CN110441017B - 一种船舶碰撞事故试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶碰撞事故试验系统及试验方法中，各牵引导向装置包括了可移动滑板及驱使可移动滑板的滑移机构，与各船模上的杆件相卡接的定向控制机构固定在可移动滑板的底部，当试验未能达到预定速度时，通过滑移机构控制可移动滑板进行横向移动，即可对各船模的相对位置进行调整，使其相互错开从而避免无效碰撞的发生，为试验的安全提供了保障；同时，限位结构的设置能确保电机制动故障后，牵引导向装置得以被阻挡，实现紧急情况下的安全控制，此发明用于水路运输碰撞研究领域。

Description

一种船舶碰撞事故试验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及水路运输碰撞研究领域，特别是涉及一种船舶碰撞事故试验系统及试验方法。

背景技术

随着我国水路运输的发展，船舶碰撞的事故时有发生。船舶碰撞通常会造成较为严重的后果,如人员伤亡、财产损失、船舶沉陷、水域污染等,当前的技术条件还不可能完全杜绝船舶碰撞状况的发生。为了研究船舶碰撞事故的内在机理，世界上很多组织进行此类研究，提出了相当多的经验公式以及有限元模拟仿真方法等，但因计算结果出入较大以及建模工作繁琐等原因，至今仍未得到统一的方法。此外，由于船舶实尺度碰撞会耗费大量的人力、物力和财力，所以建造一种船舶碰撞事故模拟试验系统进行小尺度缩比试验是一种非常理想可行的方法。通过建立此种试验系统，可以研究船舶碰撞事故内在机理、为碰撞事故调查提供验证方案、并可以发现船舶设计缺陷提升船舶安全系数。而现有的试验系统中，较少有考虑到避免无效碰撞发生的相关设置，试验的安全性和有效性不能得到保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效避免无效碰撞事故发生的船舶碰撞事故试验系统及试验方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种船舶碰撞事故试验系统，包括水池、至少一个设于所述水池内的船模、架设在所述水池周边的至少一台测速仪和高速摄像机，各所述船模内均置有冲击力传感器，所述水池的上方设置分别引领各船模运动的牵引导向装置，各所述牵引导向装置包括沿水池宽度方向滑动的可移动滑板、驱使所述可移动滑板的滑移机构，所述可移动滑板的底部设有控制船模前进方向的定向控制机构，所述船模上固定有与定向控制机构相卡接的杆件，各所述牵引导向装置利用电机驱动向前，所述水池的两侧顶部分别配置至少一个阻挡牵引导向装置前行的限位结构，两侧的各所述限位结构对称设置。

进一步作为本发明技术方案的改进，各所述限位结构均为可滑动装配在水池两侧的可移动导轨，各所述可移动导轨的中部分别凸起形成减速顶。

进一步作为本发明技术方案的改进，各所述牵引导向装置还包括横跨水池两侧的驱动小车，各所述驱动小车的两车轴的侧面分别开设供可移动滑板的两侧卡入的滑槽，各所述滑槽的长度大于可移动滑板的侧边长度。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述水池的两侧顶部分别铺设供驱动小车行驶的轨道，各所述轨道均从水池的一端延伸至另一端，各所述可移动导轨均安装在轨道上。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述定向控制机构包括一前一后间隔分布的扇形控制结构和U型控制结构，所述杆件包括分别位于船模的前端和后端的第一竖杆、第二竖杆，所述第一竖杆与扇形控制结构相卡接，所述第二竖杆与U型控制结构相卡接，所述第二竖杆的高度低于扇形控制结构所在位置的高度。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述电机安装在可移动滑板的上表面，所述滑移机构包括通过电机驱动的垂直齿轮，所述垂直齿轮的表面与可移动滑板的上表面相互平行，两所述车轴的同一端分别装配一定滑轮，两所述定滑轮与垂直齿轮之间通过传送带套连。

进一步作为本发明技术方案的改进，各所述驱动小车的每个车轮上均装设有制动器，各所述驱动小车分别设有转速仪，所述转速仪与电机、电机与制动器之间分别通过电信号相连。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述船模包括拼接成一体的船头与船体，所述船头与船体之间通过铆钉组合连接，所述冲击力传感器装于船头与船体的连接处。

一种船舶碰撞事故试验系统改进的试验方法，包括如下步骤：

S1：将水池置于一平台上，并在所述水池两端及两侧的平台上分别架设至少一台测速仪和高速摄像机；

S2：在所述水池内放置船模，在各船模内安装冲击力传感器后，将两所述船模分别放置在水池的两端，或者将一所述船模放置在水池的一端，在所述水池的另一端放置一桥墩；

S3：在所述水池上方设置与船模数量相同的牵引导向装置，各所述牵引导向装置的下方设有定向控制机构，将各所述船模与定向控制机构相连接后，调整并固定各所述船模的前进方向；

