無門檻液壓風(fēng)雨密車庫(kù)門的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

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(kù)（放置輔助裝卸貨物使用的叉車）。該車庫(kù)門位于國(guó)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(kù)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(kù)；

（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(kù)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(kù)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(kù)門位置

為滿足以上要求，我們將該車庫(kù)四周的其他房間門檻高度設(shè)定為380 mm，并且當(dāng)車庫(kù)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(kù)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(kù)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(jiǎn)圖

3 特殊排水井及排水管設(shè)計(jì)

因叉車進(jìn)出車庫(kù)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(gòu)、安裝和清洗費(fèi)用；將傳感器集成，簡(jiǎn)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(chǎng)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(kù)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(kù)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(kù)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)］

［1］ 郭學(xué)峰.大型風(fēng)雨密卷簾門在改裝海工模塊上的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.中國(guó)修船，2013（4）：23-26.

［2］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］ 挪威海工標(biāo)準(zhǔn). NORSOK STANDARD ［S］. 2009：201-315.

［4］ 陳鐵云，陳伯真.船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1998：101-253.

［5］ 王杰德，楊永謙.船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

［6］ 郭學(xué)峰. H120型防火防爆氣動(dòng)移門的設(shè)計(jì)及其在海洋平臺(tái)上的應(yīng)用［J］. 船舶，2014（6）：24-27.