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經(jīng)驗交流

船上自制橫傾儀的制作與改良
時間:2009年12月01日   作者:佚名  點擊次數(shù): 【字體:

0引言

作為駕駛員,我們都知道,在限制一定水深的情況下,中垂4cm,要少裝1cm的貨(即一個TPC);船舶橫傾2cm,就要少裝1cm的貨。可見,在有水深限制時(比如巴拿馬型船舶要過巴拿馬運河),盡量控制船體不要橫傾,對盡可能多裝貨,提高公司或租家的效益,有著重要的意義。

由于造船時船上配備的橫傾儀精度較低,最小刻度一般為1,有的甚至為5。對一般巴拿馬型船舶來說,船寬一般為30幾米,以船寬32m算,橫傾10,船舯左右水尺就相差56cm。所以,這樣的橫傾儀精度遠(yuǎn)達(dá)不到裝貨的要求。

于是,很多船舶駕駛員就在船上自制橫傾儀,比較常見的有兩種:垂線式和水平管式。本文分別就這兩種橫傾儀的制作和使用過程中產(chǎn)生的問題和誤差進(jìn)行分析,提出解決方法,以提高自制橫傾儀的精度。

1垂線式橫傾儀的制作及改良

垂線式橫傾儀制作很簡單,只需在墻上釘一個釘子或螺絲釘,在上面系一根細(xì)繩,另一端系一個重物作墜子,再畫上刻度就成了。

為了提高讀數(shù)精度,就要盡量延長細(xì)繩的長度。具體做法是:小釘子要釘在盡量靠近天花板的地方,即盡量高。細(xì)繩盡量長,使墜子接近地面。

畫刻度,最關(guān)鍵的是定中點。取風(fēng)平浪靜的泊位/時間,當(dāng)船舯左右水尺相等時(一般此時船艉左右水尺也一致),在當(dāng)時垂線的位置畫上零度刻度。最后在兩側(cè)畫上其他的刻度,如此一個自制垂線式橫傾儀就基本做好了。

這樣一個自制橫傾儀會在哪些方面產(chǎn)生誤差呢?筆者覺得至少有以下幾個方面:

A.刻度誤差/錯誤。由于是自己手工畫刻度,難免會出現(xiàn)刻度不均。為了避免這種情況.可以在墻上固定一把最小刻度為1mm的尺子,以代替自己手工畫刻度,這樣既省事又精確。為了讀數(shù)方便,可以將刻度尺裝在一定的高度,使得每毫米正好等于一定的左右吃水差。以船寬32m為例,若使得刻度尺到垂線頂點(即釘子下緣)的距離為1.6m(船寬×1/20),則垂線偏離零刻度線l mm,相當(dāng)于船舯水尺左右差2cm(即:20倍,與前面的1/20相對應(yīng))。

B.零度誤差(或者說零度錯誤)。按上文所述的方法定中點,基本上沒問題,但是如果時間長了。繩頭松動,或者更換細(xì)繩,這時垂線的頂點會發(fā)生變化,從而引起零度誤差/錯誤。對于3~4 mm粗細(xì)的釘子。若頂點偏移1mm,因頂點的偏移引起的零度誤差不會因細(xì)繩的長度而放大,即在刻度處的零度誤差也是1mm.按上述例子中的比例計算,因此所引起的零度誤差約有2cm,此時就需要重新依上法進(jìn)行定中點。為了減小這種誤差,只需在制作時使用較細(xì)的釘子就行了。

C.摩擦誤差。由于垂線靠墻,墜子和墻體有一定的摩擦,使得垂線并沒有跟水平線垂直產(chǎn)生一定的誤差。為減小摩擦,一是把滑動摩擦變成滾動摩擦,選用圓柱體、圓錐體作墜子;另一個是使墜子離開墻體.將細(xì)繩系在小釘子的外端處,并且使用靠船頭方向的墻體而不用船艉向的墻體,由于正常情況下。船舶都有一定的艉傾,墜子就自然離開墻體了,也就沒有摩擦了。

D.彎曲誤差。如果使用的繩子比較僵硬.繩子左右擺時有一定的彎曲,這相當(dāng)于垂線的頂點下移了,從而產(chǎn)生誤差。不過,對于我們正常使用的柔軟細(xì)繩,這種誤差極其微小,完全可以忽略不計。筆者在此提出來,主要是提醒大家不要使用過于僵硬的繩子。

