自動伸縮式艦船舷梯*設計

鎮(zhèn)江船艇學院 船艇工程系 鎮(zhèn)江 212003

目前大型艦船上配載的大型舷梯需輔以起吊設備才能完成搭接，不適合小型艦船使用。中小型艦船仍采用木制或鋼制跳板，此跳板兩端均不固定，依靠人力搬動，搭接時要由艇外人員協(xié)助艇上人員才能完成；同時還需要系裝安全防護網(wǎng)，操作難度大。而且跳板兩側(cè)無護欄，遇大風大浪、潮漲潮落，極易產(chǎn)生搖擺滑動，艦船及人員上、下危險性大。因此有必要研制一種新型安全舷梯，降低舷梯搭接難度，確保艦船人員與常用生活物資上下舷梯安全、快捷、方便，增強艦船靠泊時對惡劣環(huán)境的適應能力以及保障艦船部隊戰(zhàn)斗力。

1 舷梯結(jié)構(gòu)與工作原理

如圖1所示，設計艦船安全舷梯由舷梯主體、舷梯起升機構(gòu)、舷梯伸縮機構(gòu)、整梯移動機架、護欄結(jié)構(gòu)、電氣控制六大部分組成。

1-整梯拖動機架；2-升電機加減速器；3-滾筒；4-立柱；5-起升鋼絲繩；6-伸縮電機加減速器；7-伸縮主動鏈輪；8-固定梯；9-伸縮鏈條；10-伸縮梯；11-翻板；12-翻板轉(zhuǎn)軸；13-護欄軟索；14-護欄立柱；15-升降機構(gòu)手柄；16-伸縮機構(gòu)手柄；17-手搖升降鏈傳動機構(gòu)；18-萬向輪；19-整梯固定榫頭；20-舷梯起升轉(zhuǎn)軸圖1 舷梯結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 舷梯主體

舷梯主體采用防銹鋁LF5材料，該材料密度小，防腐性能好，適于海洋氣候。舷梯通道寬600 mm，可供兩人對向行走。舷梯主體分為三節(jié)，采用伸縮加折疊的結(jié)構(gòu)，主要由固定梯8、伸縮梯10、翻板11組成，其表面為防滑鋁板，方便人員行走。固定梯與伸縮梯均為一框形結(jié)構(gòu)，伸縮梯在伸縮機構(gòu)帶動下可在固定梯內(nèi)前后移動。固定梯末端與機架1通過起升轉(zhuǎn)軸20聯(lián)接，可實現(xiàn)舷梯主體的起升翻轉(zhuǎn)。翻板為一平板，前端裝有萬向輪，可以適應船與碼頭間的相對運動。舷梯兩側(cè)設有可折疊的護欄，可以確保人員通過安全。

1.2 舷梯起升

舷梯起升機構(gòu)由起升電機(帶減速器)2、滾筒3、起升鋼絲繩5和手搖起升連傳動機構(gòu)17組成。舷梯主體由鋼絲繩5通過立柱4上的滾輪連接到滾筒3，在起升電機的驅(qū)動下，繞舷梯起升轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。或由升降機構(gòu)手柄帶動手搖升降鏈傳動機構(gòu)17，實現(xiàn)其起升。

1.3 舷梯伸縮與折疊

翻板11繞固定于伸縮梯10上的軸12轉(zhuǎn)動，并通過永磁磁鋼固定，實現(xiàn)翻板的釋放與定位。伸縮梯10與伸縮鏈條9固聯(lián)，通過伸縮電機加蝸輪減速器6驅(qū)動伸縮主動鏈輪7(或通過手柄16人工驅(qū)動)，帶動伸縮鏈條9往復轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)伸縮梯10在固定梯8內(nèi)的往復伸縮。此三部分運動相互獨立，當船舶靠泊距離或與碼頭高度差發(fā)生改變時，可通過舷梯主體的伸縮來調(diào)節(jié)。

