一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的制作方法

本实用新型涉及船舶运动控制领域，具体是一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置。

背景技术：

常规的减摇鳍通过鳍面将船舶的一部分动力转化为减小船舶摇晃的减摇力矩，因此常规的减摇鳍在零航速时无法提供减摇力矩。经过减摇技术的发展已经出现了零航速减摇鳍，它们可以在船舶停止航行或者航速很小时实现船舶的减摇。现有的零航速减摇鳍在零航速时主要依靠鳍面反复上下摆动，从而在鳍上产生减摇力矩。由此可见虽然现有的零航速减摇鳍在船舶零航速时具有一定的减摇性能，但是由于其仅依靠减摇鳍的上下反复摆动来产生减摇力矩，因此其减摇性能具有一定的局限性的，当船舶横摇幅度和周期较大时要达到比较好的减摇性能还是需要一定的来流速度，而且减摇鳍伸出船体外部破坏了船体结构还给维护和操作带来不便。

中国专利公开号cn102343971a中公开了一种舰船带自动控制结构的减摇及能量回收装置，该装置包括支架和悬挂在支架上的垂体、传动件与能量回收结构。在舰船摇摆时垂体在重力和惯性作用下产生与舰体摆动方向相反的摆动来减小舰船的摇摆并且对摆锤运动的能量进行回收。该装置没有驱动装置，摆锤的运动是被动的，在船舶横摇到一定角度后摆锤由于惯性和重力作用而随之产生摆动。该装置对舰船摇摆的减摇作用十分有限，因为该装置是一种被动减摇。要实现最大限度地减小船体的摇摆或者完全消除船体的摇摆需要设计主动减摇装置来产生抵消船体摇摆的减摇力矩。

中国专利公开号cn2208622y中公开了一种可减少船只横摇和利用风浪能量的装置，该装置设置有摆锤和用于回收能量的液压装置，同样该摆锤的运动是被动的。该装置将一部分的海浪等引起的船舶摇摆的能量进行储存达到减小船体摇摆作用，但是其自身不能产生减摇力矩，因此对船舶的减摇作用很有限。

技术实现要素：

本实用新型目的在于，提供一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置，该装置不依靠来流速度且设备不伸出至船体外侧，实现在任意航速时减小或消除船舶的横摇。

为了实现上述的目的，本实用新型采用如下技术方案时：本实用新型公开了一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置，所述的一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置包括横梁支架、左驱动油缸、右驱动油缸、摆锤杆、摆锤、摆动轴承、左驱动油缸连接座、轴销、右驱动油缸连接座和液压系统，其特征是所述横梁支架的两端通过焊接固定在船舶的船体上以实现该基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的安装固定。该装置在不工作时左驱动油缸和右驱动油缸停止伸缩并固定摆锤。当船舶受到海浪扰动产生横摇运动时，通过控制左驱动油缸和右驱动油缸的伸缩来驱动摆锤以摆动轴承为中心左右摆动。摆锤为具有较大质量的质量块，在左驱动油缸和右驱动油缸向摆锤杆施加力的同时摆锤同时产生惯性力并通过摆锤杆施加到左驱动油缸和右驱动油缸上，左驱动油缸和右驱动油缸将摆锤的惯性力经过横梁支架传递给船体从而使得船体获得与波浪引起的横摇力矩相反的减摇力矩，并由此实现对船舶的减摇。

现代船舶均设置了压载水舱，为了满足航行工况的要求，船舶需要压载一定量的海水进行航行。在安装该基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置后，可以减少一定量的船舶压载水，以至于该基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的设置不影响船舶的载重量。在一般的货轮和集装箱船舶上，位于货舱之间为横隔空舱，可以将一部分的横隔空舱用来装配本方案中的基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置。

该基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置采用液压系统驱动摆锤并将摆锤的惯性力转化为船舶的减摇力矩，因此该减摇装置不受船舶航速的限制可实现船舶零航速时的减摇。同时该减摇装置通过液压系统主动驱动摆锤摆动以获得减摇力矩，该减摇装置属于主动式减摇可以最大限度地提高船舶的减摇性能。现有的零航速减摇鳍通过置于船体外的鳍来回摆动划水实现减摇，虽然可以获得一定的减摇力矩但是在船舶零航速时的减摇性能具有一定的局限性，而且鳍安装于船体外会给检修和船舶靠泊码头带来不便。该基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置不受船舶航速的限制，没有部件置于船体外，不影响船舶靠泊码头，没有船体密封的问题且方便维护，可以实现船舶的主动减摇。

