貨船疊加式艙口蓋裝置的設(shè)計

王兆玄， 張洪剛， 王高虎， 淦學(xué)甄

（1.浙江海洋大學(xué)港航與交通運輸工程學(xué)院，浙江 舟山 316022；2.中石化海洋石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 200120）

0 引言

艙口是傳統(tǒng)的貨物垂直裝卸作業(yè)的必經(jīng)之路，艙口蓋的用途主要有兩方面：一方面是封閉艙口、保證艙內(nèi)貨物安全；另一方面則是承受并支撐大件貨物；艙口蓋裝置開啟與關(guān)閉的機械化、自動化程度的高低，直接關(guān)系到船舶貨物的裝卸效率、質(zhì)量與人員的勞動強度和船舶的停港時間[1]。目前，國內(nèi)外的船舶上艙口蓋的安放有的采用克令吊的吊裝（適合小噸位的貨船），現(xiàn)基本上采用液壓油缸的工作對各艙的艙口蓋實現(xiàn)安放，通過液壓油缸的工作使艙口蓋打開及關(guān)閉，還有一種通過液壓油缸及其他輔助裝置使所有的艙口蓋在某處垂直堆放?，F(xiàn)有的艙口蓋的安放所需要的裝置較復(fù)雜，且對裝卸貨物有一定的影響，同時設(shè)備的成本較高。由此可見，對艙口蓋研究與改進的這個過程是必要的。本文將圍繞新舊艙口蓋的結(jié)構(gòu)展開論述。一方面用來闡述艙口蓋的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)問題與不足，并對現(xiàn)有艙口蓋設(shè)計提出了要求；另一方面則通過闡述與分析新型艙口蓋的設(shè)計改進方案，從而驗證與論述新型艙口蓋設(shè)計的可行性。

1 現(xiàn)有艙口蓋的利弊分析

目前我國現(xiàn)有的艙口蓋，按照結(jié)構(gòu)分為滾動式、折疊式和提升（吊移）式3種[2]，但均存在缺陷及局限性。

滾動式艙口蓋由水密裝置、蓋板、壓緊裝置、滾輪裝置和導(dǎo)向曳行裝置5部分組成，各蓋板之間用鏈條連接，每個蓋板上都有一對偏心輪，可沿艙口圍板兩邊的面板行走，還有一個平衡輪，它不設(shè)置在板寬的中點處。開啟時，在重力作用下蓋板便翻轉(zhuǎn)成直立狀態(tài)而存放，分別存放在艙口的兩端；關(guān)閉時，將鋼索穿入艙內(nèi)正前方的開口導(dǎo)向滑車內(nèi)，再用卸扣與收藏處的首端蓋板相連接。由滾動式艙口蓋的工作方式不難看出，其工作過程繁瑣。由于艙口蓋的走滾輪數(shù)量繁多且平衡輪不設(shè)置在艙口蓋中點等原因，容易造成艙口蓋移位；由于艙口蓋存放在艙口的兩端且艙口蓋之間的間隙很大，從而導(dǎo)致占甲板面積過大[3]。

通過對折疊式和提升式艙口蓋的初步研究得出：折疊式艙口蓋因為靠近艙口端的蓋板較短并且與鉸鏈臂相連，所以它的轉(zhuǎn)軸離開艙口蓋有一定的距離，從而導(dǎo)致艙口蓋不能開全艙、存在裝卸盲區(qū)等；提升式艙口蓋需要由船上或港口的起貨機械來吊移，從而導(dǎo)致其安全系數(shù)低、運營成本高等問題的出現(xiàn)。表1是目前使用的艙口蓋的優(yōu)、缺點分析。

2 新型艙口蓋裝置的設(shè)計要求

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面要求

新型艙口蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有以下3個要求：1）基于現(xiàn)有艙口蓋的結(jié)構(gòu)，針對其不足，從總體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)進行改進；2）參照《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》要求，保證新型艙口蓋的剛度和強度達到標(biāo)準(zhǔn)；3）結(jié)構(gòu)設(shè)計從簡，易于進一步的保養(yǎng)與改進。

表1 艙口蓋的優(yōu)、缺點分析

2.2 技術(shù)設(shè)計要求

新型艙口蓋裝置的技術(shù)設(shè)計，一方面利用疊加式原理進行艙口蓋的設(shè)計，大大提高單個艙口蓋面積、減少甲板機械數(shù)量以及提高艙口蓋水密性和減少人員的勞動強度等；另一方面通過對疊加式安裝裝置的動力系統(tǒng)的設(shè)計，利用液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)艙口蓋裝置的全自動操作功能[4]。

