一種具有儲能功能的碼頭防撞裝置研究

李子強

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

關鍵詞：碼頭防撞;儲能;液壓回路

中圖分類號：U691 文獻標識碼：A

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和交通運輸?shù)男枰霸絹碓酱笮突⒅悄芑⒕C合化、高速化。隨之而來的大型船舶操縱難度也越來越大，船舶靠泊時與碼頭碰撞事故時有發(fā)生。船舶噸位越大，風流影響越明顯，靠泊速度與操縱越難以控制，加之海況復雜多變，一旦發(fā)生碰撞，造成的破壞力也越大。2019年5月1日，長榮海運旗下一艘船名為“THALASSA ELPIDA”，運力高達13800TEU大型集裝箱船，在希臘比雷埃夫斯停泊時與碼頭相撞，事故對集裝箱船舶和碼頭都造成很嚴重的損壞，事故導致集裝箱被扣押，船期延誤。無獨有偶，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)普港時發(fā)生了一起船尾沖撞碼頭的事件，導致該船船尾遭受了嚴重損壞，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華45萬噸級碼頭過程中，因船舶操作不當，與碼頭發(fā)生觸碰，致使碼頭受損，獲賠5500萬，官司歷時三年半。在科技如此發(fā)達的今天為什么這樣的事故時有發(fā)生，令我們唏噓不已。

1現(xiàn)階段碼頭防撞裝置

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

通常橡膠護舷根據(jù)結構可分為兩大類：實心橡膠護舷（非漂浮型）和漂浮型橡膠護舷。實心橡膠護舷（非漂浮型）根據(jù)橡膠受力情況可分為剪切型、轉動型和壓縮型等;根據(jù)護舷的結構，又可分為D型、錐形、鼓型、扇形、矩形、圓筒形護舷等。它具有較高的吸能和反力，同時具備成本低、使用壽命長、安裝維護簡單等優(yōu)點，應用范圍最為廣泛。漂浮型橡膠護舷能夠自由漂浮于水面，分為充氣型橡膠護舷、填充式橡膠護舷兩種，主要特點是：壓縮變形大，吸能大、反力小、自漂浮、易安裝等。

現(xiàn)有固定式橡膠護舷裝置，只有當船舶非常靠近岸邊時，才能夠起到保護作用。存在緩沖距離短、作用時間短、進而造成船舶的沖擊力大;現(xiàn)在的防撞護舷作為一種被動防撞裝置，無主動防撞和自主動力;消能大小不可調，如果發(fā)生異常靠泊的情況，現(xiàn)有的橡膠護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、財產(chǎn)的損失，也會增加船舶駕引人員的心理壓力。因此，研究開發(fā)新的防撞裝置，如何能夠更好地保護碼頭，提高碼頭的靠泊效率與安全系數(shù)，是需要進行深入研究和分析的。

2具有儲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液壓緩沖器的伸縮完成船舶靠岸時的防撞減震。船舶靠岸時能使船舶緩慢、平穩(wěn)靠向碼頭，在船舶離岸時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油口、回油口、一號出油口、四號油口，進油口與油泵連通，回油口與回油箱連通，一號出油口與液壓缸的無桿腔連通，四號出油口與液壓缸的有桿腔連通。無桿腔內設有壓力傳感器，進油口與油泵之間設有電磁調壓閥，回油口與回油箱之間設有電磁節(jié)流閥，壓力傳感器的信號傳輸至控制中心，控制中心控制三位四通電磁閥、電磁調壓閥、電磁節(jié)流閥動作。

其工作原理是：船舶離靠岸時，利用壓力傳感器來檢測船舶對碼頭的作用力，通過控制中心控制電磁調壓閥，來調節(jié)液壓缸的壓力，液壓缸中的液壓油從電磁調壓閥流出，液壓油通過電磁調壓閥的過程可以消耗船舶在靠泊時產(chǎn)生的靠泊能量。回油口與回油箱之間設有電磁節(jié)流閥，控制中心控制電磁節(jié)流閥動作。電磁節(jié)流閥與電磁調壓閥共同作用，使液壓回路的進油和回油回路都用于控制，通過流量、壓力兩個條件的控制，使船舶停靠岸更穩(wěn)定、可靠。

2.2具有儲能功能的液壓緩沖碼頭防撞裝置液壓回路設計

如圖2所示，無桿腔連通有一號蓄能器，一號蓄能器配合可換向單向閥組作用，液壓缸收縮時，液壓油由無桿腔至一號蓄能器;液壓缸伸展時，液壓油由一號蓄能器進入無桿腔，可以實現(xiàn)臨時儲存液壓缸中的能量，即：船舶靠岸時，一號蓄能器蓄能，還能起到緩沖作用，船舶離岸時，一號蓄能器蓄能釋放能量，作為輔助動力，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兩位三通換向閥與兩個單向閥，包括二號進油口、二號回油口與二號出油口，二號回油口與二號出油口各自連接一個所述單向閥后、連通至一號蓄能器，可分別實現(xiàn)不同流向的單向閥功能，便于一號蓄能器的蓄能和釋放能量，具有結構簡單、性能可靠、操作方便的特點。

另外油泵的出口處連通有二號蓄能器，二號蓄能器主要用于在液壓缸收縮時，儲存油泵所產(chǎn)生的部分能量，并在液壓缸伸展時作為第二級的輔助動力，進一步減少能耗。油泵的出口處連通有1號電磁調壓閥，以保障系統(tǒng)中壓力的穩(wěn)定可靠。無桿腔連通有2號電磁調壓閥，起安全閥作用，當船體撞擊產(chǎn)生過高壓力時，避免損壞設備。

2.3碼頭防撞裝置的控制設計

液壓緩沖碼頭防撞裝置最理想的設計是船舶靠泊時，當靠泊速度降低為零時，液壓桿恰好位于沖程的最低位置，這樣船舶離碼頭最近，同時最大化了靠泊距離，這需要對電磁調壓閥進行合理的壓力調節(jié)控制。

當船舶靠泊完畢后，如果船位并不理想，可以通過控制液壓泵對防撞裝置進行調節(jié)，進而實現(xiàn)船舶位置調節(jié)翻。當船舶離泊時，可以通過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，降低船舶營運成本，并加快了船舶離泊速度，提高了碼頭作業(yè)效率。

3結束語

液壓裝置不僅能夠實現(xiàn)主動防撞，而且承受的撞擊能量也高于橡膠護舷，使用壽命長，還可以在船舶離泊將船舶主動推離碼頭，不僅節(jié)省了拖輪使用費，而且加快了船舶離開泊度，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)省大量的人力財力。