附图说明

图1为一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的摆锤居中示意图。

图2为一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置摆锤左摆示意图。

图3为一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置摆锤右摆示意图。

图4为一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置摆锤左摆时的船舶受力示意图。

图5为一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置摆锤右摆时的船舶受力示意图。

图6为一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的液压系统图。

图中：1-横梁支架、2-左驱动油缸、3-右驱动油缸、4-摆锤杆、5-摆锤、6-摆动轴承、7-左驱动油缸连接座、8-轴销、9-液压油箱、10-滤器、11-电动液压泵、12-单向阀、13-安全阀、14-储能器组、15-流量调节阀、16-换向阀、17-右驱动油缸连接座。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的摆锤居中示意图。如图1所示，整个基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置主要由横梁支架1、左驱动油缸2、右驱动油缸3、摆锤杆4、摆锤5、摆动轴承6、左驱动油缸连接座7、轴销8、右驱动油缸连接座17和液压系统组成。所述横梁支架1的两端通过焊接固定在船舶的船体上以实现该基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的安装固定。所述摆锤杆4通过摆动轴承6与横梁支架1活动连接，摆锤杆4的末端与摆锤5固定连接。所述左驱动油缸2的一端通过左油缸连接座7与横梁支架1活动连接，另一端通过轴销8与摆锤杆4活动连接；所述右驱动油缸3的一端通过右油缸连接座17与横梁支架1活动连接，另一端通过轴销8与摆锤杆4活动连接。左驱动油缸2和右驱动油缸3的伸长和收缩推动摆锤5以摆动轴承6为中心左右摆动。该基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置通过左驱动油缸2和右驱动油缸3驱动摆锤5以摆动轴承6为中心向着船舶横摇方向的反方向进行摆动，通过对摆锤5的摇摆方向和摆动速度的控制实现船舶的减摇。该装置在不工作时左驱动油缸2和右驱动油缸3停止伸缩并固定摆锤5。当船舶受到海浪扰动产生横摇运动时，液压系统通过控制左驱动油缸2和右驱动油缸3的伸缩来驱动摆锤5以摆动轴承6为中心左右摆动。摆锤5为具有较大质量的质量块，在左驱动油缸2和右驱动油缸3向摆锤杆4施加力的同时摆锤5同样产生一个惯性力并通过摆锤杆4施加到左驱动油缸2和右驱动油缸3上，左驱动油缸2和右驱动油缸3再将摆锤5的惯性力经过横梁支架1传递给船体从而使得船体获得与波浪引起的横摇力矩相反的减摇力矩，并由此实现船舶的减摇。

图2示出了本实用新型一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置左摆示意图。如图2所示，当船舶向船舶右舷横摇时，左驱动油缸2和右驱动油缸3将同时将摆锤杆4向左舷推，摆锤杆4的末端带动摆锤5向左舷摆动。左驱动油缸2和右驱动油缸3在向摆锤杆4施加朝向船舶左舷的推力的同时受到一个反向反推的反作用力，该作用力主要由摆锤5和摆锤杆4的惯性力构成，左驱动油缸2和右驱动油缸3受到的反推作用力通过横梁支架1传递给船体并形成了船舶减摇力矩。

图3示出了本实用新型一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置右摆示意图。如图2所示，当船舶向船舶左舷横摇时，左驱动油缸2和右驱动油缸3将同时将摆锤杆4向右舷推，摆锤杆4的末端带动摆锤5向右舷摆动。左驱动油缸2和右驱动油缸3在向摆锤杆4施加朝向船舶右舷的推力的同时受到一个反向反推的反作用力，该作用力主要由摆锤5和摆锤杆4的惯性力构成，左驱动油缸2和右驱动油缸3受到的反推作用力通过横梁支架1传递给船体并形成了船舶减摇力矩。