S4：启动位于所述牵引导向装置上的电机，各所述船模在牵引导向装置的牵引下作加速运动；

S5：当所述船模的速度达到预定的碰撞速度后，所述电机开始制动使牵引导向装置减速直至停止，此时所述船模在惯性作用下与定向控制机构分离；

S6：所述船模由于惯性继续向前运动与另一船模或者桥墩完成碰撞过程，所述测速仪获取碰撞瞬间船模的速度值，所述高速摄像机捕捉记录整个碰撞过程，所述冲击力传感器测量记录碰撞力数据。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述步骤S1中，在所述水池两侧的顶部分别安装一限位结构，各所述限位结构均为可滑动装配在水池两侧的可移动导轨，各所述可移动导轨的中部分别凸起形成减速顶，当所述电机发生故障，无法完成紧急制动时，两所述限位结构对驱动小车进行阻挡完成制动。

本发明的有益效果：此船舶碰撞事故试验系统及试验方法中，各牵引导向装置包括了可移动滑板及驱使可移动滑板的滑移机构，与各船模上的杆件相卡接的定向控制机构固定在可移动滑板的底部，当试验未能达到预定速度时，通过滑移机构控制可移动滑板进行横向移动，即可对各船模的相对位置进行调整，使其相互错开从而避免无效碰撞的发生，为试验的安全提供了保障；同时，限位结构的设置能确保电机制动故障后，驱动小车得以被阻挡，实现紧急情况下的安全控制。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的系统布置图；

图2是本发明实施例牵引导向装置的俯视图；

图3是本发明实施例可移动滑板与船模的连接关系图；

图4是本发明另一实施例的系统布置图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1，为本发明的一种实施例，提供了一种船舶碰撞事故试验系统，包括水池1、两个设于水池1内的船模2、架设在水池1周边的至少一台测速仪8和高速摄像机9，两船模2分别位于水池1的两端，各船模2内均置有冲击力传感器，水池1的上方设置分别引领各船模2运动的牵引导向装置3，各牵引导向装置3包括沿水池1宽度方向滑动的可移动滑板32、驱使可移动滑板32的滑移机构，可移动滑板32的底部设有控制船模2前进方向的定向控制机构，船模2上固定有与定向控制机构相卡接的杆件，各牵引导向装置3利用电机311驱动，水池1的两侧顶部分别配置一个阻挡驱动小车的限位结构，两侧的各限位结构对称设置。进一步地，各电机311均采用直流电动机。

此船舶碰撞事故试验系统，各牵引导向装置3包括了可移动滑板32及驱使可移动滑板32的滑移机构，与各船模2上的杆件相卡接的定向控制机构固定在可移动滑板32的底部，当试验未能达到预定速度时，通过滑移机构控制可移动滑板32进行横向移动，即可对各船模2的相对位置进行调整，使其相互错开从而避免无效碰撞的发生，为试验的安全提供了保障；同时，限位结构的设置能确保电机311制动故障后，驱动小车得以被阻挡，实现紧急情况下的安全控制。

如图1所示，各牵引导向装置3还包括横跨水池1两侧的驱动小车31，各驱动小车31的两车轴的侧面分别开设供可移动滑板32的两侧卡入的滑槽，各滑槽的长度大于可移动滑板32的侧边长度，以便于可移动滑板32进行横向滑移。进一步地，各限位结构采用了可滑动装配在水池1两侧的可移动导轨4，各可移动导轨4的中部分别凸起形成减速顶。通过调整可移动导轨4的前后安装位置，可调出满足不同试验情况下的船模2加速所需的长度要求；而减速顶的设置，可实现对驱动小车31的缓慢制动，避免紧急制动下驱动小车31与可移动导轨4发生撞击导致损毁，提高了试验系统的安全性，也有效保护了各部件的完好程度。

