鎮(zhèn)江船艇學(xué)院 船艇工程系 鎮(zhèn)江 212003
目前大型艦船上配載的大型舷梯需輔以起吊設(shè)備才能完成搭接,不適合小型艦船使用。中小型艦船仍采用木制或鋼制跳板,此跳板兩端均不固定,依靠人力搬動(dòng),搭接時(shí)要由艇外人員協(xié)助艇上人員才能完成;同時(shí)還需要系裝安全防護(hù)網(wǎng),操作難度大。而且跳板兩側(cè)無護(hù)欄,遇大風(fēng)大浪、潮漲潮落,極易產(chǎn)生搖擺滑動(dòng),艦船及人員上、下危險(xiǎn)性大。因此有必要研制一種新型安全舷梯,降低舷梯搭接難度,確保艦船人員與常用生活物資上下舷梯安全、快捷、方便,增強(qiáng)艦船靠泊時(shí)對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力以及保障艦船部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。
如圖1所示,設(shè)計(jì)艦船安全舷梯由舷梯主體、舷梯起升機(jī)構(gòu)、舷梯伸縮機(jī)構(gòu)、整梯移動(dòng)機(jī)架、護(hù)欄結(jié)構(gòu)、電氣控制六大部分組成。

1-整梯拖動(dòng)機(jī)架;2-升電機(jī)加減速器;3-滾筒;4-立柱;5-起升鋼絲繩;6-伸縮電機(jī)加減速器;7-伸縮主動(dòng)鏈輪;8-固定梯;9-伸縮鏈條;10-伸縮梯;11-翻板;12-翻板轉(zhuǎn)軸;13-護(hù)欄軟索;14-護(hù)欄立柱;15-升降機(jī)構(gòu)手柄;16-伸縮機(jī)構(gòu)手柄;17-手搖升降鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu);18-萬向輪;19-整梯固定榫頭;20-舷梯起升轉(zhuǎn)軸圖1 舷梯結(jié)構(gòu)示意圖
舷梯主體采用防銹鋁LF5材料,該材料密度小,防腐性能好,適于海洋氣候。舷梯通道寬600 mm,可供兩人對(duì)向行走。舷梯主體分為三節(jié),采用伸縮加折疊的結(jié)構(gòu),主要由固定梯8、伸縮梯10、翻板11組成,其表面為防滑鋁板,方便人員行走。固定梯與伸縮梯均為一框形結(jié)構(gòu),伸縮梯在伸縮機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下可在固定梯內(nèi)前后移動(dòng)。固定梯末端與機(jī)架1通過起升轉(zhuǎn)軸20聯(lián)接,可實(shí)現(xiàn)舷梯主體的起升翻轉(zhuǎn)。翻板為一平板,前端裝有萬向輪,可以適應(yīng)船與碼頭間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。舷梯兩側(cè)設(shè)有可折疊的護(hù)欄,可以確保人員通過安全。
舷梯起升機(jī)構(gòu)由起升電機(jī)(帶減速器)2、滾筒3、起升鋼絲繩5和手搖起升連傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17組成。舷梯主體由鋼絲繩5通過立柱4上的滾輪連接到滾筒3,在起升電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,繞舷梯起升轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。或由升降機(jī)構(gòu)手柄帶動(dòng)手搖升降鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17,實(shí)現(xiàn)其起升。
翻板11繞固定于伸縮梯10上的軸12轉(zhuǎn)動(dòng),并通過永磁磁鋼固定,實(shí)現(xiàn)翻板的釋放與定位。伸縮梯10與伸縮鏈條9固聯(lián),通過伸縮電機(jī)加蝸輪減速器6驅(qū)動(dòng)伸縮主動(dòng)鏈輪7(或通過手柄16人工驅(qū)動(dòng)),帶動(dòng)伸縮鏈條9往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)伸縮梯10在固定梯8內(nèi)的往復(fù)伸縮。此三部分運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立,當(dāng)船舶靠泊距離或與碼頭高度差發(fā)生改變時(shí),可通過舷梯主體的伸縮來調(diào)節(jié)。
舷梯翻轉(zhuǎn)電機(jī)、減速裝置安裝于移動(dòng)機(jī)架內(nèi),可以起到配重作用,同時(shí)避免設(shè)備外露,影響艦船人員行走。舷梯主體安裝于機(jī)架上,機(jī)架下裝有四個(gè)滾輪18,可以方便地將舷梯移動(dòng)到艦船的左右舷。工作時(shí),舷梯整體推至船舷處,整梯固定榫頭19插入船舷的固定槽中,舷梯固定。
舷梯主體是主要的承載體,其強(qiáng)度是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。固定梯和活動(dòng)梯均由“[”、加強(qiáng)筋、“]”型鋁材焊接成整體框架,然后在框架上表面焊接6號(hào)花紋鋁板。其中固定梯鋁型材尺寸為100×10 mm;活動(dòng)梯鋁型材尺寸為80×15 mm;翻板為4號(hào)花紋鋁板。設(shè)計(jì)中采用的防銹鋁LF5的[σ]=σ0.2=200 MPa[1]。

