郭學(xué)峰

（中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司技術(shù)研發(fā)中心 大連 116600）

引 言

甲板運(yùn)輸船根據(jù)作業(yè)需要，尾部應(yīng)為無障礙甲板，用來放置大型海洋工程結(jié)構(gòu)物或者其他異形構(gòu)件。由于裝載時(shí)采用從尾部或船體兩側(cè)滑動(dòng)的方式，故需要叉車輔助作業(yè)，這就要求在船體首部露天甲板上設(shè)置大型車庫（放置輔助裝卸貨物使用的叉車）。該車庫門位于國際載重線規(guī)范中要求的位置1中。按照船舶入級(jí)規(guī)范的要求，其需要滿足門檻高度不小于600 mm以及門及艙壁的風(fēng)雨密性要求，同時(shí)還要滿足頻繁進(jìn)出叉車的作業(yè)功能性要求。

由此可見，入級(jí)的船級(jí)社規(guī)范要求和叉車進(jìn)出的實(shí)際使用要求存在一定矛盾，但實(shí)際設(shè)計(jì)則要求需要同時(shí)滿足二者的要求。

針對(duì)上面的實(shí)際問題，我們依據(jù)實(shí)際項(xiàng)目船舶入級(jí)的船級(jí)社規(guī)范和露天甲板上車庫門叉車進(jìn)出的實(shí)際使用要求，進(jìn)行仔細(xì)研究，提出新的設(shè)計(jì)思路和方法，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）無門檻設(shè)計(jì)

因叉車需要頻繁進(jìn)出作業(yè)，如果按照入級(jí)規(guī)范要求需要設(shè)置600 mm的門檻，即使是活動(dòng)式門檻，也會(huì)阻礙叉車的進(jìn)出服務(wù)，最終根據(jù)實(shí)際使用要求設(shè)計(jì)成無門檻的風(fēng)雨密門；

（2）特殊的門密封形式及鎖緊方式

因?yàn)闆]有門檻，獨(dú)創(chuàng)了門與甲板的密封節(jié)點(diǎn)和門與艙壁的鎖緊方式，有效保證了門的風(fēng)雨密要求，具有創(chuàng)新性；

（3）特殊的排水井及排水管設(shè)計(jì)

為滿足規(guī)范無門檻要求，特別在門外面露天甲板上創(chuàng)新設(shè)計(jì)排水井及排水管，以免艙壁及門上上浪的海水及雨水灌入車庫；

（4）門的快速啟閉操作裝置及抬門裝置設(shè)計(jì)

特殊的液壓連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足液壓門的快速啟閉操作，同時(shí)具備鎖緊功能，從而實(shí)現(xiàn)叉車等作業(yè)設(shè)備的快速進(jìn)出；

（5）門板及門框制作成整體撬塊

該設(shè)計(jì)不僅便于安裝，也有效節(jié)省建造時(shí)間及成本。

下面結(jié)合實(shí)例分別從無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門的方案設(shè)計(jì)、無門檻設(shè)計(jì)及特殊的密封方式、特殊排水井及排水管設(shè)計(jì)、快速啟閉及抬門裝置、門安裝艙壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算等方面進(jìn)行闡述，希望能為其他設(shè)計(jì)者提供參考。

1 無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門的初步方案［1］

該項(xiàng)目車庫位于船級(jí)社規(guī)范中定義的露天甲板上某位置處（見圖1），需要滿足入級(jí)規(guī)范要求：設(shè)置600 mm的門檻；同時(shí)，門的開口需滿足進(jìn)出叉車設(shè)備的外形尺寸要求（3 m寬×3 m高）；門與艙壁板需滿足風(fēng)雨密要求；根據(jù)叉車進(jìn)出車庫的操作要求，主甲板上不能有門檻（如果設(shè)計(jì)成可移動(dòng)的門檻，也將會(huì)影響叉車頻繁進(jìn)出）；門位于主甲板上，門的風(fēng)雨密將根據(jù)門的實(shí)際安裝位置，并綜合考慮風(fēng)載荷的影響，提供必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及計(jì)算驗(yàn)證，避免大開口艙壁板變形。

圖1 甲板運(yùn)輸船的甲板面外形以及車庫門位置

為滿足以上要求，我們將該車庫四周的其他房間門檻高度設(shè)定為380 mm，并且當(dāng)車庫門開啟狀態(tài)時(shí)，保證其他門都是關(guān)閉狀態(tài)，四周其他房間每個(gè)門上設(shè)置可在駕控臺(tái)顯示的報(bào)警燈，顯示這些門的開啟狀態(tài)；車庫門前設(shè)置特殊的排水井及排水管，水井容積和排水管的直徑保證海水上浪及雨水的排放要求；門下面與甲板接觸處設(shè)計(jì)特別的鎖緊形式。我們還特別校核了門安裝處大開口處艙壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以滿足規(guī)范要求。

無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門由門板、門框、特制密封膠圈、雙向水平液壓鎖緊、垂直抬門及液壓鎖緊、門底部的特殊密封裝置、動(dòng)力單元、按鈕、限位開關(guān)等部分組成。安裝在艙壁里面的本地手動(dòng)操作裝置在船舶電力系統(tǒng)不起作用的工況下（如失電工況下等）使用。

2 無門檻及特殊密封型式的設(shè)計(jì)

大型無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門在露天甲板上設(shè)置為10 mm厚度的不銹鋼調(diào)整墊板，來調(diào)整露天甲板的平整度，同時(shí)保證門與露天甲板的風(fēng)雨密密性要求，同時(shí)門底部與甲板密封處需要特別考慮，使用特殊高強(qiáng)度的膠條保證風(fēng)雨密性要求，防止雨水從底部甲板處灌入車庫內(nèi)。