图4示出了本实用新型一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置摆锤左摆时的船舶受力示意图。如图4所示，船舶受到海浪引起的横摇力f1，f1使得船舶向右舷横摇，此时左驱动油缸2和右驱动油缸3向摆锤杆4施加推力f2，摆锤杆4在推力f2的作用下带动摆锤5向船舶左舷摆动，摆锤5在被摆锤杆4带动时摆锤5将产生一个方向与摆锤5运动方向相反的惯性力f3。惯性力f3通过摆锤杆4施加至左驱动油缸2和右驱动油缸3上，由此产生了f2的反作用力f4，f4通过横梁支架1传递给船体使得船舶受到一个减摇力f5。减摇力f5和横摇力f1方向相反，减摇力f5的大小取决于左驱动油缸2和右驱动油缸3施加至摆锤杆4的力f2的大小。同时f2的大小和摆锤5摇摆角加速度以及摆锤5的质量大小有关，且满足式f2=m(dω)/(dt)，式中m为摆锤5的质量大小，ω为摆锤5的摆动角速度。液压系统通过调节左驱动油缸2和右驱动油缸3的进油流量来调节左驱动油缸2和右驱动油缸3的动力输出，并以此实现对摆锤5摆动角加速度的控制从而实现对减摇力f5大小的控制。由此液压系统可以根据船舶摇摆幅度和周期的不同来调节减摇力f5的大小。当摆锤5运动至最左端时，左驱动油缸2和右驱动油缸3停止做功并保持摆锤5的位置，此时摆锤5位于船舶左舷，其所受到的重力f6也将通过摆锤杆4、左驱动油缸2、右驱动油缸3和横梁支架1的传递并转化为船舶减摇力f5。

图5示出了本实用新型一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置摆锤右摆时的船舶受力示意图。如图4所示，船舶受到海浪引起的横摇力f1，f1使得船舶向左舷横摇，此时左驱动油缸2和右驱动油缸3向摆锤杆4施加推力f2。摆锤杆4在推力f2的作用下带动摆锤5向船舶右舷摆动，摆锤5在被摆锤杆4带动时摆锤5将产生一个方向与摆锤5运动方向相反的惯性力f3。惯性力f3通过摆锤杆4施加至左驱动油缸2和右驱动油缸3上，并由此产生了f2的反作用力f4。f4通过横梁支架1传递给船体使得船舶受到一个减摇力f5。因此当船舶向左舷横摇时左驱动油缸2和右驱动油缸3将推动摆锤5向着船舶右舷摆动以产生减摇力f5。当摆锤5运动至最右端时，左驱动油缸2和右驱动油缸3停止做功并保持摆锤5的位置，此时摆锤5位于船舶右舷其所受到的重力f6将通过摆锤杆4、左驱动油缸2、右驱动油缸3和横梁支架1的传递转化为船舶减摇力f5。

图6示出了本实用新型一种基于惯性力控制的船舶零航速减摇装置的液压系统图。如图1所示，液压系统由左驱动油缸2、右驱动油缸3、液压油箱9、滤器10、电动液压泵11、单向阀12、安全阀13、储能器组14、流量调节阀15、换向阀16组成。油管从液压油箱9底部出来，经过滤器10后接至电动液压泵11，油管从电动液压泵11的另一端出来后经过单向阀12连接至安全阀13和蓄能器组14。蓄能器组14通过管路连接至流量调节阀15的进口端，流量调节阀15的出口端经管路连接至换向阀16的进油端。换向阀16的回油端与安全阀13的回油端经管路一同连接至液压油箱9用于回油。换向阀16的输出端经管路分别连接至左驱动油缸2和右驱动油缸3的供油端。系统运行时启动电动液压泵11建立系统压力，滤器10对管路中的异物进行过滤。建立油压后系统对储能器组14进行储能，安全阀13用于稳定系统压力。系统压力正常后操作换向阀16以驱动左驱动油缸2和右驱动油缸3，此时液压油将经过流量调节阀15和换向阀16分别进入到左驱动油缸2和右驱动油缸3的油腔内并推动油缸内的活塞运动，左驱动油缸2和右驱动油缸3的活塞将推动摆锤杆4并带动摆锤5摆动。系统通过操作换向阀16实现对摆锤5的左摆和右摆控制，通过对流量调节阀15的调节来控制左驱动油缸2和右驱动油缸3的执行速度并以此控制摆锤5摆动的加速度。摆锤5摆动的加速度越大，则由公式f2=m(dω)/(dt)可知船舶获得的减摇力越大。

上面结合附图对实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内还可以对其做出种种变化，这样的变换均在本实用新型的保护之内。