在某些实施例中作为优选地，水池1的两侧顶部分别铺设供驱动小车31行驶的轨道，各轨道均从水池1的一端延伸至另一端，各可移动导轨4均安装在轨道上。

参考图3，本实施例中，船模2包括拼接成一体的船头23与船体24，船头23与船体24之间通过铆钉组合连接，其冲击力传感器装于船头23与船体24的连接处。同时，定向控制机构包括一前一后间隔分布的扇形控制结构51和U型控制结构52，杆件包括分别位于船体24的前端和后端的第一竖杆21、第二竖杆22，第一竖杆21与扇形控制结构51相卡接，第二竖杆22与U型控制结构52相卡接，第二竖杆22的高度低于扇形控制结构51所在位置的高度。当船模2速度达到试验预定速度后，驱动小车31在电机311的制动下停止前进，船模2在惯性的作用下继续向预定方向前行，此时扇形控制结构51和U型控制结构52分别与第一竖杆21和第二竖杆22脱离，由于第二竖杆22高度比扇形控制结构51所在位置的高度低，故而不会对船模2的前进造成阻拦，避免对试验的顺利进行产生影响。

根据图2所示，本实施例中，电机311安装在可移动滑板32的上表面，滑移机构包括通过直流电动机驱动的垂直齿轮61，垂直齿轮61的表面与可移动滑板32的上表面相互平行，两车轴的同一端分别装配一定滑轮62，两定滑轮62与垂直齿轮61之间通过传送带63套连。直流电动机反转时，带动垂直齿轮61转动进而拉动传送带63，在直流电动机不断反向施力的过程中，传送带63逐渐收紧，并拉动可移动滑板32实现横向位移，使得两船模2的相对位置横向错开，避免了无效碰撞的发生，有效保护了系统内的各部件不受不必要的损坏。

进一步地，各驱动小车31的每个车轮上均装设有制动器312，各驱动小车31分别设有转速仪7，转速仪7与电机311、电机311与制动器312之间分别通过电信号相连。本实施例中的各制动器312均为盘式制动器。此时进一步作为优选地，U型控制结构52通过螺丝可转动地安装在可移动滑板32的底部，并与转速仪7通过电信号相连通。当船模2未能在规定距离内完成加速任务，首先转速仪7发出紧急制动信号，电机311受到该信号后开启紧急制动模式，盘式制动器进行紧急制动，驱动小车31停止前行，同时U型控制结构52接收转速仪7所发出的紧急制动信号控制，进行180度旋转，对第二竖杆22进行阻挡，从而阻止两船模2继续前进，避免两船模2发生碰撞，减少损失的产生。

本实施例当中，作为优选地，水池1内安装有造波机，以实现不同海况条件下模拟实验的要求。且在水池1的外围设置若干照明灯10，使试验环境始终处于明亮的状态，从而确保高速摄像仪能清晰记录船模2的碰撞过程动态。

如图1和图4所示，提供了两种实施例下的船舶碰撞事故试验方法，包括如下步骤：

S1：将水池1置于一平台上，并在水池1两端及两侧的平台上分别架设至少一台测速仪和高速摄像机；

S2：在水池1内放置船模2，在各船模2内安装冲击力传感器后，将两船模2分别放置在水池1的两端，或者将一船模2放置在水池1的一端，在水池1的另一端放置一桥墩11；

S3：在水池1上方设置与船模2数量相同的牵引导向装置3，各牵引导向装置3的下方设有定向控制机构，将各船模2与定向控制机构相连接后，调整并固定各船模2的前进方向；

S4：启动位于牵引导向装置3上的电机311，各船模2在牵引导向装置3的牵引下作加速运动；

S5：当船模2的速度达到预定的碰撞速度后，电机311开始制动使牵引驱动装置减速直至停止，此时船模2在惯性作用下与定向控制机构分离；

S6：船模2由于惯性继续向前运动与另一船模2或者桥墩11完成碰撞过程，测速仪获取碰撞瞬间船模2的速度值，高速摄像机捕捉记录整个碰撞过程并记录碰撞位置，冲击力传感器测量记录碰撞力数据；

S7：利用收集到的船模2速度值、碰撞力数据，结合碰撞的位置、碰撞角度，完成试验分析工作。

作为本发明优选的实施方式，步骤S1中，在水池1两侧的顶部分别安装一限位结构，各限位结构均为可滑动装配在水池1两侧的可移动导轨4，各可移动导轨4的中部分别凸起形成减速顶，当电机311发生故障，无法完成紧急制动时，两侧的限位结构对驱动小车31进行阻挡完成制动。进一步地，本实施例中的桥墩11采用混凝土材质，以保证撞击过程中桥墩11不被撞飞，确保试验的顺利进行。

