救生艇裝卸拖車(chē)的研制

賈榮強(qiáng)，朱 杰，陳阿貴

（1.大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116000；2.中國(guó)船級(jí)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(guó)監(jiān)督檢查和國(guó)內(nèi)安全檢查的重點(diǎn)，因此在船舶修理過(guò)程中，救生艇的修理和試驗(yàn)成為船東和船檢重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目之一，船廠也為此在船舶修理過(guò)程中頻繁地進(jìn)行救生艇的裝卸和運(yùn)輸。目前采用的轉(zhuǎn)運(yùn)方式多是汽車(chē)吊車(chē)和平板車(chē)等組合使用，并且在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中不能很好地進(jìn)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(zhuān)用裝卸拖車(chē)。

1 裝卸拖車(chē)氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于液壓系統(tǒng)不僅需要電機(jī)、液壓泵、各種閥件、回路設(shè)計(jì)，而且對(duì)密封的要求也較高，而氣壓系統(tǒng)以其簡(jiǎn)單和實(shí)用的特點(diǎn)，氮?dú)饪芍苯优诺酱髿庵?，從而避免了設(shè)計(jì)復(fù)雜的回路系統(tǒng)，僅通過(guò)2個(gè)截至閥和1個(gè)減壓表，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)氣壓系統(tǒng)的運(yùn)作控制。通常氮?dú)庠谛薮髽I(yè)是作為常用物資在倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)的，因此其使用和領(lǐng)取都比較方便。拖車(chē)模型簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 救生艇拖車(chē)設(shè)計(jì)模型示意圖

一瓶氮?dú)饪缮稻壬Т螖?shù)的計(jì)算過(guò)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(zhǎng)度，10 200 mm；V12為氣缸最大工作體積；l為活塞行程，90 mm。

拖車(chē)的氣壓系統(tǒng)的工作時(shí)氣體體積為

式中：V1為氣壓系統(tǒng)工作時(shí)所需氣體體積。

根據(jù)氣體的克拉伯龍方程：PV=nRT，計(jì)算一瓶氮?dú)饪缮稻壬У拇螖?shù)m。

式中：P0為氮?dú)馄砍跏級(jí)毫Γ?0 MPa；V0為氮?dú)馄咳莘e，40×106（mm3）。

代入數(shù)據(jù)，計(jì)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?dú)鈱?shí)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(yùn)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?dú)馄績(jī)?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(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)備氮?dú)馄康母鼡Q。在拖車(chē)進(jìn)行救生艇的升降作業(yè)時(shí)，氣缸通過(guò)提升螺桿（圖2）的方形擋塊將拖車(chē)的橫梁升起，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)救生艇的裝卸。在對(duì)拖車(chē)的可拆卸橫梁進(jìn)行裝復(fù)和拆卸時(shí)，僅需要將提升螺桿旋轉(zhuǎn)90°即可，其設(shè)計(jì)達(dá)到了操作方便、簡(jiǎn)捷的要求。

圖2 氣缸與提升螺桿裝配示意圖

2 裝卸拖車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拖車(chē)的支撐橫梁作為拖車(chē)的重要受力部件，其強(qiáng)度對(duì)拖車(chē)的使用十分重要。故對(duì)橫梁進(jìn)行了受力分析、強(qiáng)度校核。救生艇的重力通過(guò)艇的龍骨，作用在拖車(chē)中心可調(diào)支座，通過(guò)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(chē)兩側(cè)的可調(diào)整支座起到輔助作用，而不承受過(guò)大的應(yīng)力。

橫梁的受力分析及強(qiáng)度校核計(jì)算[3]如下。

對(duì)救生艇拖車(chē)的支撐橫梁進(jìn)行受力分析，建立力學(xué)模型，計(jì)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(diǎn)橫截面上的彎矩值為最大。

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

計(jì)算得：Qmax=40.22 kN，Mmax=22.06 kN。

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

由于橫梁的跨長(zhǎng)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(duì)中性軸的靜矩；b為槽鋼厚度，5 mm，槽鋼截面簡(jiǎn)化后的尺寸（圖4）。

圖3 拖車(chē)橫梁剪力、彎矩圖

圖4 橫梁截面圖

代入數(shù)據(jù)，計(jì)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(qiáng)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(guò)以上校核，彎曲應(yīng)力和許用剪應(yīng)力兩方面的強(qiáng)度條件均能滿(mǎn)足，所以此橫梁是安全的。

救生艇拖車(chē)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(jì)的螺桿具有長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)性，螺桿與橫梁成45°角，故兩個(gè)支座的高度和距離都是可以調(diào)節(jié)的，從而使拖車(chē)能夠運(yùn)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(lái)降低對(duì)救生艇的沖擊強(qiáng)度。為了提高拖車(chē)的穩(wěn)性，拖車(chē)支架與地面的距離，僅為可拆卸橫梁高度，從而降低了拖車(chē)的重心。

3 裝卸拖車(chē)的操作

當(dāng)救生艇需要修理試驗(yàn)時(shí)，將救生艇放置在碼頭或修理廠地的專(zhuān)用支座上（圖5）?？捎纱瑥S常用的叉車(chē)或2名工人即可推至碼頭（圖6），拆掉拖車(chē)的可拆卸橫梁，將其推至救生艇下方，回裝可拆卸橫梁，打開(kāi)控制箱，觀察壓力表，慢慢將進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)，在氣壓作用下，氣缸將前后兩橫梁提起，然后移走救生艇專(zhuān)用支座，緩慢將閥門(mén)開(kāi)至放氣，視情況用繩索對(duì)救生艇進(jìn)行必要的固定，然后由工人或叉車(chē)運(yùn)至修理廠地，同樣的方法，將救生艇提起，將專(zhuān)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(yùn)輸。

圖5 救生艇專(zhuān)用支座示意圖

圖6 救生艇裝卸拖車(chē)實(shí)圖

4 結(jié)論

救生艇裝卸拖車(chē)的投入生產(chǎn)和使用，縮減了救生艇在裝運(yùn)過(guò)程中的操作時(shí)間，極大節(jié)省了人力和物力，不僅降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了修理場(chǎng)地的利用率和生產(chǎn)的效率，充分說(shuō)明了設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。除船舶修理企業(yè)外，在沒(méi)有或吊車(chē)較繁忙的情況下，短距離移動(dòng)較頻繁、體積較大、重量在8 t以?xún)?nèi)的設(shè)備，均可設(shè)計(jì)此類(lèi)裝卸拖車(chē)。這種以簡(jiǎn)單實(shí)用為目的的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新思路供同行參考。