一种具有破冰功能抗横摇可拆式防撞结构的制作方法

本发明涉及一种具有破冰功能抗横摇可拆式防撞结构，属于船舶与海洋工程技术领域。

背景技术：

北方海域辖区内的航运业步入了发展快车道，港口航道功能也不断地拓展，船舶大型化的趋势十分明显，与此同时北方海区每年冬季都存在着不同程度的冰情，特别针对发生严重冰情区域，往往要求辖区在航道维护作业方面具备足够快的应急反应能力，否则会严重制约该区域航海保障能力的发挥，同时会给船舶航行带来重大的安全隐患。故所在辖区航道局往往会配置足够数量且具有破冰功能的专用工程船舶。

然而传统形式的破冰工程船舶，其防撞结构基本上都是作为整体与船体进行刚性连接，由于在冰区作业时表面频繁与冰块以及浮标发生碰撞，容易导致结构变形，甚至表面会产生裂痕，进而内部受到海水侵蚀而导致结构受损严重，工艺上也无法实现对受损结构进行及时维修和更换，直接影响到了船舶在冰区航行正常作业状态下抵抗撞击的能力，尤其是在恶劣环境条件下对用船造成很大的安全隐患。即传统形式的防撞结构存在着易变形、易腐蚀、不易维护和更换等缺点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：如何减少或避免防撞结构易变形、易腐蚀、维护和更换不便的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种具有破冰功能抗横摇可拆式防撞结构，其特征在于，包括密封固定在船体外板上且可伸缩的外壳，外壳内设有弹性缓冲机构，弹性缓冲机构一端固定在船体外板上，弹性缓冲机构另一端顶在外壳的伸缩端上，弹性缓冲机构的弹力方向与外壳的伸缩方向相同。

优选地，所述的外壳为封闭箱式结构且突出于船外；外壳设于设计水线处且沿船的长度方向布置。

优选地，所述的外壳包括密封固定在船体外板上的静止机构，静止机构与滑动机构滑动连接；通过静止机构与滑动机构之间的滑动，使得外壳在船体外板上的凸起位移相对伸长或缩短。

优选地，所述的静止机构包括一端密封固定在船体外板上的固定机构，固定机构的另一端连接可拆装的可拆机构的一端，可拆机构的另一端与滑动机构滑动连接；固定机构与可拆机构之间密封连接，可拆机构与滑动机构之间密封连接。

优选地，所述的固定机构和可拆机构之间通过连接装置相接；连接装置包括耳板、螺栓、密封装置，固定机构与可拆机构上均设有耳板，固定机构与可拆机构上的耳板之间通过螺栓进行连接固定，固定机构与可拆机构的连接处设有密封装置。

优选地，所述的外壳为能够抵抗低温的高强度耐磨抗氧化材料。

优选地，所述的弹性缓冲机构包括支撑机构和弹簧，弹簧设于支撑机构一端与船体外板之间，支撑机构的另一端顶在外壳的伸缩端上。

优选地，所述的弹性缓冲机构还包括封闭式缸体，封闭式缸体的一端密封固定在船体外板上，封闭式缸体的另一端设有开口，封闭式缸体内设有可以沿着外壳伸缩方向移动的密封板，弹簧设于船体外板与密封板之间，支撑机构一端穿过封闭式缸体的开口与封闭式缸体内的密封板固定连接。

优选地，所述的密封板在封闭式缸体开口的边缘部分设有限位装置，防止密封板从封闭式缸体的开口处脱落。

优选地，所述的弹性缓冲机构还包括第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁设于封闭式缸体内且设于船体外板与密封板之间，弹簧的两端分别顶在第一磁铁和第二磁铁上，第一磁铁和第二磁铁的相同磁极相对设置，使得第一磁铁和第二磁铁之间的距离接近后会产生相互排斥的作用。

优选地，所述的第一磁铁和第二磁铁均为电磁铁，当船舶处于作业状态时，与电磁铁连接的电源开启；当处于航行状态或其他非作业工况下，电源处于关闭状态。

优选地，所述的支撑机构包括活动杆和缓冲板，活动杆的一端与缓冲板固定连接，缓冲板顶在外壳的伸缩端上。

优选地，所述的缓冲板的材质为采用橡胶材质。

与现有技术相比，本发明提供的一种可拆式防撞结构适合在冰区采用舷侧方式作业的工程船舶。通过可拆机构和滑动机构通过弹性连接结构形式，能比较好的减小冰块和浮标对船体产生的撞击力，起到明显的防撞效果和破冰功能。采用固定机构和可拆机构相连接的结构形式，可对于经常发生碰撞的外壳区域进行更换，且由于形式简单便于批量生产，维护成本也大大降低。采用封闭箱式结构突出于船外，可增大水线面面积，对船舶初稳性的提升非常有帮助，可明显减小作业时船体产生的横摇角度，提高了舷边作业的准确度和安全性。

附图说明

图1为本发明提供的一种具有破冰功能抗横摇可拆式防撞结构的主视图；

图2为本发明提供的一种具有破冰功能抗横摇可拆式防撞结构的侧视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1所示，为本发明提供的一种具有破冰功能抗横摇可拆式防撞结构的一个较佳实施例，其包括外壳，外壳包括与船体外板13表面焊接的固定机构1、与固定机构1可拆装连接的可拆机构2、与可拆机构2滑动连接的滑动机构3以及安装在外壳内的弹性缓冲机构组成；固定机构1与可拆机构2之间密封连接，可拆机构2与滑动机构3之间密封连接。