2.3 操作設(shè)計要求

新型艙口蓋裝置的操作設(shè)計，一方面要保證裝置操作過程中安全可靠、容易著手；另一方面則要求裝置所使用的零件為國際通用件，從而有利于進一步的保養(yǎng)與維修。

2.4 經(jīng)濟設(shè)計要求

新型艙口蓋裝置的經(jīng)濟設(shè)計，主要考慮社會效益和經(jīng)濟效益。社會效益是要求新型艙口蓋裝置可以為今后在艙口蓋方面的研究制造新方向、新概念；經(jīng)濟效益則要求為船舶行業(yè)節(jié)約成本，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值。

3 新型艙口蓋——貨船疊加式艙口蓋裝置的結(jié)構(gòu)[5]

3.1 貨船疊加式艙口蓋裝置的工作原理

貨船疊加式艙口蓋裝置安裝有儲存艙，其底部均布4個油缸，在油缸的缸桿上安裝托臺，在儲存艙的壁上安裝前后防撞條及左右防撞條；艙口蓋邊上固定滑輪，滑輪的下面是滑軌，在艙口蓋的邊上角落處安裝牽引軸，通過左右牽引機構(gòu)使艙口蓋沿著滑軌運動到托臺處；在艙口蓋的4個角落加工通孔用來安裝定位軸；在艙口蓋的兩邊加工水槽，兩艙口蓋的水槽之間安裝水槽蓋。儲存時，通過右牽引機構(gòu)將艙口蓋拉到托臺上，通過油缸的運動達到疊加安裝的目的，加蓋時，通過左牽引機構(gòu)將艙口蓋拉到位，利用定位軸對艙口蓋定位，同時兩艙口蓋的水槽之間安裝水槽蓋用來防水。采用油缸的運動及牽引機構(gòu)使艙口蓋滑動的結(jié)合，使艙口蓋疊加式安裝，結(jié)構(gòu)簡單，卸貨方便。

3.2 貨船疊加式艙口蓋裝置的主要組成部件

貨船疊加式艙口蓋裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。儲存艙的底部均布4個油缸，在油缸的缸桿上安裝托臺，在儲存艙的壁上安裝前后防撞條及左右防撞條，在儲存艙的底部4個角落安裝漏水孔艙口蓋安裝在各艙的上部；艙口蓋的4個角落加工通孔，在艙口蓋的兩側(cè)加工水槽，滑輪按照一定的間隔安裝在艙口蓋的兩側(cè)，在滑輪的下方安裝滑軌；牽引軸固定安裝在艙口蓋的邊上角落處；定位軸通過間隙配合安裝在艙口蓋的4個角落的通孔處；水槽蓋放置在相鄰兩塊艙口蓋的水槽上面。

貨船疊加式艙口蓋裝置的局部結(jié)構(gòu)包括艙口蓋機構(gòu)、滑輪機構(gòu)、牽引軸機構(gòu)、定位軸機構(gòu)和水槽蓋機構(gòu)五個部分。

艙口蓋機構(gòu)如圖2所示，艙口蓋安裝在各艙的上部；艙口蓋的4個角落加工通孔，在艙口蓋的兩側(cè)加工水槽。

滑輪機構(gòu)如圖3所示，滑輪按照一定的間隔安裝在艙口蓋的兩側(cè)，在滑輪的下方安裝滑軌，滑輪的三角槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計有利于滑輪在滑軌上平穩(wěn)運動；牽引軸機構(gòu)如圖3所示，牽引軸固定安裝在艙口蓋的邊上角落處。

圖1 貨船疊加式艙口蓋的主視圖

定位軸機構(gòu)如圖4所示，定位軸通過間隙配合安裝在艙口蓋的4個角落的通孔處。水槽蓋放置在相鄰2塊艙口蓋的水槽上面，防止海水及雨水通過相鄰艙口蓋之間的間隙進入艙內(nèi)。

貨船疊加式艙口蓋裝置的具體要求：前后防撞條及左右防撞條的材料為硬橡膠。油缸通過一個控制系統(tǒng)控制，使4個油缸的運動保持一致。牽引軸的外面有一個大端。定位軸的上部為打擊部，中間加工一個貫穿孔，在貫穿孔的下面為凸肩，其最下面加工一個錐度。艙口蓋的4個角落的通孔下面安裝艙口定位板，在艙口定位板上加工通孔與所述艙口蓋的通孔對應(yīng)。

