一種新型堵漏裝置
——船用堵?lián)我惑w式液壓堵漏裝置設(shè)計(jì)

王士華，梁靖晨，宋 奇

（陸軍軍事交通學(xué)院鎮(zhèn)江校區(qū)學(xué)員六大隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江212003）

0 引言

船艇堵漏是船艇在航行中因碰撞、觸礁、擱淺或船殼腐蝕等造成船體破漏后，為保持船艇漂浮狀態(tài)而采取的緊急堵塞措施。船體破損后進(jìn)水，會使船喪失浮性和穩(wěn)性，甚至翻沉。因此，船上需裝配備各種堵漏器材，一旦船體破損進(jìn)水，可以立即組織搶險(xiǎn)堵漏。

目前，陸空軍船艇部隊(duì)配備的制式堵漏器材大部分在上個世紀(jì)80～90年代就以生產(chǎn)使用，其設(shè)計(jì)理念和所用技術(shù)和器材大都相對落后，在現(xiàn)代訓(xùn)練和作戰(zhàn)過程中，難以滿足實(shí)戰(zhàn)化環(huán)境中部隊(duì)實(shí)際對堵漏高效率的要求，而且大多數(shù)堵漏器材均不具備“堵?lián)我惑w”的功能，需要相互配合才能使用，器材之間的替代性、通用性和互換性較差[1-2]。針對這種現(xiàn)狀和問題，設(shè)計(jì)一種新型高效的液壓千斤頂式堵漏裝置。

此裝置主要適應(yīng)于中小型破口的封堵，可以實(shí)現(xiàn)基本密封。在加裝液壓千斤頂和底座情況下，不同高度本裝置均可適用；對于地面上的破口，可將堵漏盒拆分單獨(dú)適用。

1 總體結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

堵漏裝置主要由堵漏盒、可變角度自鎖液壓千斤頂兩部分組成。堵漏盒部分由盒體、十字支撐、旋轉(zhuǎn)柱、伸縮裝置（由伸縮桿（兩根）、壓縮片，杠桿，鉸鏈，彈簧，按盤構(gòu)成）組成?？勺兘嵌茸枣i液壓千斤頂部分由千斤頂與可變角度自鎖支撐裝置（由底板、斜板、鉸鏈、鉸鏈、調(diào)整螺桿和雙螺母組成）兩部分。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝置堵漏簡化圖

1.2 工作原理

使用本裝置堵漏時，首先取摩擦墊置于漏泄處下方；然后進(jìn)行千斤頂角度調(diào)節(jié)，使得千斤頂處于適合角度（千斤頂伸長后堵漏盒能夠垂直于艙壁），找準(zhǔn)堵漏位置；隨后調(diào)整液壓千斤頂，使千斤頂伸長，讓堵漏盒堵住破口；最后進(jìn)行支撐，最終使堵漏盒固定在艙壁上，撤下千斤頂。

（1）進(jìn)行角度調(diào)節(jié)

通過改變調(diào)整螺桿的位置，調(diào)整斜板的角度，使千斤頂上升至漏泄位置時堵漏盒大致垂直于艙壁，其具體操作以螺母來實(shí)現(xiàn)：堵漏盒外緣有橡膠圈（如圖2所示位置），起防止水漏滲進(jìn)艙內(nèi)作用，同時，由于橡膠圈較厚，彈性良好，堵漏盒略不垂直于艙壁也可以完成堵漏，抓壁鉤抓到艙壁后，通過旋轉(zhuǎn)柱旋轉(zhuǎn)帶動抓壁鉤抓緊艙壁，同時使得堵漏盒垂直于艙壁。

圖2 堵漏盒盒體圖

（2）調(diào)整千斤頂

當(dāng)角度調(diào)整完畢后，調(diào)整千斤頂，使千斤頂垂直于斜板方向斜向上運(yùn)動，直至堵漏盒堵住漏水處。

（3）進(jìn)行支撐

當(dāng)堵漏成功后，按下按盤，使抓壁鉤在強(qiáng)力彈簧的拉動下，緊緊卡在艙壁上，再通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)柱（進(jìn)行旋轉(zhuǎn)），使抓壁鉤緊緊抓住艙壁，強(qiáng)力彈簧固定在支撐桿外緣，處于拉緊狀態(tài)，因此，為確保彈簧彈力足夠使抓壁鉤運(yùn)動到艙壁處，且能抓緊艙壁，堵漏盒尺寸會比漏泄處大得多。

2 堵漏盒設(shè)計(jì)

2.1 尺寸設(shè)計(jì)

考慮到船艇常見的破口分為大、中、小型破洞以及船體裂痕四種[3]，小型破洞直徑250 mm以下，可由小口徑炮彈或穿甲彈命中造成，特點(diǎn)是翻邊鋒利；中型破洞直徑250 mm～500 mm之間，可由炮彈和穿甲彈命中造成；大型破洞面積在0.5 m2以上?？紤]到船艇破口形狀和尺寸的可能性以及人員的堵漏能力范圍，由于水壓隨破口面積的增大而增大，所以適應(yīng)船艇的堵漏盒的邊長不大于400 mm，因此堵漏盒邊長最終設(shè)計(jì)為400 mm.

