应急拖带装置工作时运动仿真方法与流程

本发明涉及应急拖带装置，尤其涉及应急拖带装置工作时运动仿真方法。

背景技术：

随着经济的不断发展，国际贸易日益频繁，海洋运输已经成为国际贸易中主要的运输方式。应急拖带装置是一套安装在船艏及船艉的快速拖带装置，其作用是当船舶在发生意外或失去动力时，能够快速、方便的连接到拖轮，并由拖轮将失事船舶拖离现场，从而减少事故恶化的程度。

船舶甲板面积有限，安装设备较多，为了满足船舶在发生意外或失去动力时应急拖带装置的正常运转，不与其他设备发生碰撞，以及由于拖链的转角过小而影响实际拖带过程，需要合理地布置应急拖带装置的位置。由于应急拖带装置体型大，质量大，船舶设施的布置各不相同，现场调整装置的位置难度较大，因此需要进行应急拖带装置工作时运动仿真，优化安装位置。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供应急拖带装置工作时运动仿真方法，以便对应急拖带装置的安装位置进行调整、优化，保证拖带过程的顺利进行，提高拖链的使用寿命。

技术方案：应急拖带装置工作时运动仿真方法，包括以下步骤：

(1)分别建立船艏或船艉、应急拖带装置和拖索的三维模型；

(2)将应急拖带装置安装到船艏或船艏上后，进行运动优化，调整安装位置；

(3)创建运动算例，进行应急拖带装置的运动仿真；

(4)在结果图解中，检测仿真过程中系泊绞车的卷筒、导缆器在水平方向力的变化；对抛投索将拖链牵引到事故船舶上的过程进行干涉检查；

(5)新建设计算例，配置变量、约束、优化目标。

步骤(1)中，应急拖带装置三维模型包括锚机、止链器、导缆器、系泊绞车和卸扣，拖索的三维模型中拖链的链环连接设置为柔性。

步骤(2)中，建立将拖索牵引到事故船舶上的抛投索的三维模型。

步骤(3)中，运动仿真过程包括使用抛投索将拖船上的拖链牵引到事故船舶上，以及事故船舶的锚链与拖船的拖链连接两个阶段。仿真时，运动算例的类型为motion分析，对拖链、卸扣和抛投索添加竖直向下的引力，对系泊绞车的卷筒添加马达，对系泊绞车的卷筒与支架的连接处添加摩擦系数。将事故船舶上的锚链与拖船上的拖链用卸扣连接，为锚机链轮添加旋转电机，完成拖带连接。

步骤(5)中，对系泊绞车的卷筒、导缆器添加传感器，设置系泊绞车、锚机和导缆器的位置参数，根据计算结果调整系泊绞车、锚机和导缆器的安装位置。

有益效果：与现有技术相比，本发明对应急拖带装置的安装位置进行调整、优化，使拖链在拖带过程中有较大的角度，保证拖带过程的顺利进行，提高拖链的使用寿命。

附图说明

图1为仿真流程图；

图2为应急拖带装置仿真示意图。

具体实施方式

本实施方式中采用船艏拖带、锚链与拖船拖索的拖带方式，如图1所示，具体仿真步骤为：

(1)在solidworks中进行三维建模：

(11)建立船艏1:1三维模型；船艏作为应急拖带装置的安装平台，甲板结构根据实际尺寸建立，保留导缆孔，对储链舱和锚链筒进行简化。

(12)建立应急拖带装置的三维模型，采用卧式电动锚机，锚机链轮与基座采用同轴配合，型号选择与止链器相匹配，保证锚机安装后锚链筒、制链器和链轮成一线；采用单卷筒电动绞车，卷筒与基座采用同轴配合，卷筒直径大于系缆索直径的16倍，卷绕10圈缆索；采用单滚轮导缆器，导缆器的滚轮大于7倍系缆索直径，滚轮旁设置羊角结构，避免系缆索松弛滚落到甲板。

(13)建立拖索的三维模型，拖索、锚链采用同种链环结构，先对单个锚链环进行建模，在链环的内侧一端放置凹半球，另一端放置凸半球，两个半球大小相同；新建装配体，添加100个锚链环，将相邻两个链环内侧的凹半球与凸半球配合，配合关系为重合。