圖2 舷梯主體結(jié)構(gòu)Pro/E造型

圖3 舷梯主體結(jié)構(gòu)ANSYS有限元公析
舷梯主體結(jié)構(gòu)(固定梯、活動(dòng)梯和翻板)的Pro/E[2]造型見圖2,設(shè)計(jì)要求舷梯主體長3 m,經(jīng)計(jì)算得出舷梯部分總重量約為55 kg。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,簡化載荷分布在舷梯主體情況為:距前端1.5 m處200 kg,0.75 m及2.25 m處均100 kg時(shí),利用工程軟件ANSYS[3]進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析計(jì)算。應(yīng)力及變形情況如圖3所示。由圖3可知,最大應(yīng)力在1.5 m載荷作用點(diǎn)處,其局部應(yīng)力最大值為157 MPa,最大變形量是1.681 mm。而實(shí)際情況下載荷作用點(diǎn)并非為點(diǎn)接觸,而為面接觸,故應(yīng)力遠(yuǎn)小于該最大值,也遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力。根據(jù)鋁質(zhì)艦船舷梯標(biāo)準(zhǔn),最大允許變形量為40 mm遠(yuǎn)大于1.681 mm,故舷梯不會(huì)產(chǎn)生永久變形。研制樣機(jī)經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè),舷梯主體最大變形量僅為1.2 mm。
1) 高度集成,結(jié)構(gòu)緊湊。舷梯、舷梯收放裝置、移動(dòng)裝置集成一體,舷梯展開時(shí)長4 m,滿足中小型艦船的使用要求,收攏時(shí)尺寸為1 200×900×1 300 mm,在艇上放置空間小。舷梯總重120 kg,整機(jī)由人工即可移動(dòng)到所需位置。
2) 操作方便。由可控按鈕控制電機(jī)完成自動(dòng)驅(qū)動(dòng)操作,實(shí)現(xiàn)舷梯的自動(dòng)伸縮與起升,而無需其它輔助設(shè)備在艇上即可完成搭拆任務(wù),省時(shí)省力。機(jī)構(gòu)設(shè)有限位行程開關(guān),對(duì)舷梯起升及伸縮極限有安全限位作用。同時(shí),該設(shè)備還備有手動(dòng)輔助操作裝置,在緊急備航或缺電工況下仍然可以使用。此外,舷梯設(shè)置有可隨梯伸縮的可折疊式防護(hù)欄,無需再在艦船靠泊時(shí)系裝安全網(wǎng)。
3) 使用壽命長。舷梯有關(guān)尺寸經(jīng)過強(qiáng)度分析,使承載能力與自重比達(dá)到較先進(jìn)的水平。整機(jī)采用LF5防銹鋁,關(guān)鍵部件選用不銹鋼材料,或經(jīng)熱鍍鋅處理,使整機(jī)重量降低,又具有防潮、防腐作用,使得設(shè)備使用壽命長。
4)應(yīng)用范圍廣。對(duì)該設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改裝、開發(fā)不僅可用于軍用中小型艦艇與民用船舶、舟橋部隊(duì),還可用于碼頭,效益顯著。
該艦船安全舷梯具有伸縮與起升功能,可以隨船與碼頭間的落差變化進(jìn)行調(diào)整,舷梯兩側(cè)設(shè)置有安全防護(hù)欄,有效地消除了艦船人員和常用生活物資上下艦船的安全隱患。該設(shè)備在艦船部隊(duì)?wèi)?yīng)用結(jié)果表明安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡單、維護(hù)方便,為保持艦船部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力提供了有力保障。
[1] 徐 灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[2] 孫江宏,黃小龍,羅 坤.Pro/ENGINEER Wildfire 虛擬設(shè)計(jì)與裝配[M].北京:中國鐵道出版社,2004.
[3] 東方人華.ANSYS7.0入門與提高[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.