基于电磁技术的新型船舶系泊系统研究

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科技进步促使船舶不断向大型化发展,激烈的市场竞争也要求船舶加快周转速率,传统缆绳系泊已经不能满足船舶快速、安全系泊的要求。亟需找到新的船舶系泊方法来代替传统缆绳系泊,电磁技术的快速发展为新型船舶系泊方法的开发提供了新的契机。本文在传统缆绳系泊技术、电磁吸盘技术和电磁系泊技术研究的基础上,提出了以电磁力代替缆绳张力来系泊船舶的新型船舶系泊方法。采用电磁系泊技术,不仅能够实现船舶快速靠离泊,而且能够保证船舶在系泊期间安全、可靠。作为一种全新的系泊技术,电磁系泊技术对于改变船舶系泊方式、提高船舶系泊效率和安全性具有重要意义。  本文首先介绍了永磁材料的磁滞回线和退磁曲线,比较了不同永磁材料(永磁合金、铁氧体和稀土永磁材料)、不同磁轭材料(铁氧体、铁镍合金、硅钢片和纯铁)的磁性能特点,分析了不同结构形式的电磁吸盘的特点和适用范围,提出了提高电磁吸盘磁吸力的具体方法。考虑船舶系泊的工作环境和特点,确定了系泊用电磁吸盘的永磁材料和结构形式。  其次,根据系泊船舶的实际工作需求,设计了由机械机构、液压系统和电磁吸盘组成电磁系泊装置。系泊工作时,由液压系统控制机械机构和电磁吸盘,使其处于合适的吸附位置,电磁吸盘产生足够大的磁吸力吸附船舶,机械机构提供足够的强度将船舶固定在码头。而后,对电磁系泊船舶进行受力分析,详细分析了包括风、浪、流以及浮力在内的环境载荷和电磁系泊装置的系泊力,建立了电磁系泊船舶在静止状态下的平衡方程,将系泊力的计算转化为关于船舶在6个自由度上位移的方程组。  最后,通过将电磁系泊装置抽象为空间梁单元,将电磁系泊力的计算转化为关于船舶位移的线性方程组。在Matlab软件中编写GaussSeid.m函数,利用高斯-赛德尔迭代法计算线性方程组,可以得到电磁系泊船舶的系泊力。通过船舶实例计算验证了该方法的可行性。
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