磁性綁扎裝置用于重大件海運的創(chuàng)新研究

謝翠銘 大連中遠海運物流供應(yīng)鏈有限公司

1.重大件貨物

依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果單件貨物的寬度或者高度大于3m，則視為超寬或超高件；貨物長度大于12m視為超長件；重量大于40t的視為超重件[1]。隨著工業(yè)模塊化供貨的盛行，目前數(shù)百噸數(shù)千噸重的重大件貨物在運輸中已較為常見。

2.常見海運重大件貨物運輸?shù)拇邦愋?/h2>

船舶在海上航行時，受到風(fēng)、浪、涌等外力的作用會發(fā)生搖蕩運動，導(dǎo)致航行中的船體會產(chǎn)生6個自由度的運動，其中如果發(fā)生了橫搖、縱搖及垂蕩運動類會嚴(yán)重影響海上運輸安全[2]。船舶的類型不同，運輸大件貨物時安全性也是不同的，目前經(jīng)常運輸重大件貨物的船舶主要有普通貨船、甲板駁船和專用運輸船三類。

3.重大件貨物在船舶上的受力

承載著重大件貨物的船舶海上會受到慣性力、風(fēng)壓力、波濺力等的影響。我們需要分析船上貨物的受力情況，采用正確的綁扎系固達方式，使重大件貨物受到的各種力產(chǎn)生的合力矩與綁扎系固貨物的系固力、甲板上的支撐力及襯墊材料摩擦力的合力矩達到平衡狀態(tài)[3]。從而達到海上安全運輸要求。其中慣性力的大小與貨物本身的質(zhì)量和船上裝載位置、海浪情況、船的耐波性能以及人為因素有關(guān)；當(dāng)單位面積貨物受到的風(fēng)力一定，則貨物的受到風(fēng)壓力大小與貨物受風(fēng)面的投影面積成正比；如果貨物的結(jié)構(gòu)過寬，會延伸到船舶的兩舷側(cè)，貨物受到波浪的拍擊會產(chǎn)生波濺力，重大件貨物在海上時還會受到貨物自重力和摩擦力的影響。

4.重大件貨物的常用綁扎技術(shù)及特點

4.1 重大件貨物現(xiàn)有綁扎技術(shù)

重特大件貨物運輸過程中，綁扎加固是很重要的，其作用是限制貨物移位、起跳、翻轉(zhuǎn)。由于重大件貨物的裝載形式不同，加固方式也多種多樣，目前最常見的有硬加固和軟加固兩種。硬加固是用各種形式的鋼材以頂推、支撐、壓緊、反扣等方式進行加固，軟加固就是利用鋼絲繩及松緊器等加固。在重大件運輸過程中，主要是以硬加固為主。

4.2 現(xiàn)有硬加固綁扎的特性及缺點

硬加固的重要環(huán)節(jié)就是焊接，通過焊接設(shè)備產(chǎn)生的電弧的熱效應(yīng)，將要焊接的金屬部分局部加熱熔化成液態(tài)，將原來分離的金屬結(jié)合成固體接頭的工藝方法焊接。焊接是最重要和最常見的硬加固工藝?，F(xiàn)有焊接綁扎技術(shù)通過數(shù)十年的實踐應(yīng)用，證明了其很強的安全性。但是焊接過程中，存在觸電、火災(zāi)、噪聲、中毒、爆炸、紫外線、紅外線、強光、物體打擊、高空墜落等潛在危險。硬加固的解綁過程目前主要火焰切割，利用可燃?xì)怏w在氧氣中劇烈燃燒及被切割金屬燃燒所產(chǎn)生的熱量而實現(xiàn)連續(xù)切割的方法?；鹧媲懈钸^程中，存在火災(zāi)、噪聲、中毒、爆炸、等潛在危險。當(dāng)前硬加固方式的綁扎及解綁還存在著不環(huán)保、浪費鋼材資源，耗時耗工等缺點。

5.磁性重大件海運綁扎裝置

要解決當(dāng)前綁扎技術(shù)問題，其根源還是要避免硬加固中使用焊接，本著堅持貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，通過研究現(xiàn)有實用技術(shù)，筆者發(fā)現(xiàn)可以采用磁力代替焊接來實現(xiàn)重大件貨物與船舶甲板間的連接。

5.1 磁性綁扎裝置的組成結(jié)構(gòu)

基于上述技術(shù)，設(shè)計了一種基于磁性的重大件海運綁扎裝置，主要有平板式綁扎裝置（裝置1，見圖1）和斜支式綁扎裝置（裝置2，見圖2）兩種結(jié)構(gòu)。平板式綁扎裝置和斜支式綁扎裝置一般包括主體結(jié)構(gòu)（示意圖中序號1、2）、充磁退磁控制組件、磁源、主體框架、導(dǎo)磁板幾個部分組成。這幾部分主要作用為：

