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燈浮標燈架結(jié)構改進

◎ 彭鐘 童揚武 楊倩 海口航標處

摘 要：本文通過運用有限元軟件計算燈架結(jié)構強度，對應力較大、受力較強的部位，提出合理加強和優(yōu)化建議。提高燈架結(jié)構韌性和減震效果，采用警示反光貼增加夜晚警示、圖像示意，并將燈架部件規(guī)范化，方便維護又節(jié)省成本，減少實際航標保養(yǎng)的人力物力。

關鍵詞：燈浮標燈架 結(jié)構強度 夜晚警示 圖像示意 部件規(guī)范化

1.存在問題

燈浮標（light buoys）作為重要的船舶助航設施，為船舶航行、進出港提供了重要作用。燈浮標的定位是由底部錨鏈、沉快固定，因風浪、洋流的影響，燈浮標會在一定范圍內(nèi)搖擺、轉(zhuǎn)動。加上航行中船舶自身的搖擺、回轉(zhuǎn)偏移等性質(zhì)。往來船舶會和燈浮標產(chǎn)生不可避免的碰撞。導致燈浮標的燈架扭曲損壞。以三亞港港內(nèi)燈浮標為例，可以看出因船舶碰撞所造成的燈架損壞很嚴重，尤其是頂護圈部分。（如圖1）如果燈器損壞，在夜間燈浮標就會變成進出港的障礙物，我處就曾發(fā)生夜間漁船撞上一座燈器損壞燈浮標的事件。

2.計算分析

以國內(nèi)目前使用最多的Φ2400mm鋼制燈浮標進行計算機模擬計算，分析其在碰撞中的受力情況。假定：碰撞一般來至船舶側(cè)面，側(cè)向受力，載荷面較大；燈浮標燈架四個支持腳固定在一個平面內(nèi)，彈性固定。根據(jù)規(guī)范要求，燈架架構角鋼的鋼材的應力許可極限為180Mpa。

在燈架結(jié)構受到集中力載荷2x104N時，燈架發(fā)生形變。其受力較大的部位和應力集中的部位，首先發(fā)生扭曲變形。

3.解決方法

3.1結(jié)構優(yōu)化

根據(jù)有限元計算結(jié)果，對燈架結(jié)構中受力較大的部位和燈架矩形結(jié)構不穩(wěn)定位置增加三角形肘板，確保結(jié)構強度（如圖3）；

圖1　三亞港港內(nèi)燈浮標實例

圖2　有線元計算應力圖

圖3　燈架需要增加肘板的位置

圖4　燈架頂護圈改進示意圖

圖5　警示反光貼材料及其應用

圖6　用斜條紋警示反光貼指示航道

對于易發(fā)生碰撞的頂護圈采取增加減震結(jié)構將角鋼制作的頂護圈更改為具有彈性的結(jié)構，增加類似車輛減震結(jié)構，減小因碰撞造成的結(jié)構扭曲（如圖4）。

3.2外表優(yōu)化

針對燈浮標燈器有可能因外界因素損壞導致不發(fā)光的情況下，夜間燈浮標會成為進出港的障礙物，在標體、燈架的外表粘貼警示反光貼。起到夜間示廓作用，提高燈浮標夜間能見度，保證在夜間，即使燈浮標燈器損壞，往來船舶利用自身的探照燈也能夠輕松的發(fā)現(xiàn)航標，發(fā)現(xiàn)航道，為燈浮標導助航起到輔助作用。

這種反光貼的原理是運用晶格的微菱形產(chǎn)生折射及高折射率的玻璃微珠回歸反射原理，通過調(diào)焦后處理的工藝制成。它能將遠方直線光線發(fā)射回發(fā)光處，不論在白天或是黑夜均有良好的逆反射光學性能，已經(jīng)廣泛運用于陸用交通設施和人員防護上，效果明顯，且價格較低，性價比很高，尤其是晚上，能夠發(fā)揮如同白天一樣的高能見度。加上反光貼有多種顏色，可以滿足燈浮標左紅右綠等在顏色方面的要求。如果將浮標的標體純綠純紅上采用紅色、綠色斜條紋，進行圖像示意，那么船舶在航行中就會更加醒目的識別，即使是沒有學習過航標知識的漁民，也可以知道左紅右綠的航行規(guī)則。這樣還可以推廣航標的宣傳，形成一種標準，讓更多的人知道水中浮標的具體作用和意義。

3.3結(jié)構單元規(guī)范化

運用有限元方法計算應力過往船舶和燈浮標發(fā)生碰撞多數(shù)碰到頂護圈和頂標，將頂護圈、頂標等易損壞結(jié)構與整體燈架結(jié)構分離，設置通用件，局部維修替換，方便保養(yǎng)，改變傳統(tǒng)燈浮標燈架焊接一體化，一但損壞，就需要整體更換，且整個標體需要起吊，人力物力成本很高的現(xiàn)狀。將易損結(jié)構單元規(guī)范化，設置通用件，統(tǒng)一定制，規(guī)范生產(chǎn)。

例如：GB-dfb-001001 對應頂標

GB-dfb-001002 對應 頂護圈

…

GB-dfb-001006 對應 加強筋

GB-dfb-001007 對應 加強肘板

這樣既方便維護保養(yǎng)，又能節(jié)省成本開支。

4.不足

首先，海洋中海況復雜，來自船舶的碰撞和水流波動的作用形式是復雜的，燈架受到的受力形式也是多樣，模擬計算不夠精準，還需要進行實際試驗；其次海上的環(huán)境較陸地復雜多變，警示反光貼能否適應海上的濕度、鹽度都需要進一步測試。

5.結(jié)論

本文通過對Φ2400mm型燈浮標運用有限元方法計算應力，從結(jié)構優(yōu)化、外表優(yōu)化、單元規(guī)范化三個方面對燈架結(jié)構進行改進，首先將提高傳統(tǒng)的燈浮標的結(jié)構穩(wěn)定性和抗撞擊性；其次粘貼警示反光貼為燈浮標示廓，增加夜晚警示和圖像示意，讓更多的人了解航標用途；最后，將易損壞的結(jié)構單元化，規(guī)范化，統(tǒng)一生產(chǎn)，并設計易替換結(jié)構，將大大提高燈浮標的維護保養(yǎng)成本，節(jié)省開支。