基于异形加强结构的分段滑道连接桅杆的制作方法

本发明涉及风帆船舶建造技术领域，更具体地说，涉及一种基于异形加强结构的分段滑道连接桅杆。

背景技术：

风帆船舶应用钢质翼面帆是创新项目，钢质翼面帆的风帆桅杆采用类似于起重机的伸缩式悬臂结构。如图1所示，现有技术中的桅杆从上至下分为三部分，分别为位于上部的第一桅杆杆件1、通过第一滑道套4接于第一桅杆杆件1下部外围的第二桅杆杆件2，以及通过第二滑道5套接于第二桅杆杆件1下部外围的第三桅杆杆件3；

在桅杆升起状态下，三段桅杆杆件之间的连接点处在横向风载或惯性力作用下会产生相互挤压，三段桅杆杆件之间的滑道搭接位置的顶端部承受较大的力的作用，桅杆拐角处端部盖板所受挤压最为严重，强度极易不满足规范要求。扩大桅杆截面尺寸、单纯增加板厚或改用其他高强度材料等方式，不能满足设计、重量、焊接工艺等要求。经实验得出单纯增加板厚对高应力区几乎没有效果。因此，如何对风帆桅杆端部的结构形式进行设计，实现桅杆之间高应力部位结构强度成为重中之重。

技术实现要素：

本发明的目的是解决风帆桅杆端部连接处高应力集中的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于异形加强结构的分段滑道连接桅杆，包括用于支撑由内曲面(亦或说月牙的内侧曲面，显然，内曲面指的是曲率较小的那个曲面)和外曲面构成且呈现月牙状的风帆的桅杆，桅杆从上至下分为三部分，分别为位于上部的第一桅杆杆件、通过第一滑道套接于第一桅杆杆件下部外围(外围意味着第一桅杆杆件套设于第二桅杆杆件的内部)的第二桅杆杆件，以及通过第二滑道套接于第二桅杆杆件下部外围的第三桅杆杆件，第一桅杆杆件、第二桅杆杆件和第三桅杆杆件均为矩形中空杆，其特征在于：

第三桅杆杆件的顶端的两个顶角(这里的顶角对应于上面说到的矩形中空杆的矩形的顶点)处均背离第三桅杆杆件的轴向朝外水平连接有水平盖板，两个顶角为临近风帆的内曲面的两个顶角(之所以选这两个顶角，是因为内曲面与桅杆的交接处留有足够的空间，而外曲面和桅杆的交接处留出的空间则比较小)；

水平盖板的外边缘倾斜向下连接有倾斜外板，倾斜外板与第三桅杆杆件的外壁相接形成交接线，交接线与水平盖板的竖直距离为0.3～0.5m；

倾斜外板与第三桅杆杆件的外壁在交接线形成的夹角α在以下范围：6°≤α≤9°；

水平盖板和倾斜外板的两侧分别通过一块过渡板连接(一侧一块过渡板)，过渡板还与第三桅杆杆件的外壁相接；

第三桅杆杆件的外壁、水平盖板、倾斜外板以及过渡板围成一个中空区域，在中空区域内还设置有多块与水平盖板平行的加强隔板。(加强隔板的边缘与中空区域的边界相交)

优选的，过渡板为三角形板。

优选的，过渡板与第三桅杆杆件的外壁垂直。

优选的，水平盖板、倾斜外板、过渡板以及第三桅杆杆件的外壁之间(指的是两两之间的连接)的连接方式均为焊接。

本发明根据风帆结构的受力分析和风帆结构的空间布局，对应力最大的第三桅杆杆件顶部的拐角位置结构进行设计，根据风帆的受力方向选择了其中两个顶角进行加固；加固的方式为在外壁加固而非在桅杆内部的各杆件接触面附近进行加固(由于空间受限在接触面附近的加固非常困难，这是桅杆加固的主要难点)，这使得操作变得非常简便；该设计方式使得桅杆顶端截面的惯性矩得到提升，从而减小了顶端面拐角位置附近的应力，使得该处的结构强度和稳定性性得到提升。加固过程中，综合考虑桅杆的结构以及应力分布选取了适当的参数(交接线与水平盖板的竖直距离为0.3～0.5m，倾斜外板与第三桅杆杆件的外壁在交接线形成的夹角α满足6°≤α≤9°)，且几块加固板形成了中空的区域，可以让桅杆重量的增加尽可能减少。可见，该发明在保证控制桅杆重量增加最少且满足三段桅杆杆体连接无障碍的前提下，增大了桅杆高应力区的结构强度。