2.2 運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

運(yùn)動機(jī)構(gòu)可分為抓壁鉤釋放裝置和旋轉(zhuǎn)柱運(yùn)動裝置，抓壁鉤的釋放由基于杠桿定理設(shè)計(jì)的鉸鏈機(jī)構(gòu)完成，在堵漏盒到達(dá)預(yù)定漏泄位置之后，按壓按盤，使伸縮桿在按盤壓力的作用下推動壓縮片，壓縮片接觸杠桿，由于鉸鏈裝置，杠桿實(shí)現(xiàn)順時針轉(zhuǎn)動，最終沉入所在平面，抓壁鉤在兩端強(qiáng)力彈簧作用下釋放。旋轉(zhuǎn)柱與堵漏盒為螺紋連接，所以旋轉(zhuǎn)柱可通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，將抓壁鉤向右至移動超過壁厚一定距離，從而使抓壁鉤在堵漏過程中完全釋放至艙壁外。

3 受力計(jì)算

3.1 水壓環(huán)境及破口受力分析

首先計(jì)算破口承受的最大水壓，船艇部隊(duì)主力船型的271型登陸艇，滿載吃水在2.4 m以內(nèi)，069型船艇，滿載吃水在1.6 m以內(nèi)，故可設(shè)船艇堵漏器材的最大工作水深為3 m.在堵漏狀態(tài)時，船處于靜止?fàn)顟B(tài)。非靜止?fàn)顟B(tài)的船艇，破口的進(jìn)水壓力與船速、破口所處深度以及海浪沖擊力有關(guān)，作用在破口上的壓力通常由靜水壓力PJ水流沖擊壓強(qiáng)以及波浪沖擊力PB三種[4]。

破口受到的水壓可以表示為：

式中靜水壓力表示為：

式中所受靜水力可以表示為：

式中 ρ為水比重，kg/m3；H 為水深，m；H1、H2 為破口的上下邊高度，m；S為堵漏盒底面積微元，m2；ds為堵漏盒底面積微元，m2.

靜水壓強(qiáng)的大小與破口中心位置在水下位置有關(guān)，不妨設(shè)破口中心的水下位置為，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程可得：

由于堵漏盒為方形，且堵漏盒水壓與破口有關(guān)，帶入數(shù)據(jù)得：

所以靜水壓力的最大值為4.8 kN.

沖擊力在靜水條件下，約為靜水壓力的兩倍，即FL=9.6 kN.在船艇運(yùn)動狀態(tài)下，還需考慮動水壓力，動水壓力PL與水流速度的平方成正比，在極限條件下，水流方向和破口方向垂直，則可得

式中，V0為船側(cè)水流速度，m/s；ρ為水比重，kg/m3.

水中船速與壓力的對應(yīng)關(guān)系如表1所列。

表1 動水壓力與船速對照表

波浪沖擊力數(shù)值波動范圍大，與海域及自然條件均有一定關(guān)系，據(jù)測定約為5～30 t/m2，所以一般避免受損的船舷和艙壁與水浪直接接觸。

3.2 裝置自鎖條件分析

為使堵漏裝置在工作狀態(tài)下能保持穩(wěn)定運(yùn)行，裝置受力需滿足自鎖條件。考慮堵漏裝置在工作時的受力，如圖3；簡化堵漏裝置模型，如圖3（a）；分別對千斤頂柱塞與堵漏盒的接觸點(diǎn)A，和堵漏裝置底座和地面的接觸點(diǎn)B進(jìn)行受力分析，如圖3（b）和圖3（c）。則由自鎖條件可知，只要滿足液壓千斤頂座在地面上的最大靜摩擦力，大于水壓力，裝置即可完成自鎖，從而穩(wěn)定的撐住堵漏盒。

圖3裝置受力分析圖

圖3 （b）中Ff為堵漏盒瑟艙壁的摩擦力；Fs為水壓力；FN為柱塞的支持力。

圖3（c）中Ff為底座和地面的摩擦力；Fs為柱塞對底面的正壓力；Fn為地面對堵漏裝置的支持力。

圖 3（c）中有：

滿足條件

則需要有以下關(guān)系：

式中μ為摩擦系數(shù)；θ為最大靜摩擦角碳鋼的靜摩擦系數(shù)為0.15～0.19.

為放寬自鎖條件，使得液壓千斤頂?shù)慕嵌仍诟蟮姆秶鷥?nèi)可調(diào)，可通過在底座增加一層橡膠，使之摩擦系數(shù)增大至0.4～0.7之間，則底角可在10～40°之間進(jìn)行活動。

4 結(jié)束語

本裝置對堵漏盒進(jìn)行了改造，通過形成自鎖，利用液壓千斤頂?shù)耐屏ζ瓶谶M(jìn)行封堵，改變了傳統(tǒng)靠人力堵漏的模式。通過受力分析，表明所設(shè)計(jì)盒體及千斤頂在極限水壓條件下能夠基本滿足受力的強(qiáng)度要求。綜上本裝置在船舶堵漏時，能夠?qū)崿F(xiàn)堵?lián)我惑w，可控性更強(qiáng)，堵漏更高效。