一種具有儲(chǔ)能功能的碼頭防撞裝置研究

李子強(qiáng)

摘要：隨著船舶大型化發(fā)展，船舶靠泊操縱難度也越來(lái)越大，靠泊時(shí)與碼頭碰撞事故時(shí)有發(fā)生。為克服橡膠護(hù)舷裝置存在緩沖距離短、作用時(shí)間短、進(jìn)而造成船舶的沖擊力大等問(wèn)題，提出了一種具有儲(chǔ)能功能的液壓緩沖碼頭防撞裝置，不僅能夠靠泊時(shí)防撞，還能離泊時(shí)助推，分析了其工作原理提出了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功能的液壓回路設(shè)計(jì)，節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞：碼頭防撞;儲(chǔ)能;液壓回路

中圖分類號(hào)：U691 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和交通運(yùn)輸?shù)男枰?，船舶越?lái)越大型化、智能化、綜合化、高速化。隨之而來(lái)的大型船舶操縱難度也越來(lái)越大，船舶靠泊時(shí)與碼頭碰撞事故時(shí)有發(fā)生。船舶噸位越大，風(fēng)流影響越明顯，靠泊速度與操縱越難以控制，加之海況復(fù)雜多變，一旦發(fā)生碰撞，造成的破壞力也越大。2019年5月1日，長(zhǎng)榮海運(yùn)旗下一艘船名為“THALASSA ELPIDA”，運(yùn)力高達(dá)13800TEU大型集裝箱船，在希臘比雷埃夫斯停泊時(shí)與碼頭相撞，事故對(duì)集裝箱船舶和碼頭都造成很嚴(yán)重的損壞，事故導(dǎo)致集裝箱被扣押，船期延誤。無(wú)獨(dú)有偶，2016年7月一艘由馬士基租用的1000TEU，船名為DALI的大型集裝箱船在靠泊安特衛(wèi)普港時(shí)發(fā)生了一起船尾沖撞碼頭的事件，導(dǎo)致該船船尾遭受了嚴(yán)重?fù)p壞，船舵與螺旋槳受損。2012年5月18日，日本籍船舶“高鈴”（TAKASUZU）輪在靠泊亞洲最大的原油碼頭寧波實(shí)華45萬(wàn)噸級(jí)碼頭過(guò)程中，因船舶操作不當(dāng)，與碼頭發(fā)生觸碰，致使碼頭受損，獲賠5500萬(wàn)，官司歷時(shí)三年半。在科技如此發(fā)達(dá)的今天為什么這樣的事故時(shí)有發(fā)生，令我們唏噓不已。

1現(xiàn)階段碼頭防撞裝置

船舶靠泊碼頭時(shí)很難保證船舶貼合碼頭之時(shí)，速度降低為零，《港口工程載荷規(guī)范》對(duì)海船靠泊時(shí)的法向速度最大值有規(guī)定。然而船舶靠泊過(guò)程中，由于操縱不當(dāng)、海況較差或者不按規(guī)范靠泊等，速度往往會(huì)大于規(guī)定值，進(jìn)而產(chǎn)生更大的撞擊力，加之風(fēng)、流、浪的作用和一些其他因素的影響，在船舶靠泊時(shí)不僅有撞擊作用，還會(huì)產(chǎn)生擠壓作用、摩擦作用等。因此在碼頭前沿設(shè)置防撞裝置是非常必要的。恰當(dāng)?shù)拇a頭防撞設(shè)施不僅能夠很好地吸收消耗船舶靠泊時(shí)產(chǎn)生的撞擊能量，保證靠泊作業(yè)的安全進(jìn)行，而且還能夠?qū)Υ?、碼頭起到很好的保護(hù)作用，提高船舶、碼頭的使用壽命，減少維護(hù)成本。

通常橡膠護(hù)舷根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：實(shí)心橡膠護(hù)舷（非漂浮型）和漂浮型橡膠護(hù)舷。實(shí)心橡膠護(hù)舷（非漂浮型）根據(jù)橡膠受力情況可分為剪切型、轉(zhuǎn)動(dòng)型和壓縮型等;根據(jù)護(hù)舷的結(jié)構(gòu)，又可分為D型、錐形、鼓型、扇形、矩形、圓筒形護(hù)舷等。它具有較高的吸能和反力，同時(shí)具備成本低、使用壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍最為廣泛。漂浮型橡膠護(hù)舷能夠自由漂浮于水面，分為充氣型橡膠護(hù)舷、填充式橡膠護(hù)舷兩種，主要特點(diǎn)是：壓縮變形大，吸能大、反力小、自漂浮、易安裝等。

現(xiàn)有固定式橡膠護(hù)舷裝置，只有當(dāng)船舶非?？拷哆厱r(shí)，才能夠起到保護(hù)作用。存在緩沖距離短、作用時(shí)間短、進(jìn)而造成船舶的沖擊力大;現(xiàn)在的防撞護(hù)舷作為一種被動(dòng)防撞裝置，無(wú)主動(dòng)防撞和自主動(dòng)力;消能大小不可調(diào)，如果發(fā)生異?？坎吹那闆r，現(xiàn)有的橡膠護(hù)舷和碼頭比較容易被船舶撞壞，造成海事事故。不僅造成人員、財(cái)產(chǎn)的損失，也會(huì)增加船舶駕引人員的心理壓力。因此，研究開(kāi)發(fā)新的防撞裝置，如何能夠更好地保護(hù)碼頭，提高碼頭的靠泊效率與安全系數(shù)，是需要進(jìn)行深入研究和分析的。