為保證門與露天甲板之間的風(fēng)雨密密性要求設(shè)計(jì)了特殊的鎖緊裝置，風(fēng)雨密的密性詳細(xì)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)如圖2所示。該鎖緊裝置具有導(dǎo)向作用，使門能夠向下滑動(dòng)，從而能保證門與露天甲板很好地結(jié)合。該鎖緊裝置與門框做成一體的撬塊，使門框直接與甲板對(duì)接焊即可完成安裝。

圖 2 無門檻及特殊密封型式簡圖

3 特殊排水井及排水管設(shè)計(jì)

因叉車進(jìn)出車庫的操作要求主甲板上不能有門檻，為更好地排出門附近的雨水和上浪的海水，在門前設(shè)置排水井及排水管，參見圖3。

水井容積和排水管的直徑保證海水及雨水的排放要求。

圖3 排水井實(shí)際圖片

4 快速啟閉及抬門裝置設(shè)計(jì)［2］

根據(jù)該無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門無門檻的使用特點(diǎn)，門的開啟操作需要滿足以下三方面要求（關(guān)閉操作與之相反）：

（1）首先使用液壓缸將門向上抬起；

（2）然后使用液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)門到設(shè)定的角度；

（3）液壓缸的操作需要限位裝置限定。

此處采用特殊設(shè)計(jì)的液壓操作裝置，由液壓件廠家根據(jù)要求特殊定制，參見圖4。

圖 4 快速啟閉及抬門裝置

獨(dú)立的電/液集成鎖緊執(zhí)行器和門的開閉電/液驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器系統(tǒng)。該處液壓缸執(zhí)行器是由包括一個(gè)油缸和與之平行布置的液壓泵集成的。集成執(zhí)行器由交流電機(jī)提供動(dòng)力，通過驅(qū)動(dòng)液壓泵、油缸輸出直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。所有零部件集成為一體，由電機(jī)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)推出和回拉的兩個(gè)功能。

電氣應(yīng)急操作：用外部的應(yīng)急電源提供多個(gè)執(zhí)行器工作。液壓應(yīng)急操作：有兩個(gè)接口可用連接外部油泵，作推出和拉回運(yùn)行。打開手動(dòng)卸荷針閥，把外部泵和推拉油口連接。關(guān)閉針閥，用外部泵驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。

執(zhí)行器提供兩個(gè)非接觸傳感器，用于判別鎖止或解鎖位置，省略全部液壓油管，節(jié)省管路設(shè)計(jì)、采購、安裝和清洗費(fèi)用；將傳感器集成，簡化和減少設(shè)備和零部件；可靠的內(nèi)部自鎖裝置，在失電狀態(tài)保持位置不變，無需蓄能器保壓；可用于空間狹窄的場合，無需考慮泵站、閥組大部件的安裝空間。

5 門安裝處船體結(jié)構(gòu)艙壁強(qiáng)度校核

無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門根據(jù)實(shí)際在船上的安裝位置及船舶的具體作業(yè)海域等作業(yè)環(huán)境，受到載荷主要有：結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)及上浪載荷、鎖緊力等［2］。

5.1 風(fēng)及上浪載荷

風(fēng)及上浪載荷按照實(shí)船入級(jí)規(guī)范的要求［3］：

式中：ρa(bǔ)為空氣的密度，1.225 kg/m3。

本實(shí)例經(jīng)修正后的最終載荷：

液壓鎖緊力 ：400 N［2］。

5.2 門開口處船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算

無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門安裝在框架結(jié)構(gòu)的橫艙壁上，因開口尺寸過大，需要對(duì)開口處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核，采用結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，依據(jù)實(shí)船入級(jí)挪威船舶規(guī)范對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。橫艙壁上的隔板等弱結(jié)構(gòu)可不計(jì)強(qiáng)度。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)力值滿足強(qiáng)度要求。計(jì)算見下頁圖5。［4-6］

圖5 計(jì)算結(jié)果

6 實(shí)際效果

在實(shí)際安裝過程中我們努力控制艙壁及甲板面的變形，保證門與四周很好的風(fēng)雨密密性要求，重點(diǎn)控制甲板面的局部變形（平面度），最后通過10 mm的不銹鋼調(diào)整墊板來保證車庫門下面與甲板面很好的風(fēng)雨密要求。

無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門實(shí)際安裝效果見圖6。

圖6 實(shí)際安裝效果

7 結(jié) 論

本文通過對(duì)無門檻液壓快速啟閉風(fēng)雨密門的應(yīng)用研究，得出以下結(jié)論：

（1）通過適當(dāng)提高與車庫門相鄰房間門的門檻高度及增加相鄰房間門的集控室開啟顯示，從而部分實(shí)現(xiàn)車庫門滿足入級(jí)規(guī)范的要求，為類似設(shè)計(jì)提供一種設(shè)計(jì)思路。

（2）風(fēng)雨密的要求可以通過設(shè)置排水井及排水管予以滿足；此設(shè)計(jì)思路及方法可以更廣泛推廣和應(yīng)用于其他類似設(shè)計(jì)中。

（3）特種門的鎖緊方式尚待進(jìn)一步探討、研究，需更好地適應(yīng)門的啟閉操作，以便深入推廣到需要快速啟閉功能的門及艙口蓋設(shè)計(jì)中。

［參考文獻(xiàn)］

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