自動(dòng)伸縮式艦船舷梯*設(shè)計(jì)

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。

1 舷梯結(jié)構(gòu)與工作原理

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

1.1 舷梯主體

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。

1.2 舷梯起升

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。

1.3 舷梯伸縮與折疊

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)。

1.4 整梯移動(dòng)與固定

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。

2 舷梯主體強(qiáng)度校核

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。

3 舷梯主要特點(diǎn)

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。

4 結(jié)束語

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.