多用途散貨船木材綁扎系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

郭建國

摘 要：以37300DWT多用途散貨船為例，探討多用途散貨船甲板裝運(yùn)木材綁扎系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化。重點對木材綁扎系統(tǒng)設(shè)計和安裝過程中遇到的問題進(jìn)行論述和分析，通過比較并根據(jù)船廠生產(chǎn)實際提出設(shè)計方面合理性的建議和方案，提高多用途船木材綁扎系統(tǒng)的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：木材綁扎 立柱 連接系統(tǒng) 設(shè)計優(yōu)化

中圖分類號：U671 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

前言

國際遠(yuǎn)洋散貨船為了提高散貨船裝貨的功能，往往散貨船也用來運(yùn)輸木材。對于散貨船不僅要求貨艙里裝運(yùn)木材而且為了提高經(jīng)濟(jì)效益在露天甲板上也要裝運(yùn)木材。IMO 2011年生效以后所有的甲板運(yùn)木船需滿足《裝運(yùn)木材甲板貨物船舶安全實用規(guī)則》以下簡稱《規(guī)則》中有關(guān)規(guī)定）。甲板木材系統(tǒng)主要由布置在船舷兩邊的固定立柱、可倒立柱、保護(hù)架和綁扎索等組成見圖1。為了確保航行中裝運(yùn)在甲板上的木材能夠穩(wěn)定不至于傾倒，且不影響裝貨。在貨艙之間的主甲板舷邊安裝固定立柱，固定立柱之間安裝可倒立柱。甲板面不裝運(yùn)木材時，可倒立柱依次向船艉倒下，不影響貨物吊裝。當(dāng)甲板面裝運(yùn)木材時，通過布置于貨艙之間船中處貨物吊將主甲板舷邊的可倒立柱拉到豎直狀態(tài)，并用鋼絲繩、卸扣連接在固定立柱上。甲板上的木材可通過拱背綁扎索、橫跨綁扎鏈、擺動索系固在甲板上。本文在滿足《規(guī)則》的前提下重點探討37300多用途散貨船甲板木材系統(tǒng)設(shè)計中的遇到的問題，通過設(shè)計優(yōu)化提出問題解決方案。

1立柱設(shè)計優(yōu)化

甲板面立柱布置在船舶貨艙區(qū)的主甲板兩舷，立柱一般分為固定立柱和可倒立柱。固定立柱一般選用鋼管，可倒立柱選用H型鋼如圖2。

37300多用途散貨根據(jù)《規(guī)則》在初步計算時固定立柱選用?457×20無縫鋼管，便于直接采購，無需過多加工，方便施工。可倒立柱選用的是焊接式非標(biāo)H型鋼，腹板為350×12mm，面板是250×25mm的鋼板，此種焊接式H型鋼船廠需采購鋼板，經(jīng)切割加工后，組裝焊接而成，由于腹板較薄，在焊接的熱影響下組裝焊接型材往往會產(chǎn)生扭曲變形，焊接后的H型材需通過退火校正，大大增加工作量和費(fèi)用。可倒立在裝運(yùn)木材航行中主要考慮H型鋼的X方向的彎曲強(qiáng)度，本船組裝焊接式H型鋼保證截面模數(shù)前提下，通過計算選標(biāo)準(zhǔn)H型鋼代替組裝型材。組裝型鋼H400×250/12×25 的X方向慣性矩計算：

公式（1）中B、H、b為H型鋼尺寸代號如圖2。取值按照原焊接式非標(biāo)H型鋼尺寸。

X方向截面模數(shù)計算：

公式（2）中H為H型鋼尺寸代號如圖2。取值按照原焊接式非標(biāo)H型鋼尺寸。

根據(jù)公式（1）、（2）計算得到的慣性矩和截面模數(shù)，選用標(biāo)準(zhǔn)型鋼不小于計算的結(jié)果。查熱軋H型鋼GB/T 11263-1998標(biāo)準(zhǔn)，可選用H506×201/11×19，根據(jù)買家的要求，在設(shè)計階段可以適當(dāng)加大截面模數(shù)來抵消航運(yùn)過程中的腐蝕損耗等。

甲板上裝運(yùn)木材，船舶重心往往會偏高。為了加大立柱之間甲板面堆裝面積，盡可能降低木材裝載高度，立柱一般盡可能布置在兩舷最寬處，緊貼著舷墻。在裝運(yùn)木材時，舷墻同時對可倒立柱承受一定支撐力作用。此設(shè)計常會帶來可倒立柱底座和可倒立柱上端轉(zhuǎn)動裝置離舷墻太近，銷軸在安裝階段施工困難。可倒立柱上端銷軸長度超出H型鋼面板時，立柱在收放過程中轉(zhuǎn)動銷經(jīng)過舷墻時，往往會與舷墻相碰，導(dǎo)致立柱放不下去或拉不起來。在設(shè)計階段銷軸是要特別考慮的。37300多用途散貨通過優(yōu)化設(shè)計將立柱底座和上端轉(zhuǎn)動裝置銷軸卡板設(shè)計在靠近船中邊，銷軸另一端靠近舷墻邊不超過H型鋼面板見圖3。優(yōu)化后的銷軸不僅安裝、維護(hù)方便，而且避免上端轉(zhuǎn)動銷軸與舷墻相碰。