2具有儲(chǔ)能功能的液壓緩沖防撞裝置研究

2.1液壓緩沖防撞裝置工作原理

如圖1所示，液壓緩沖碼頭防撞裝置主要通過(guò)液壓緩沖器的伸縮完成船舶靠岸時(shí)的防撞減震。船舶靠岸時(shí)能使船舶緩慢、平穩(wěn)靠向碼頭，在船舶離岸時(shí)又起到輔助推力作用，保證船舶安全、快速離岸。液壓缸的伸縮由液壓回路控制，液壓回路包括三位四通電磁閥、油泵、回油箱，三位四通電磁閥包括進(jìn)油口、回油口、一號(hào)出油口、四號(hào)油口，進(jìn)油口與油泵連通，回油口與回油箱連通，一號(hào)出油口與液壓缸的無(wú)桿腔連通，四號(hào)出油口與液壓缸的有桿腔連通。無(wú)桿腔內(nèi)設(shè)有壓力傳感器，進(jìn)油口與油泵之間設(shè)有電磁調(diào)壓閥，回油口與回油箱之間設(shè)有電磁節(jié)流閥，壓力傳感器的信號(hào)傳輸至控制中心，控制中心控制三位四通電磁閥、電磁調(diào)壓閥、電磁節(jié)流閥動(dòng)作。

其工作原理是：船舶離靠岸時(shí)，利用壓力傳感器來(lái)檢測(cè)船舶對(duì)碼頭的作用力，通過(guò)控制中心控制電磁調(diào)壓閥，來(lái)調(diào)節(jié)液壓缸的壓力，液壓缸中的液壓油從電磁調(diào)壓閥流出，液壓油通過(guò)電磁調(diào)壓閥的過(guò)程可以消耗船舶在靠泊時(shí)產(chǎn)生的靠泊能量?；赜涂谂c回油箱之間設(shè)有電磁節(jié)流閥，控制中心控制電磁節(jié)流閥動(dòng)作。電磁節(jié)流閥與電磁調(diào)壓閥共同作用，使液壓回路的進(jìn)油和回油回路都用于控制，通過(guò)流量、壓力兩個(gè)條件的控制，使船舶?？堪陡€(wěn)定、可靠。

2.2具有儲(chǔ)能功能的液壓緩沖碼頭防撞裝置液壓回路設(shè)計(jì)

如圖2所示，無(wú)桿腔連通有一號(hào)蓄能器，一號(hào)蓄能器配合可換向單向閥組作用，液壓缸收縮時(shí)，液壓油由無(wú)桿腔至一號(hào)蓄能器;液壓缸伸展時(shí)，液壓油由一號(hào)蓄能器進(jìn)入無(wú)桿腔，可以實(shí)現(xiàn)臨時(shí)儲(chǔ)存液壓缸中的能量，即：船舶靠岸時(shí)，一號(hào)蓄能器蓄能，還能起到緩沖作用，船舶離岸時(shí)，一號(hào)蓄能器蓄能釋放能量，作為輔助動(dòng)力，降低裝置的整體能耗。

如圖3所示，可換向單向閥組包括一個(gè)兩位三通換向閥與兩個(gè)單向閥，包括二號(hào)進(jìn)油口、二號(hào)回油口與二號(hào)出油口，二號(hào)回油口與二號(hào)出油口各自連接一個(gè)所述單向閥后、連通至一號(hào)蓄能器，可分別實(shí)現(xiàn)不同流向的單向閥功能，便于一號(hào)蓄能器的蓄能和釋放能量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、操作方便的特點(diǎn)。

另外油泵的出口處連通有二號(hào)蓄能器，二號(hào)蓄能器主要用于在液壓缸收縮時(shí)，儲(chǔ)存油泵所產(chǎn)生的部分能量，并在液壓缸伸展時(shí)作為第二級(jí)的輔助動(dòng)力，進(jìn)一步減少能耗。油泵的出口處連通有1號(hào)電磁調(diào)壓閥，以保障系統(tǒng)中壓力的穩(wěn)定可靠。無(wú)桿腔連通有2號(hào)電磁調(diào)壓閥，起安全閥作用，當(dāng)船體撞擊產(chǎn)生過(guò)高壓力時(shí)，避免損壞設(shè)備。

2.3碼頭防撞裝置的控制設(shè)計(jì)

液壓緩沖碼頭防撞裝置最理想的設(shè)計(jì)是船舶靠泊時(shí)，當(dāng)靠泊速度降低為零時(shí)，液壓桿恰好位于沖程的最低位置，這樣船舶離碼頭最近，同時(shí)最大化了靠泊距離，這需要對(duì)電磁調(diào)壓閥進(jìn)行合理的壓力調(diào)節(jié)控制。

當(dāng)船舶靠泊完畢后，如果船位并不理想，可以通過(guò)控制液壓泵對(duì)防撞裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶位置調(diào)節(jié)翻。當(dāng)船舶離泊時(shí)，可以通過(guò)此裝置將船舶推出去一段距離，不僅節(jié)省拖輪使用量與拖輪費(fèi)，降低船舶營(yíng)運(yùn)成本，并加快了船舶離泊速度，提高了碼頭作業(yè)效率。

3結(jié)束語(yǔ)

液壓裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)防撞，而且承受的撞擊能量也高于橡膠護(hù)舷，使用壽命長(zhǎng)，還可以在船舶離泊將船舶主動(dòng)推離碼頭，不僅節(jié)省了拖輪使用費(fèi)，而且加快了船舶離開(kāi)泊度，提高了碼頭作業(yè)效率。該裝置還有助于降低船與碼頭撞擊事故的發(fā)生概率，從而改善水上交通環(huán)境，減少海事事故的發(fā)生、減少監(jiān)管人員的工作量，提高碼頭靠泊效率，降低使用成本，節(jié)省大量的人力財(cái)力。