当然，本发明的设计创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种船舶碰撞事故试验系统，其特征在于：包括水池(1)、至少一个设于所述水池(1)内的船模(2)、架设在所述水池(1)周边的至少一台测速仪(8)和高速摄像机(9)，各所述船模(2)内均置有冲击力传感器，所述水池(1)的上方设置分别引领各船模(2)运动的牵引导向装置(3)，各所述牵引导向装置(3)包括沿水池(1)宽度方向滑动的可移动滑板(32)、驱使所述可移动滑板(32)的滑移机构，所述可移动滑板(32)的底部设有控制船模(2)前进方向的定向控制机构，所述船模(2)上固定有与定向控制机构相卡接的杆件，各所述牵引导向装置(3)利用电机(311)驱动向前，所述水池(1)的两侧顶部分别配置至少一个阻挡牵引导向装置(3)前行的限位结构，两侧的各所述限位结构对称设置，各所述限位结构均为可滑动装配在水池(1)两侧的可移动导轨(4)，各所述可移动导轨(4)的中部分别凸起形成减速顶。

2.根据权利要求1所述的船舶碰撞事故试验系统，其特征在于：各所述牵引导向装置(3)还包括横跨水池(1)两侧的驱动小车(31)，各所述驱动小车(31)的两车轴的侧面分别开设供可移动滑板(32)的两侧卡入的滑槽，各所述滑槽的长度大于可移动滑板(32)的侧边长度。

3.根据权利要求2所述的船舶碰撞事故试验系统，其特征在于：所述水池(1)的两侧顶部分别铺设供驱动小车(31)行驶的轨道，各所述轨道均从水池(1)的一端延伸至另一端，各所述可移动导轨(4)均安装在轨道上。

4.根据权利要求2所述的船舶碰撞事故试验系统，其特征在于：所述定向控制机构包括一前一后间隔分布的扇形控制结构(51)和U型控制结构(52)，所述杆件包括分别位于船模(2)的前端和后端的第一竖杆(21)、第二竖杆(22)，所述第一竖杆(21)与扇形控制结构(51)相卡接，所述第二竖杆(22)与U型控制结构(52)相卡接，所述第二竖杆(22)的高度低于扇形控制结构(51)所在位置的高度。

5.根据权利要求4所述的船舶碰撞事故试验系统，其特征在于：所述电机(311)安装在可移动滑板(32)的上表面，所述滑移机构包括通过电机(311)驱动的垂直齿轮(61)，所述垂直齿轮(61)的表面与可移动滑板(32)的上表面相互平行，两所述车轴的同一端分别装配一定滑轮(62)，两所述定滑轮(62)与垂直齿轮(61)之间通过传送带(63)套连。

6.根据权利要求2所述的船舶碰撞事故试验系统，其特征在于：各所述驱动小车(31)的每个车轮上均装设有制动器(312)，各所述驱动小车(31)分别设有转速仪(7)，所述转速仪(7)与电机(311)、电机(311)与制动器(312)之间分别通过电信号相连。

7.根据权利要求1所述的船舶碰撞事故试验系统，其特征在于：所述船模(2)包括拼接成一体的船头(23)与船体(24)，所述船头(23)与船体(24)之间通过铆钉组合连接，所述冲击力传感器装于船头(23)与船体(24)的连接处。

8.一种船舶碰撞事故试验系统的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将水池(1)置于一平台上，并在所述水池(1)两端及两侧的平台上分别架设至少一台测速仪(8)和高速摄像机(9)；

S2：在所述水池(1)内放置船模(2)，在各所述船模(2)内安装冲击力传感器后，将两所述船模(2)分别放置在水池(1)的两端，或者将一所述船模(2)放置在水池(1)的一端，在所述水池(1)的另一端放置一桥墩(11)；

S3：在所述水池(1)上方设置与船模(2)数量相同的牵引导向装置(3)，各所述牵引导向装置(3)的下方设有定向控制机构，将各所述船模(2)与定向控制机构相连接后，调整并固定各所述船模(1)的前进方向；

S4：启动位于所述牵引导向装置(3)上的电机(311)，各所述船模(2)在牵引导向装置(3)的牵引下作加速运动；

S5：当所述船模(2)的速度达到预定的碰撞速度后，所述电机(311)开始制动使牵引导向装置(3)减速直至停止，此时所述船模(2)在惯性作用下与定向控制机构分离；

S6：所述船模(2)由于惯性继续向前运动与另一船模(2)或者桥墩(11)完成碰撞过程，所述测速仪(8)获取碰撞瞬间船模(2)的速度值，所述高速摄像机(9)捕捉记录整个碰撞过程，所述冲击力传感器测量记录碰撞力数据；

其中，所述步骤S1中，在所述水池(1)两侧的顶部分别安装一限位结构，各所述限位结构均为可滑动装配在水池(1)两侧的可移动导轨(4)，各所述可移动导轨(4)的中部分别凸起形成减速顶，当所述电机(311)发生故障，无法完成紧急制动时，两所述限位结构对驱动小车(31)进行阻挡完成制动。

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