③通过游标定位加载装置11，在钢条第三钢条上加载砝码，并向首部移动、固定，使船模3重心向首部移动。

④在船模3尾部的挂环4上悬挂浮球5，增加船模3入水部分的浮力。

⑤向水槽1内注水，升高船模3下水潮位等。

通过以上解决措施，可有效模拟下水故障和对应的解决措施。

(三)船模首跌落：

如图5所示，若首支架6离开滑道末端的瞬间，船模3浮力仍小于下水总重量，则出现船首猛然跌落的现象，即首跌落。并实时同步采集船模所受应力与下水状态视频，分析船模构件受力大小与时间的关系。

实验中，保持滑道8的正常坡角θ，调节游标定位加载装置11中的钢条第三钢条，将船模3重心调离正确位置，向首部移动，则发生首跌落现象。此时的建议解决措施有：

①调节可伸缩入水滑道8，增加滑道8入水部分的长度。

②通过游标定位加载装置11，在钢条第二钢条上加载砝码，并向尾部移动、固定，使船模3重心向尾部移动。

③向水槽1内注水，升高船模3下水潮位等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。