E.?dāng)[動問題。由于船舶的震動和搖動。垂線經(jīng)常搖擺不定,特別是在涌浪比較大的泊位。很難讀準(zhǔn)。如果是由于垂線剛好諧振,可以適當(dāng)放長或縮短垂線長度。以避開諧振。讀數(shù)前可用手先固定一下墜子,松開一會兒再進(jìn)行讀數(shù)。另外,這里還介紹一種好方法:安裝一個“阻尼器”,即做一個油槽安裝在相應(yīng)的位置,使墜子泡在油里。這樣垂線的擺動有了阻力,自然擺動就減弱了許多,同時也不影響其垂直于水平面的特性。

F.讀數(shù)誤差。一是正常的估值誤差。這方面在選擇細(xì)繩時要選盡量細(xì)的繩子,可在一定程度上減小讀數(shù)誤差;二是由于垂線與刻度尺之間有一定的距離,而我們觀測的眼睛與垂線的連線不可能時刻都保持與刻度尺垂直,從而產(chǎn)生了觀測誤差。這種觀測誤差有兩種改良方法可以減小它。

一是反光鏡法。有些精密儀器的指針式刻度盤,為了減小讀數(shù)誤差,在刻度盤上裝有一條反光鏡,讀數(shù)時使得指針與反光鏡內(nèi)的指針鏡像重合,就能提高讀數(shù)精度。同樣,如果在刻度尺上面安裝一面鏡子.安裝時要求鏡面與船體縱軸相垂直(使鏡面緊貼墻面)。以此來減小觀測誤差。

二是投影法。不妨利用光線將垂線投影在刻度尺上,然后讀取投影在刻度尺上的讀數(shù)來代替觀測垂線,這樣就可以提高讀數(shù)精度,又能夠方便讀數(shù)。具體做法是這樣的:在垂線位置船體縱軸方向上安裝一盞燈(放一把手電就行),對著垂線照。要求燈與垂線的連線與船舶縱軸線平行.并且燈與垂線的距離盡可能遠(yuǎn)。

有了投影法,我們在定中時也要使用投影來畫定零刻度線,以提高零刻度線的精度。

改良要點回顧

1)使用較細(xì)的釘子和盡量細(xì)的柔軟細(xì)繩:

2)使用正規(guī)的毫米尺子代替自畫刻度;

3)使刻度尺到垂線頂點距離為船寬的l/20,則每毫米代表兩厘米;

4)橫傾儀要裝在靠前(船首向)的墻上,使墜子不靠墻:

5)將墜子泡進(jìn)油里,以減弱垂線搖擺;

6)讀數(shù)時用手電照射,以垂線投影代替垂線讀數(shù);

7)選擇合適的時機(船平,且不搖)劃定零刻度線。

2水平管橫傾儀的改良

在兩舷欄桿/舷墻位于船舯水尺正上方的地方。各安裝一個刻度尺(最小刻度為1cm或0.5cm),并使其垂直于甲板面,兩個刻度尺必須一樣,特別是零刻度離甲板線的高度必須相等。取一根透明的塑料軟管(直徑約1cm,長度比船寬大5m左右),注滿水并清除氣泡后橫放在甲板上,將兩端固定在刻度尺上。根據(jù)連通器原理可知。讀取兩側(cè)水面在刻度尺上的讀數(shù)差,就是船舯兩舷吃水之差。

水平管橫傾儀的讀數(shù)誤差僅僅為幾毫米,并且換算到兩舷吃水差沒有任何的放大。因此??潭瘸呖梢杂媚緱l自己做,自己畫刻度的精度就能達(dá)到要求了。但是,實際制作和使用中,也碰到了一些問題,大大影響了該橫傾儀的精度,現(xiàn)分述如下:

