一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法技术

本发明专利技术公开了一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，考虑自卸砂船的实际装载状况，将整体货舱分解为三个部分，一是货舱底部的拟柱体部分，二是中间的梯形部分，三是上部的自然堆积部分；在货物密度是定值的条件下，自卸砂船散装货物的重心高度即为货物的形心高度，货物的形心为上述三部分形心高度的综合；自卸砂船散装货物的重量即为上述三部分货物重量的综合；分别计算三个部分的体积和形心，综合后得到自卸砂船散装货物的重量重心。本发明专利技术比较真实地反映了自卸砂船的货舱货物实际装载情况，计算结果接近真实情况，可以为此类船舶的设计和建造提供一定的指导和借鉴。

【技术实现步骤摘要】
一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法
本专利技术属于船舶设计
，设计到船舶重量重心计算，具体涉及一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法。
技术介绍
近年来，内河自卸砂船由于装卸效率高、操作方便、经济效益好等因素受到广大船主的欢迎，人们争相购买、改建、新建了一大批此类船舶。但由于此类船舶的货舱形状比较特殊，准确计算货物的重量重心比较困难，传统上都是把货舱的截面简单地视作梯形，梯形的形心即为货物的重心。从实际情况来看，把货舱截面简单视为梯形是不正确的，会带来一系列问题。现有技术中，传统计算方法主要有两种，一是将货舱截面简单等效为一个等腰梯形，梯形的形心高度即为货物的重心高度；二是考虑货物自然堆积的形状，将货舱截面等效为一个等腰梯形及一个等腰三角形的叠加。这两种计算方法存在的问题如下：(1)第一种传统算法。采用此种算法的人认为货舱的形状就是货物的形状，货舱的形心高度就是货物的重心高度。这种算法一是忽视了散装货物自然堆积会形成自然堆积角，不可能与货舱形状完全契合；二是忽略了货舱底部及首尾端的非梯形形状。这种算法将货舱的形状简单等效为一个截面为等腰梯形的柱体，认为梯形截面的形心高度就是整个货舱的形心高度，进而确定货物的重心高度也在此位置上，存在很大的不合理性，必然导致货物的计算重心高度与实际重心高度存在很大的偏差。(2)第二种传统算法。采用此种算法的人考虑到了散货堆装时会形成底角为37°的自然堆积角，认为货物的截面形状是下面为等腰梯形上面为等腰三角形的叠加。这种算法采用的货物截面形状虽然与实际情况比较接近，但依然忽略了货舱底部及货舱首尾的特殊形状，存在一定的偏差。同时采用这种算法的人认为货物是先填满货斗梯形部分后才会形成自然堆积，从实际情况上来看并非如此，自然堆积的起点是由货物的多少及货斗的形状共同决定的，将堆积角起点简单认定为货斗顶缘存在很大的偏差。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，比较真实地反映了自卸砂船的货舱货物实际装载情况，计算结果接近真实情况，可以为此类船舶的设计和建造提供一定的指导和借鉴。为此，本专利技术采用了以下技术方案：一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，考虑自卸砂船的实际装载状况，将整体货舱分解为三个部分，一是货舱底部的拟柱体部分，二是梯形部分(包含第一部分)，三是上部的自然堆积部分；在货物密度是定值的条件下，自卸砂船散装货物的重心高度即为货物的形心高度，货物的形心为上述三部分形心高度的综合；自卸砂船散装货物的重量即为上述三部分货物重量的综合；分别计算三个部分的体积和形心，综合后得到自卸砂船散装货物的重量重心。优选地，拟柱体部分体积和形心的计算方法如下：所述拟柱体部分包括若干个拟柱体，单个拟柱体为横隔板、货舱斜板以及横隔板下口所围成的空间，其中，拟柱体下口宽a、长b，拟柱体高h，拟柱体上缘宽a1，拟柱体个数为n；单个拟柱体体积为V1′，其计算公式为V1′＝bh(2a+a1)/6；拟柱体部分体积为V1，其计算公式为V1＝nV1′；拟柱体部分形心距斗门的高度为H1，其计算公式为H1＝h(a+a1)/[2(2a+a1)]。优选地，梯形部分体积和形心的计算方法如下：设货斗下口长度为L下口，宽度为B下口，货斗前端板倾斜角度为β，货斗后端板倾斜角度为γ，货斗倾斜角度为α，取距离货斗斗门表面高度为h2的一个面，得到一个矩形，设矩形长l2，宽b2，矩形面积为A2，则有于是矩形面积为设梯形部分体积为V2，其计算公式为设梯形部分形心距斗门的高度为H2，其计算公式为优选地，自然堆积部分体积和形心的计算方法如下：设L为自然堆积起点处的长度，B为自然堆积起点处的宽度，假定货物自然底锥角为37°，货舱首尾及左右均形成37°的自然堆积角度；取距离自然堆积起点高度为h3的一个面，得到一个矩形，设长l3，宽b3，面积为A3，则有于是矩形面积设自然堆积部分体积为V3，其计算公式为设自然堆积部分形心距斗门的高度为H3，其计算公式为H3＝H′3+h2，其中，H3′为自然堆积部分形心距堆积起点的高度，其计算公式为优选地，自卸砂船散装货物的体积为上述三部分的综合，设货物总体积为V总，其计算公式为V总＝V2+V3-V1；设货物总体形心为H，H表示货物总体形心距基线的高度，其计算公式为H＝Hx+Hd，其中，Hx表示总体货物形心距斗门的高度，其表达式为Hd表示斗门底部距基线的高度。优选地，为了计算各部分体积和形心位置，必须准确找到自然堆积起点位置；在货物容重和载货量已知的前提下，通过下述方法计算自然堆积起点位置；设货物梯形部分高度为h，则自然堆积部分起点距斗门高度也为h，以h为变量，将堆积长度、宽度、高度变换为h的函数；计算上述各部分体积之和V总＝V2+V3-V1，V总是关于h的一个函数，设计载货量为W，需舱容为V，根据容量方程V总＝V得V2+V3-V1-V＝0，此式为自变量为h的一元高次方程，解此方程得到h，即找到自然堆积起点位置。优选地，通过Excel的单变量求解的方式求得h值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)比较真实地反映了自卸砂船的货舱货物实际装载情况，计算结果比较接近真实情况。(2)通过编写程序可以实现自动计算，为此类船舶的设计和建造提供一定的指导和借鉴。(3)方法简单，计算精度高，应用前景好。附图说明图1是自卸砂船散装货物装载情况示意图。图2是拟柱体形状及尺寸示意图。图3是梯形部分结构示意图。图4是自然堆积部分结构示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。自卸砂船是一种新船型，是由双底双壳散货船改进而来，内底板倾斜一定角度形成货舱斜壁板。在货舱底部开卸货斗门，两个卸货斗门之间加设横向斜板增加横向强度，同时形成卸货漏斗。在货舱首尾端设置斜壁板与首尾端部的斗门形成第一个及最后一个卸货漏斗。本专利技术公开了一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，考虑自卸砂船的实际装载状况，将整体货舱分解为三个部分，一是货舱底部的拟柱体部分，二是梯形部分(包含第一部分)，三是上部的自然堆积部分，如图1所示；在货物密度是定值的条件下，自卸砂船散装货物的重心高度即为货物的形心高度，货物的形心为上述三部分形心高度的综合；自卸砂船散装货物的重量即为上述三部分货物重量的综合；分别计算三个部分的体积和形心，综合后得到自卸砂船散装货物的重量重心。具体地，拟柱体部分体积和形心的计算方法如下：所述拟柱体部分包括若干个拟柱体，单个拟柱体为横隔板、货舱斜板以及横隔板下口所围成的空间，如图2所示，其中，拟柱体下口宽a、长b，拟柱体高h，拟柱体上缘宽a1，拟柱体个数为n；单个拟柱体体积为V1′，其计算公式为V1′＝bh(2a+a1)/6；拟柱体部分体积为V1，其计算公式为V1＝nV1′；拟柱体部分形心距斗门的高度为H1，其计算公式为H1＝h(a+a1)/[2(2a+a1)]。具体地，梯形部分体积和形心的计算方法如下：设货斗下口长度为L下口，宽度为B下口，货斗前端板倾斜角度为β，货斗后端板倾斜角度为γ，货斗倾斜角度为α，如图3所示，取距离货斗斗门表面高度为h2的一个面，得到一个矩形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，其特征在于：考虑自卸砂船的实际装载状况，将整体货舱分解为三个部分，一是货舱底部的拟柱体部分，二是梯形部分(包含第一部分)，三是上部的自然堆积部分；在货物密度是定值的条件下，自卸砂船散装货物的重心高度即为货物的形心高度，货物的形心为上述三部分形心高度的综合；自卸砂船散装货物的重量即为上述三部分货物重量的综合；分别计算三个部分的体积和形心，综合后得到自卸砂船散装货物的重量重心。