(2)在船艏甲板上安装应急拖带装置的机械设施，具体步骤为：(21)在船艏甲板建立笛卡尔坐标系，坐标原点为甲板建模原点，指向船头方向为x轴正方向，偏向左舷方向为y轴正方向。(22)安装锚机，锚机基座的下表面与船艏甲板采用重合配合，水平位置为相对于坐标原点的距离；锚机在甲板所在平面x轴方向可移动的距离为l11，l12，y轴方向可移动的距离为l13，l14。(23)按照上述方法安装止链器、导缆器、系泊绞车，保证安装位置对称，同一机械设施可移动距离相同；止链器在甲板所在平面x轴方向可移动的距离为l21，l22，y轴方向可移动的距离为l23，l24；导缆器在甲板所在平面x轴方向可移动的距离为l31，l32，y轴方向可移动的距离为l33，l34；系泊绞车在甲板所在平面x轴方向可移动的距离为l41，l42，y轴方向可移动的距离为l43，l44。(24)在装配体中创建抛投索的三维模型，首先在右侧系泊绞车端面上先绘制6圈涡状线，用于仿真时的抛投索缠绕的部分；然后在抛投索经过的路径上绘制3d草图，使用扫描路径创建抛投索；同理绘制左侧系泊绞车上的系泊索。使用卸扣将右舷抛投索与拖索连接起来，选择的配合方式为铰链配合。

(3)如图2所示，在solidworksmotion中创建运动算例，进行应急拖带装置的运动仿真，仿真过程包括两个阶段：第一阶段为使用抛投索将拖船上的拖链牵引到事故船舶上，第二阶段事故船舶的锚链与拖船的拖链连接，然后完成拖带过程。具体步骤为：

(31)点击“引力”选项，对拖链、卸扣、抛投索添加重力，在“引力参数”中选择“z”，在“数字引力值”中，输入“9806.65”mm/s²。(32)在将拖船上的拖链牵引到事故船只的过程中，抛投索、拖链与导缆孔、导缆器之间存在滑动摩擦，在“接触”选项中选择“曲线”接触，摩擦系数选择为默认值。(33)设置时间参数，当拖链跟随抛投索运动到甲板上时，左侧系泊绞车上的系泊索与拖链通过卸扣相连，使拖链保持10kn的张力；右侧系泊绞车上抛投索与拖链解除连接。(34)将事故船舶的锚链与拖船上的拖链用卸扣连接，配合关系为铰链配合，为锚机链轮添加旋转电机，方向为拉紧锚链的方向；设定时间参数，当到达指定位置时，将锚机链轮固定。(35)为拖链添加1000kn的拖带力，方向为与甲板平面的夹角为30°。

(4)在结果图解中，检测仿真过程中系泊绞车的卷筒、导缆器在水平方向力的变化；在抛投索将拖船上的拖链牵引到事故船舶上的过程中，进行干涉检查，保证抛投索运动路径中不发生干涉。

(5)新建设计算例，进行运动优化，调整锚机、导缆器、系泊绞车的安装位置，具体步骤为：

(51)对系泊绞车的卷筒、导缆器添加传感器，设置最大接触力，接触力的大小为设计的许用力.。(52)设置设计算例的变量，在笛卡尔坐标系中，将锚机的x、y位置参数设为变量，约束类型设置为范围，x方向最小值为l11，最大值为l12，y方向最小值为l13，最大值为l14；同理，设置系泊绞车、导缆器的位置参数。(53)在上述的仿真过程中，拖船上的拖索与抛投索的夹角为∠1，与系泊索的夹角为∠2，与锚链的夹角为∠3，设置参数∠4，令∠4＝∠1+∠2+∠3，设置∠4为优化目标，优化的目标值为角度数值最大化。(54)运行设计算例，通过迭代计算得到一个收敛解，对话框中显示在给定范围内，可调位置的最优解；根据优化结果调整锚机、系泊绞车、导缆器的安装位置。