1.4 整梯移動與固定

舷梯翻轉(zhuǎn)電機、減速裝置安裝于移動機架內(nèi)，可以起到配重作用，同時避免設備外露，影響艦船人員行走。舷梯主體安裝于機架上，機架下裝有四個滾輪18，可以方便地將舷梯移動到艦船的左右舷。工作時，舷梯整體推至船舷處，整梯固定榫頭19插入船舷的固定槽中，舷梯固定。

2 舷梯主體強度校核

舷梯主體是主要的承載體，其強度是設計的關(guān)鍵。固定梯和活動梯均由“[”、加強筋、“]”型鋁材焊接成整體框架，然后在框架上表面焊接6號花紋鋁板。其中固定梯鋁型材尺寸為100×10 mm；活動梯鋁型材尺寸為80×15 mm；翻板為4號花紋鋁板。設計中采用的防銹鋁LF5的[σ]=σ0.2=200 MPa[1]。

圖2 舷梯主體結(jié)構(gòu)Pro/E造型

圖3 舷梯主體結(jié)構(gòu)ANSYS有限元公析

舷梯主體結(jié)構(gòu)(固定梯、活動梯和翻板)的Pro/E[2]造型見圖2，設計要求舷梯主體長3 m，經(jīng)計算得出舷梯部分總重量約為55 kg。根據(jù)設計要求，簡化載荷分布在舷梯主體情況為：距前端1.5 m處200 kg，0.75 m及2.25 m處均100 kg時，利用工程軟件ANSYS[3]進行結(jié)構(gòu)有限元分析計算。應力及變形情況如圖3所示。由圖3可知，最大應力在1.5 m載荷作用點處，其局部應力最大值為157 MPa，最大變形量是1.681 mm。而實際情況下載荷作用點并非為點接觸，而為面接觸，故應力遠小于該最大值，也遠小于許用應力。根據(jù)鋁質(zhì)艦船舷梯標準，最大允許變形量為40 mm遠大于1.681 mm，故舷梯不會產(chǎn)生永久變形。研制樣機經(jīng)試驗檢測，舷梯主體最大變形量僅為1.2 mm。

3 舷梯主要特點

1) 高度集成，結(jié)構(gòu)緊湊。舷梯、舷梯收放裝置、移動裝置集成一體，舷梯展開時長4 m，滿足中小型艦船的使用要求，收攏時尺寸為1 200×900×1 300 mm，在艇上放置空間小。舷梯總重120 kg，整機由人工即可移動到所需位置。

2) 操作方便。由可控按鈕控制電機完成自動驅(qū)動操作，實現(xiàn)舷梯的自動伸縮與起升，而無需其它輔助設備在艇上即可完成搭拆任務，省時省力。機構(gòu)設有限位行程開關(guān)，對舷梯起升及伸縮極限有安全限位作用。同時，該設備還備有手動輔助操作裝置，在緊急備航或缺電工況下仍然可以使用。此外，舷梯設置有可隨梯伸縮的可折疊式防護欄，無需再在艦船靠泊時系裝安全網(wǎng)。

3) 使用壽命長。舷梯有關(guān)尺寸經(jīng)過強度分析，使承載能力與自重比達到較先進的水平。整機采用LF5防銹鋁，關(guān)鍵部件選用不銹鋼材料，或經(jīng)熱鍍鋅處理，使整機重量降低，又具有防潮、防腐作用，使得設備使用壽命長。

4)應用范圍廣。對該設備進行適當改裝、開發(fā)不僅可用于軍用中小型艦艇與民用船舶、舟橋部隊，還可用于碼頭,效益顯著。

4 結(jié)束語

該艦船安全舷梯具有伸縮與起升功能，可以隨船與碼頭間的落差變化進行調(diào)整，舷梯兩側(cè)設置有安全防護欄，有效地消除了艦船人員和常用生活物資上下艦船的安全隱患。該設備在艦船部隊應用結(jié)果表明安全可靠、經(jīng)濟實用、操作簡單、維護方便，為保持艦船部隊戰(zhàn)斗力提供了有力保障。

[1] 徐 灝.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2] 孫江宏，黃小龍，羅 坤.Pro/ENGINEER Wildfire 虛擬設計與裝配[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[3] 東方人華.ANSYS7.0入門與提高[M].北京：清華大學出版社，2004.