37300多用途散貨船舷邊立柱高8.5m，拉放過程中可倒立柱上端發(fā)現(xiàn)有時與舷墻相碰。當(dāng)貨物吊通過鋼絲繩提升可倒立柱時，可倒立往往左右搖擺，當(dāng)可倒立柱向舷邊擺動時，可倒立柱上端有時會被舷墻卡住，此時貨物吊還在不斷的向上提升，貨物吊鉤頭承受很大的拉力，對于現(xiàn)場操作安全帶來很大隱患。經(jīng)現(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)可倒立柱下端面板與底座之間間隙達(dá)到32mm，給長達(dá)8.5m可倒立柱帶來較大的自由搖擺空間。在底座兩側(cè)支撐板內(nèi)分別焊接13mm墊圈，間隙調(diào)整到6mm。采用減小立柱底座側(cè)板之間的跨距來控制可倒立柱較大的搖擺。同時在可倒立柱上端拉放軌跡與舷墻面板交接處安裝合適的半圓鋼作為導(dǎo)向板。通過改進(jìn)后解決了拉放過程中可倒立柱與舷墻相碰的問題。

2連接系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

可倒立柱是用船上貨物吊進(jìn)行拉放的。立柱之間用鋼絲繩、卸扣、松緊螺旋扣、滑車等串聯(lián)起來。當(dāng)船舶裝運(yùn)木材時，船上貨物吊提升串聯(lián)起來的可倒立柱，將倒在甲板上的可倒立柱拉到豎直狀態(tài)，與底座上設(shè)置好的限位板成90°狀態(tài)，如圖4。

采用固定長度的連接鋼絲繩、卸扣串聯(lián)立柱。這樣的設(shè)計多次使用后也會帶來可倒立柱拉不到豎直狀態(tài)。如37300多用途散貨船可倒立柱之間采用固定長度的鋼絲繩、卸扣串連接起來，多次拉放使用后，鋼絲繩產(chǎn)生塑性變形且被拉伸變長，直接導(dǎo)致可倒立柱之間松弛。在兩固定立柱之間靠艏第一根可倒立柱在貨物吊的提升作用下立柱被拉到豎直狀態(tài)后與限位板垂直，可倒立柱之間距離是固定不變的，但可倒立柱之間在鋼絲繩發(fā)生塑性變長，又由于底座上安裝了限位板，故其它可倒立柱不能夠拉到豎直狀態(tài)。經(jīng)設(shè)計優(yōu)化，在連接鋼絲繩一端設(shè)計為固定壓扣的形式另一端設(shè)計為3組夾扣形式，當(dāng)連接鋼絲繩在反復(fù)的使用后被拉長，可利用夾扣調(diào)節(jié)鋼絲繩長度。

提升鋼絲繩一端用卸扣連接在固定立柱之間靠艏的第一根立柱上端并穿過靠艏固定立柱上端的滑車，另一端扣在貨物吊的鉤頭上，在貨物吊向上行走的過程中可倒立柱被依次拉起來。設(shè)計的初衷是提升鋼絲繩在貨物吊鉤頭提升的過程中緩慢受力，在受力的狀態(tài)下滑車由下翻轉(zhuǎn)為向上，提升鋼絲繩在滑車槽里運(yùn)行。由于滑車在重力作用下是向下的，往往在提升過程中不容易向上翻轉(zhuǎn)，有時提升過程中還會出現(xiàn)卡死情況。對于操作安全和使用很不方便。37300多用途散貨船經(jīng)設(shè)計優(yōu)化后在靠艏固定立柱與第一根可倒立柱之間主甲板上布置同樣型號滑車。提升鋼絲繩一端與可倒立柱上端眼板卸扣連接，另一端依次穿過固定立柱上的滑車和甲板上的滑車后扣在貨物吊鉤頭上，改變提升鋼絲繩行走方向。實踐證明提升過程不僅安全，而且使用方便，避免了難以操作和不安全因素，經(jīng)設(shè)計優(yōu)化后贏得買家的肯定。

3結(jié)語

37300DWT多用途散貨船甲板木材綁扎系統(tǒng)設(shè)計是在滿足《規(guī)則》前提下進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，從而安裝、使用方面更加的簡單、方便、合理。經(jīng)實際證明，37300DWT多用途散貨船經(jīng)過立柱系統(tǒng)和連接系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化后，為船廠生產(chǎn)過程中節(jié)省了工期和成本并避免難以施工、安裝、使用等一系列問題，同時贏得船東的肯定。

參考文獻(xiàn)

[1] 國際海事組織（IMO）第A.1048（27）號決議“2011年木材甲板貨運(yùn)輸船的安全實用規(guī)則（2011 TDC CODE）”[S].IMO，2011

[2] 孫華偉.運(yùn)木船木材綁扎系統(tǒng)的設(shè)計[J].船舶設(shè)計通訊，2012（2）

[3] 張衛(wèi)鋒.大開口散貨船運(yùn)木功能設(shè)計要點分析[J].航海工程，2014（4）

[4] 虞劍斌，李移山.34500DWT運(yùn)木船木材綁扎系統(tǒng)設(shè)計和建造[J].中國水運(yùn)，2015（3）