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        救生艇裝卸拖車的研制

        2019-01-24 11:01:46賈榮強陳阿貴
        船舶標準化工程師 2018年6期
        關(guān)鍵詞:救生艇拖車槽鋼

        賈榮強,朱 杰,陳阿貴

        (1.大連中遠海運重工有限公司,遼寧大連 116000;2.中國船級社 大連分社,遼寧大連 116000)

        0 引言

        救生艇是船上重要的應(yīng)急救生設(shè)備,是港口國監(jiān)督檢查和國內(nèi)安全檢查的重點,因此在船舶修理過程中,救生艇的修理和試驗成為船東和船檢重要的檢驗項目之一,船廠也為此在船舶修理過程中頻繁地進行救生艇的裝卸和運輸。目前采用的轉(zhuǎn)運方式多是汽車吊車和平板車等組合使用,并且在轉(zhuǎn)運過程中不能很好地進行固定,由此不僅導(dǎo)致了操作成本較高,而且生產(chǎn)效率也較低。為了緩解生產(chǎn)壓力,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率,結(jié)合救生艇外形制造了救生艇專用裝卸拖車。

        1 裝卸拖車氣壓系統(tǒng)的設(shè)計

        由于液壓系統(tǒng)不僅需要電機、液壓泵、各種閥件、回路設(shè)計,而且對密封的要求也較高,而氣壓系統(tǒng)以其簡單和實用的特點,氮氣可直接排到大氣中,從而避免了設(shè)計復(fù)雜的回路系統(tǒng),僅通過2個截至閥和1個減壓表,就實現(xiàn)了整個氣壓系統(tǒng)的運作控制。通常氮氣在修船企業(yè)是作為常用物資在倉庫存儲的,因此其使用和領(lǐng)取都比較方便。拖車模型簡圖見圖1。

        圖1 救生艇拖車設(shè)計模型示意圖

        一瓶氮氣可升降救生艇次數(shù)的計算過程為[1-2]

        式中:p為氣缸工作壓力;G為救生艇重量,2 000 kg~4 000 kg(參照標準CB* 795-85);D為活塞直徑,125 mm;d為千斤頂活塞小徑,50 mm。

        得出實際工作壓力范圍為0.49 MPa≤p≤0.97 MPa。

        式中:V11為管路容積;d1為管路內(nèi)徑,6 mm(采用φ10×2銅管);L為管路總長度,10 200 mm;V12為氣缸最大工作體積;l為活塞行程,90 mm。

        拖車的氣壓系統(tǒng)的工作時氣體體積為

        式中:V1為氣壓系統(tǒng)工作時所需氣體體積。

        根據(jù)氣體的克拉伯龍方程:PV=nRT,計算一瓶氮氣可升降救生艇的次數(shù)m。

        式中:P0為氮氣瓶初始壓力,10 MPa;V0為氮氣瓶容積,40×106(mm3)。

        代入數(shù)據(jù),計算得:89.1≤m≤187.5(次)。

        考慮到管路壓力損失、氣體的泄漏及摩擦損失,一瓶氮氣實際能夠?qū)崿F(xiàn)救生艇的升降次數(shù)約為70次~175次,即能夠完成35艘~87艘救生艇的運輸任務(wù)。

        氣壓系統(tǒng)采用減壓表(量程分別為0 MPa~2.5 MPa,0 MPa~25 MPa)分別顯示氮氣瓶內(nèi)和管路內(nèi)部的工作壓力。當(dāng)氣壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力低于1 MPa時,應(yīng)該準備氮氣瓶的更換。在拖車進行救生艇的升降作業(yè)時,氣缸通過提升螺桿(圖2)的方形擋塊將拖車的橫梁升起,進而實現(xiàn)救生艇的裝卸。在對拖車的可拆卸橫梁進行裝復(fù)和拆卸時,僅需要將提升螺桿旋轉(zhuǎn)90°即可,其設(shè)計達到了操作方便、簡捷的要求。

        圖2 氣缸與提升螺桿裝配示意圖

        2 裝卸拖車的結(jié)構(gòu)設(shè)計

        拖車的支撐橫梁作為拖車的重要受力部件,其強度對拖車的使用十分重要。故對橫梁進行了受力分析、強度校核。救生艇的重力通過艇的龍骨,作用在拖車中心可調(diào)支座,通過支座桿上的螺紋調(diào)整支座高度,使其與救生艇龍骨充分接觸,使拖車兩側(cè)的可調(diào)整支座起到輔助作用,而不承受過大的應(yīng)力。