附图说明

图1是现有技术桅杆的整体结构示意图；

图2是图1中第三桅杆杆件的示意图；

图3是图2中a向视图；

图4是本发明桅杆沿图2中的a向视图；

图5是图4中的b向视图。

其中：1、第一桅杆杆件；2、第二桅杆杆件；3、第三桅杆杆件；4、第一滑道；5、第二滑道；6、水平盖板；7、过渡板；8、倾斜外板；9、外壁；10、交接线，11、异形加强结构。

具体实施方式

如图1所示，传统的分段滑道连接桅杆从上至下分为三部分，分别为位于上部的第一桅杆杆件1、通过第一滑道4套接于第一桅杆杆件1下部外围的第二桅杆杆件2，以及通过第二滑道5套接于第二桅杆杆件2下部外围的第三桅杆杆件3，第一桅杆杆件1、第二桅杆杆件2和第三桅杆杆件3均为矩形中空杆；

图2单独显示出第三桅杆杆件3，图3显示出图2中的a向视图(俯视图)，可以看到第三桅杆杆件3呈现近似于矩形的构型，有四个顶角(或者说顶点)，本发明桅杆与传统桅杆的不同就在于，在这四个顶角中的两个顶角处增设起加固作用的异形加强结构11，如图4所示。

那么，选择哪两个顶点呢？

首先，桅杆是用来支撑风帆的，而风帆(未画出)由两个曲面构成且呈现月牙状，我们称曲率较小(处于内侧)的那个曲面为内曲面，称曲率较大(处于外侧)的那个曲面为外曲面；在架设风帆于桅杆时，内曲面和外曲面搭设在上述四个顶角，内曲面搭设在其中两个顶角，外曲面搭设在另外两个顶角，我们选取内曲面所搭设的两个顶角进行加固，因为其留有的空间比较多，它对应于图4中位于下方的两个顶角。

接下来描述异性加强结构。如图5所示为从图4中的b向看去的视图，在上述两个顶角处均背离第三桅杆杆件3的轴向朝外水平连接有水平盖板6；水平盖板6的外边缘倾斜向下连接有倾斜外板8，倾斜外板8与第三桅杆杆件3的外壁9相接形成交接线10，交接线10与水平盖板6的竖直距离为0.3～0.5m；

倾斜外板8与第三桅杆杆件3的外壁9在交接线10形成的夹角α在以下范围：6°≤α≤9°；经计算得知这是较好的范围，而α的具体取值可通过桅杆顶端部结构与邻近外部结构物之间的可调整空间确定。

除此之外，水平盖板6和倾斜外板8的两侧分别通过一块过渡板7连接(图中只显示出其中一侧的过渡板7，在另一侧还有一块过渡板7)，过渡板7还与第三桅杆杆件3的外壁9相接；过渡板7优选为三角形板，较为节省材料且足够稳定；在合适的情况下，可以尽量选择过渡板7和外壁9垂直。

第三桅杆杆件3的外壁9、水平盖板6、倾斜外板8以及过渡板7围成一个中空区域，在中空区域内还设置有多块与水平盖板6平行的加强隔板(这在图中未画出，但很容易想象出)，加强隔板的边缘与中空区域的边界相交。中空的一大优点是，可以减少整个桅杆的重量。

以上的连接方式均可优选选为焊接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于异形加强结构的分段滑道连接桅杆，包括位于上部的第一桅杆杆件、通过第一滑道套接于第一桅杆杆件下部外围的第二桅杆杆件，以及通过第二滑道套接于第二桅杆杆件下部外围的第三桅杆杆件，第一桅杆杆件、第二桅杆杆件和第三桅杆杆件均为矩形中空杆；第三桅杆杆件的顶端的两个顶角处均背离第三桅杆杆件的轴向朝外水平连接有水平盖板，两个顶角为临近风帆的内曲面的两个顶角；水平盖板的外边缘倾斜向下连接有倾斜外板；水平盖板和倾斜外板的两侧分别通过一块过渡板连接；该发明在保证控制桅杆重量增加最少且满足三段桅杆杆体连接无障碍的前提下，增大了桅杆高应力区的结构强度。

技术研发人员：侯玉品;彭贵胜;陈立;赵晓玲;王景洋;李文贺;张倩;王昆鹏;钱静;从海东;王艳妮;卢冉;张祺
受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司
技术研发日：2018.12.07
技术公布日：2019.03.22