充磁退磁控制組件（示意圖中序號3）：為該裝置的切換開關(guān)，控制裝置是否產(chǎn)生磁力。

磁源（示意圖中序號4）：采用電磁線圈或永磁體中的其中一種。以磁源的不同，磁性綁扎裝置可以分為電永磁綁扎裝置和電磁綁扎裝置。電永磁綁扎裝置即采用電永磁鐵的原理，電永磁鐵是利用不同永磁材料的不同特性，鋁鎳鈷磁鐵為可逆磁鋼，銣鐵硼磁鐵為固定磁鋼，通過電控系統(tǒng)對其內(nèi)部磁路的分布進行控制和轉(zhuǎn)換，使永磁磁場在系統(tǒng)內(nèi)部自身平衡，對外表征為消磁放松狀態(tài)（即不吸料狀態(tài)）；或釋放到電永磁鐵的工作磁極面，對外表征為充磁夾緊狀態(tài)（即吸料狀態(tài)）。電磁綁扎裝置在運行過程中需要持續(xù)提供電流，所以電磁綁扎裝置的充磁退磁控制組件需要外接UPS電源，防止突然斷電導(dǎo)致的磁源磁力喪失。

主體框架（示意圖中序號5）：為高強度合金，對整個裝置起支撐作用。

導(dǎo)磁板（示意圖中序號6）：主要作用是將裝置產(chǎn)生的磁力導(dǎo)出，利用磁力吸附連接貨物和船舶甲板。導(dǎo)磁板表面設(shè)計有防滑鍍層的作用是提高導(dǎo)磁板表面的摩擦系數(shù)。

5.2 磁性綁扎裝置的運行原理

磁性綁扎裝置采用磁力吸合的原理，綁扎過程中通過磁場力將裝置貨物及甲板吸附，實現(xiàn)貨物與甲板的間接連接，從而實現(xiàn)綁扎加固。解綁過程則通過關(guān)閉裝置磁力，解除裝置與貨物及甲板之間的磁力吸附，解除貨物與甲板的間接連接，從而實際解除綁扎。平板式綁扎裝置主要用于重大件貨物底部與甲板間或兩個平行綁扎面之前的連接（如圖3），斜支式綁扎裝置主要用于重大件貨物側(cè)面與船舶甲板間的連接（如圖4）。實際應(yīng)用過程中可根據(jù)重大件貨物本身結(jié)構(gòu)特點選擇兩種裝置中的一種，或采用兩種裝置組合的方式進行綁扎。

5.3 實施過程舉例

以海運過程中較常見的模塊為例，模塊上部為設(shè)備及管廊，底部有4＊4共16個支腿（圖5為模型簡圖）。實施過程中，根據(jù)運輸方案先在船舶甲板上畫線，確定裝置1的位置，在貨物就位前將裝置1放置于每個位置，裝置2放置于附近位置（如圖6），模塊就位于計劃位置，將裝置2放置到支腿兒計劃位置（如圖7，圖8），啟動裝置1及裝置2變?yōu)槌浯艩顟B(tài)，即完成對模塊的綁扎。解綁扎實施過程中貨物運輸?shù)竭_目的地后，將貨物于卸貨吊具連接后，將所有裝置2切換為退磁狀態(tài)，將裝置2于模塊底部支腿分離。將裝置1切換為退磁狀態(tài)，將模塊吊起，吊往目標(biāo)安裝位置，將裝置1、2搬移甲板即完成解綁及甲板清理工作。

該實施案例主要為了體現(xiàn)實施過程中1、2兩種綁扎裝置的應(yīng)用情況，實際操作過程中，應(yīng)根據(jù)實際需要配置1、2的數(shù)量和位置，確保運輸安全。該綁扎裝置除高效環(huán)保等特點外，還能避免一些貨物支腿某些部分不能焊接的問題。

6.結(jié)語

磁性綁扎裝置的更大意義在于標(biāo)準(zhǔn)化、共享、循環(huán)，如果工廠和部分運輸方都采用磁性綁扎裝置，各自所持有的綁扎裝置可以共享使用，這可以降低單獨某方對裝置的固定資產(chǎn)投入。關(guān)于磁性綁扎裝置的形態(tài)，目前作者提出了兩種基礎(chǔ)形態(tài)，對于其他特殊類型的重大件貨物，且目前現(xiàn)有焊接綁扎技術(shù)在一些方面仍有明顯優(yōu)勢，實際使用也可兩種綁扎技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)成本效率的最優(yōu)。

目前的工業(yè)技術(shù)制造出的電永磁裝置能產(chǎn)生超過20 0Ν/cm2，電磁鐵裝置能產(chǎn)生的吸力不到200Ν/cm2，能用于實現(xiàn)綁扎功能，但幾千噸的重大件貨物則需要數(shù)十個磁性綁扎裝置才能實現(xiàn)安全綁扎，磁性綁扎的安全性尚需要實踐檢驗。未來隨著磁性更強的永磁體出現(xiàn)及新型的導(dǎo)體出現(xiàn)，磁性綁扎裝置每平方厘米所產(chǎn)生的吸力也會得到大幅度增強，磁性綁扎有望大規(guī)模用于重大件海運綁扎。