        橫梁的受力分析及強度校核計算[3]如下。

        對救生艇拖車的支撐橫梁進行受力分析,建立力學(xué)模型,計算支反力,繪制橫梁的剪力圖和彎矩圖(圖3)。

        故此梁在兩支座內(nèi)側(cè)橫截面上的剪力最大值為

        而在梁跨的中點橫截面上的彎矩值為最大。

        式中:G為救生艇作用于每個橫梁的重量,取最大值G=40 kN;L1為橫梁總長,2 200 mm;q為型號10槽鋼理論重量,10 kg/m。

        計算得:Qmax=40.22 kN,Mmax=22.06 kN。

        橫梁的應(yīng)力校驗橫梁的彎曲正應(yīng)力為σmax=Mmax/Wz。

        由于橫梁的跨長較短,故應(yīng)校核最大剪應(yīng)力為

        式中:橫梁截面抗彎系數(shù)Wz=79.4 cm3;慣性矩Iz=396.6 cm4,為橫梁截面中性軸一側(cè)的面積對中性軸的靜矩;b為槽鋼厚度,5 mm,槽鋼截面簡化后的尺寸(圖4)。

        圖3 拖車橫梁剪力、彎矩圖

        圖4 橫梁截面圖

        代入數(shù)據(jù),計算得

        槽鋼(20#鋼)許用應(yīng)力為

        式中:n為安全系數(shù),取1.5;σs為槽鋼(20#鋼)的屈服強度,σs=320 N/mm2。

        則許用彎曲正應(yīng)力為[σw]=1.2[σ]=256 MPa,許用剪應(yīng)力為[τq]=0.8[σ]=170 MPa。

        得σmax=125.5(MPa)≤[σw],τmax=88.89 MPa ≤[τq]。

        通過以上校核,彎曲應(yīng)力和許用剪應(yīng)力兩方面的強度條件均能滿足,所以此橫梁是安全的。

        救生艇拖車橫梁兩側(cè)的輔助可調(diào)支座,主要起輔助支撐作用,支座托板與螺桿之間采用球形連接,而且由于所設(shè)計的螺桿具有長度可調(diào)節(jié)性,螺桿與橫梁成45°角,故兩個支座的高度和距離都是可以調(diào)節(jié)的,從而使拖車能夠運輸支撐多種規(guī)格的救生艇。支座托板采用130×180×δ20的鋼板,為減少救生艇與支座的硬接觸,托板表面使用橡膠皮來降低對救生艇的沖擊強度。為了提高拖車的穩(wěn)性,拖車支架與地面的距離,僅為可拆卸橫梁高度,從而降低了拖車的重心。

        3 裝卸拖車的操作

        當(dāng)救生艇需要修理試驗時,將救生艇放置在碼頭或修理廠地的專用支座上(圖5)??捎纱瑥S常用的叉車或2名工人即可推至碼頭(圖6),拆掉拖車的可拆卸橫梁,將其推至救生艇下方,回裝可拆卸橫梁,打開控制箱,觀察壓力表,慢慢將進氣閥門打開,在氣壓作用下,氣缸將前后兩橫梁提起,然后移走救生艇專用支座,緩慢將閥門開至放氣,視情況用繩索對救生艇進行必要的固定,然后由工人或叉車運至修理廠地,同樣的方法,將救生艇提起,將專用支座放至艇下適當(dāng)?shù)奈恢?,這樣就完成了一艘救生艇的裝卸和運輸。

        圖5 救生艇專用支座示意圖

        圖6 救生艇裝卸拖車實圖

        4 結(jié)論

        救生艇裝卸拖車的投入生產(chǎn)和使用,縮減了救生艇在裝運過程中的操作時間,極大節(jié)省了人力和物力,不僅降低了生產(chǎn)成本,同時提高了修理場地的利用率和生產(chǎn)的效率,充分說明了設(shè)計的合理性和實用性。除船舶修理企業(yè)外,在沒有或吊車較繁忙的情況下,短距離移動較頻繁、體積較大、重量在8 t以內(nèi)的設(shè)備,均可設(shè)計此類裝卸拖車。這種以簡單實用為目的的設(shè)計與創(chuàng)新思路供同行參考。

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