【技术特征摘要】
1.一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，其特征在于：考虑自卸砂船的实际装载状况，将整体货舱分解为三个部分，一是货舱底部的拟柱体部分，二是梯形部分(包含第一部分)，三是上部的自然堆积部分；在货物密度是定值的条件下，自卸砂船散装货物的重心高度即为货物的形心高度，货物的形心为上述三部分形心高度的综合；自卸砂船散装货物的重量即为上述三部分货物重量的综合；分别计算三个部分的体积和形心，综合后得到自卸砂船散装货物的重量重心。2.根据权利要求1所述的一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，其特征在于：拟柱体部分体积和形心的计算方法如下：所述拟柱体部分包括若干个拟柱体，单个拟柱体为横隔板、货舱斜板以及横隔板下口所围成的空间，其中，拟柱体下口宽a、长b，拟柱体高h，拟柱体上缘宽a1，拟柱体个数为n；单个拟柱体体积为V′1，其计算公式为V′1＝bh(2a+a1)/6；拟柱体部分体积为V1，其计算公式为V1＝nV′1；拟柱体部分形心距斗门的高度为H1，其计算公式为H1＝h(a+a1)/[2(2a+a1)]。3.根据权利要求2所述的一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，其特征在于：梯形部分体积和形心的计算方法如下：设货斗下口长度为L下口，宽度为B下口，货斗前端板倾斜角度为β，货斗后端板倾斜角度为γ，货斗倾斜角度为α，取距离货斗斗门表面高度为h2的一个面，得到一个矩形，设矩形长l2，宽b2，矩形面积为A2，则有于是矩形面积为设梯形部分体积为V2，其计算公式为设梯形部分形心距斗门的高度为H2，其计算公式为4.根据权利要求3所述的一种自卸砂船散装货物重量重心精准计算实现方法，其特征在于：自然堆积部分体积和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹄，侯才雄，阮敏，吴长源，鄢莉，李卓，
申请(专利权)人：武汉船舶职业技术学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42