圖2 儲存艙口蓋處的俯視圖

4 貨船疊加式艙口蓋的可行性分析

4.1 結(jié)構(gòu)可行性

圖3 貨船疊加式艙口蓋的局部俯視圖

通過對現(xiàn)有艙口蓋的結(jié)構(gòu)改進，貨船疊加式艙口蓋裝置結(jié)合艙口蓋結(jié)構(gòu)的加工及安裝[6]，其結(jié)構(gòu)可行性有以下幾點：1）油缸的運動及牽引機構(gòu)使艙口蓋滑動結(jié)合，使艙口蓋疊加式安裝，結(jié)構(gòu)簡單、卸貨方便。2）通過對定位軸的設(shè)計，當(dāng)艙口蓋定位時，通過人工打擊定位軸的打擊部，通過定位軸的下面錐度導(dǎo)向，使定位軸的下部進入到艙口定位板的通孔內(nèi)，定位簡單、牢固；需要艙口蓋活動時，利用輔助工具從貫穿孔處將定位軸拔出。3）滑輪的三角槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計有利于滑輪在滑軌上平穩(wěn)地運動。4)艙口蓋的水槽與水槽蓋的配合，使艙的水密性大大提高，且安裝、拆除簡單。

圖4 圖1中A部放大圖

4.2 技術(shù)可行性

貨船疊加式艙口蓋裝置的技術(shù)原理是利用先進的液壓油缸控制系統(tǒng)，并參照艙口蓋液壓系統(tǒng)改進設(shè)計[7],使艙口蓋的動力最優(yōu)化；根據(jù)貨物裝卸要求，對艙口蓋結(jié)構(gòu)進行改進，提高單個艙口蓋面積，可實現(xiàn)開全艙的目的，從而消除盲區(qū)，提高裝卸貨的工作效率；此外，通過疊加式艙口蓋裝置的設(shè)計，還可提高貨艙的水密性[8]。

4.3 操作可行性

貨船疊加式艙口蓋裝置的組成部件大多數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，因此操作簡單，同時該裝置的局部采用滑輪機構(gòu)、牽引軸機構(gòu)和定位軸機構(gòu)，提高艙口蓋的機械化、自動化的能力，從而減少人員的勞動強度，提高艙口蓋的安全系數(shù)，同時便于該裝置的維修與保養(yǎng)。該設(shè)計從一定程度實現(xiàn)了艙口蓋的自動化。

4.4 經(jīng)濟可行性

1）經(jīng)濟效益。通過對船舶艙口蓋采用疊加式設(shè)計方法，進而解決了原有艙口蓋的缺陷及局限性；通過優(yōu)化的艙口蓋結(jié)構(gòu)，可進行全艙打開，有效提高貨物的裝卸效率與質(zhì)量，減少人員的勞動強度和船舶的停港時間，提高船舶運營企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2）社會效益。在船舶艙口蓋結(jié)構(gòu)上，通過開全艙的方式，提高船艙的利用率；在研究成果上，完成切實可行的艙口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計，為貨船艙口蓋的設(shè)計提供一種技術(shù)參考，具有重要的社會效益。

5 結(jié)論

通過對新型艙口蓋裝置的設(shè)計，主要解決了以下幾方面問題：1）貨船疊加式艙口蓋裝置的動力設(shè)計。通過艙口蓋的疊加式裝置的研究，利用先進的液壓油缸控制系統(tǒng)，使艙口蓋的動力最優(yōu)化。2）貨船疊加式艙口蓋裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過對艙口蓋原有結(jié)構(gòu)的研究分析，根據(jù)貨物裝卸要求，對艙口蓋結(jié)構(gòu)進行改進，提高單個艙口蓋面積，可實現(xiàn)開全艙的目的，從而消除盲區(qū)，提高裝卸貨的工作效率；此外，通過貨船疊加式艙口蓋的設(shè)計，還可提高貨艙的水密性。3）減少人員的勞動強度。通過貨船疊加式艙口蓋的研究，提高艙口蓋的機械化、自動化的能力，從而減少人員的勞動強度，提高艙口蓋的安全系數(shù)。4）經(jīng)濟效益和社會效益最優(yōu)化。艙口蓋裝置是貨船必須擁有的裝置之一，且同時具有多個，通過艙口蓋的疊加式安裝裝置的設(shè)計，將艙口蓋最優(yōu)化，從而實現(xiàn)船舶運營的經(jīng)濟效益和社會效益最大化。綜述全文，新型艙口蓋裝置存在以下兩個問題：1）該裝置未給出具體的設(shè)計數(shù)據(jù)，只是提供了設(shè)計圖樣；2）艙口蓋與其他設(shè)備可能存在隨機性，不能保證該裝置可以滿足所有情況等。針對以上2個問題，將作為后續(xù)進一步研究的內(nèi)容。

[參考文獻]

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