可拆机构2和滑动机构3通过弹性连接结构形式，滑动机构3是由外壳板及其端部的若干个并排设置的滚轮组成，可拆机构2由外壳板以及若干数量与滚轮数量相同且形状与滚轮形状相匹配的滑槽轨道组成，滚轮和滑槽轨道均采用具有良好的耐磨性和抗氧化性的材料制成。滑槽轨道的横截面形状为“凹”字形结构，使滚轮能有效嵌入并贴合轨道的滑槽，保证滚轮在行程内、船宽方向上可自由滑动，并限制其在船长和高度方向上的位移，将船体受力有效传递给弹性缓冲装置，故能比较好地减小作业对船体产生的撞击力，起到明显的防撞效果和破冰功能。

弹性缓冲机构包括活动杆4、缓冲板5、限位装置6、密封板7、第一磁铁8、弹簧9、第二磁铁10、封闭式缸体11。封闭式缸体11的一端密封固定在船体外板13上，封闭式缸体11的另一端设有开口，封闭式缸体11内设有可以沿着外壳伸缩方向移动的密封板7，弹簧9设于船体外板13与密封板7之间，活动杆4的一端与缓冲板5固定连接，缓冲板5顶在外壳的伸缩端上。活动杆4的另一端穿过封闭式缸体11的开口与封闭式缸体11内的密封板7固定连接，密封板7在封闭式缸体11开口的边缘部分设有限位装置6，防止密封板7从封闭式缸体11的开口处脱落。第一磁铁8和第二磁铁10设于封闭式缸体11内且设于船体外板13与密封板7之间，弹簧9的两端分别顶在第一磁铁8和第二磁铁10上，第一磁铁8和第二磁铁10的相同磁极相对设置，使得第一磁铁8和第二磁铁10之间的距离接近后会产生相互排斥的作用。第一磁铁8和第二磁铁10均采用电磁铁，否则使用时间久了，磁力会明显下降，达不到抵消撞击能量的效果。当船舶处于作业状态时，与电磁铁连接的电源开启；当处于航行状态或其他非作业工况下，电源处于关闭状态。

当舷外发生撞击时，滑动机构3将外力传递给缓冲板5、封闭式缸体11等内部结构，从而使撞击产生的能量得以全面释放。缓冲板5对活动杆4有向内压缩的作用力，通过压缩封闭式缸体11内的空气，将一部分撞击能量转化为空气的热能，同时第一磁铁8和第二磁铁10之间的弹簧9由于受到压缩，同样会吸收掉一部分能量。

当船舶在冰区航行时，主要承受冰块的撞击和摩擦，而进行作业时主要承受浮标的撞击作用。

考虑到北方航区特殊的环境气候以及工程船舶特殊的作业职能，在外壳部分(即固定机构1、可拆机构2、滑动机构3)均采用高强度耐磨抗氧化材料，并充分考虑到材料能够抵抗低温。(高强度耐磨抗氧化材料为，例如百度百科可以搜索到：悍达400。这家公司生产的耐磨钢，强度，抗低温，耐磨性能，可焊性较好，即综合性能较好，和本发明的契合程度较高，耐磨性好主要是由于其材料是由低碳钢板和合金耐磨层组成的，抗低温是因为添加某种金属的细化晶体，使得材料韧性得到提高。由于耐磨钢是特殊材料，而船体结构一般采用船用钢板，因此该特殊材料要与船体钢板要有较好的兼容性，即可焊性要好。综上所述，“悍达400”这种特殊材料能够满足本专利的需求。)

物体撞击实质上是能量的传递，滑动机构3当受到撞击后，会朝船体外板的一侧滑动，将一部分能量传递给缓冲板5，缓冲板5采用橡胶材质能起到吸收一部分能量的作用。

缓冲板5对活动杆4有向内压缩的作用力，通过压缩封闭式缸体11内的空气，将一部分撞击能量转化为空气的热能，同时第一磁铁8和第二磁铁10之间的弹簧9由于受到压缩，同样会吸收掉一部分能量。

由于第一磁铁8和第二磁铁10上的相同磁极相对放置，距离接近后会产生相互排斥的作用，同样会抵消掉一部分能量。

固定机构1和可拆机构2通过连接装置12相接，从而便于对经常发生碰撞的区域进行更换。连接装置12包括耳板、螺栓、密封装置，固定机构1与可拆机构2采用耳板通过螺栓进行连接固定，并在连接处设有密封装置。

本发明的防撞结构采用封闭箱式结构突出于船外，可增大水线面面积，对船舶初稳性的提升非常有帮助，可明显减小作业时船体产生的横摇角度，提高了舷边作业的准确度和安全性。

综上所述，本发明提供的一种具有破冰功能抗横摇可拆式防撞结构的原理如下：

从能量守恒定律可知：当发生撞击时，滑动机构3通过将外力传递给缓冲板5、封闭式缸体11等结构，从而使撞击产生的能量得以全面释放。

由于可拆机构2和滑动机构3之间近似于弹性连接，如果将整个机构看做一个整体的话，通过机构内各构件的缓冲作用增加实际撞击的作用时间，根据动量守恒定律可明显减小了撞击力。与传统的防撞结构的刚性连接有明显差异的是，传统防撞结构完全靠自身的刚度来抵抗外力，并不能减小撞击力造成的破坏，因此容易造成自身结构的损坏。

由于在固定机构1和可拆机构2之间设置了连接装置12，可方便对外壳区域进行拆卸更换，且由于结构形式简单便于批量生产，维护成本较低。

如图2所示，由于在设计水线(即设计吃水深度b的顶端)附近沿船长方向布置本发明的防撞结构a，在船舶发生横摇时可明显增加船舶的复原力矩，减小船体的横摇程度，在增加作业的准确度的同时能提高船员在恶劣海况下操作的安全性。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

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