A.氣泡問題。如果水管里帶氣泡,就達(dá)不到連通器的要求,讀數(shù)差等于兩舷吃水差也就不成立。在實際操作中。很多人喜歡直接到水龍頭上灌裝,這樣很難灌裝到?jīng)]氣泡。有時明明安裝時檢查了幾遍都沒有氣泡,可是過了一段時間,卻又出現(xiàn)了氣泡。這是怎么回事呢,我們來做個實驗:取兩個透明的玻璃杯,一個裝上剛從水龍頭上放出來的涼水,一個裝上晾涼了的熱水,靜置一段時間(特別是在太陽下暴曬一段時間),這時候。你會發(fā)現(xiàn)裝涼水的杯壁上結(jié)了很多小氣泡,而另一個則沒有。由于空氣在水里的溶解度隨著溫度的提高和壓力的減小而減小.剛從水龍頭放出來的涼水溶解在水里的空氣較多,裝到水平管里后,水的壓力變小,加上太陽的暴曬.溫度升高.水里面過飽和的空氣就解析了出來,慢慢的積在一起就出現(xiàn)了氣泡。原因找到了,問題也就好解決了。我的做法是:預(yù)先取一個水桶(空油漆桶就行)裝一桶水(最好是熱水),放到甲板上靜置(暴曬)十來個小時。將透明塑料水管左右理直擺放好。把靜置過的水放在高處,將水管的一頭浸到水里,從另外一頭用嘴巴深吸一口氣后放到舷外(如果水管用過,里面有水,則直接放到舷外去就行了)。這時水就自動從水管慢慢流出。流幾分鐘后,檢查水管內(nèi)沒有氣泡,就可以把舷外的一端提起固定在刻度尺上.再把水桶里的一段也取出,調(diào)節(jié)管內(nèi)水位高度大概為刻度尺的一半后固定在另一舷的刻度尺上。經(jīng)過筆者多次實踐表明,用這種方法灌裝的水管不會再出現(xiàn)氣泡。

B.管內(nèi)水位波動。由于船舶在水上多多少少都有一些搖動,在實際使用中我們發(fā)現(xiàn),在多數(shù)情況下水平管內(nèi)的水位上下波動很大,給讀數(shù)帶來很大的不便。這里有一個好的解決方法:給水平管裝一個“濾波器”。取兩段直徑是原來水管兩三倍粗的透明管,將它連在小管的兩端,固定在刻度尺上。這樣雖然水平管內(nèi)的水還是照樣左右流動,但同樣流量的水到兩端的粗管在水位波動上體現(xiàn)出來就小得多了(理論上如果管徑是3倍粗的話,就只有原來的l/9,即成平方關(guān)系),這就大大有利于我們讀數(shù)。在某些港口泊位,海浪/涌比較大,經(jīng)這樣處理后波動還是比較大。這時可以調(diào)大“濾波器”。將中間小管部分稍捏扁并固定,以減小左右流的水流量,這樣就增大“濾波”效果.使水位波動不會太大。但是應(yīng)注意,切勿捏得太死,否則兩側(cè)水不通了,就成不了連通器了。實際操作中,可以慢慢調(diào)節(jié)其圓扁程度,使水位波動大概為3~5 cm為宜。太大了不方便讀數(shù),太小了不確定是不是不通了。其實也可以安裝一個調(diào)節(jié)閥,建議模仿醫(yī)院里打點滴用的調(diào)節(jié)閥,這樣調(diào)節(jié)起來就更方便了。

C.部分老舊船舶由于換過鋼板,導(dǎo)致兩舷甲板線到載重線/水尺的距離并不相等.會造成一定的固定誤差。這時只要選擇風(fēng)平浪靜的的泊位/時間把水平管的讀數(shù)差跟兩舷實際看的吃水差進(jìn)行對比驗證就行了。

改良要點回顧

1)使用靜置過的水,緩流灌裝,解決氣泡問題;

2)兩側(cè)觀測部位的管徑粗,中間管徑細(xì),以減小管內(nèi)水位波動;

3)選擇風(fēng)平浪靜的泊位/時間進(jìn)行驗證。

3結(jié)束語

經(jīng)過以上方法改良的垂線式橫傾儀和水平管橫傾儀,精度會有很大的提高,能夠滿足船上的要求。其中,垂線式橫傾儀一經(jīng)制作并安裝完畢。就可以一勞永逸,要用的時候直接讀數(shù)就行了.但是它的精度沒有水平管橫傾儀高。而水平管橫傾儀的精度基本上和直接看兩舷水尺的精度一樣,在外舷涌浪較大時,甚至比直接看兩舷水尺的精度還要高。但缺點是每次使用都要臨時安裝??筛鶕?jù)實際需要對這兩種橫傾儀進(jìn)行選擇使用,通常在要求較嚴(yán)格時安裝水平管式橫傾儀,平時則使用垂線式橫傾儀就行了。

作者:中遠(yuǎn)(香港)航運有限公司 林金民  來源:航海技術(shù)

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