船舶塢排維修作業平臺的設計

李　雪，綦化樂，陳亞東，顧　因，孫　崢

(鎮江船艇學院，江蘇 鎮江 212003)

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船舶塢排維修作業平臺的設計

李雪，綦化樂，陳亞東，顧因，孫崢

(鎮江船艇學院，江蘇 鎮江 212003)

針對目前船舶維修作業缺乏制式登高作業裝置的問題，設計一種適合船舶塢排維修的作業平臺，利用全回轉驅動行走裝置和三門架對置升降機構實現平臺的原地全方位轉向、行走及工作臺面的升降。該平臺具有便捷、高效和安全等優點，能夠滿足塢排維修作業需要。

塢排維修作業平臺；三門架；普通輪

目前國內、外船舶塢排維修登高作業設備主要有腳手架、吊籃或輪式折臂起重機等。其中，腳手架搭建繁瑣，攀爬困難，高度調節不便；吊籃操作要求高，作業安全性差；輪式折臂起重機成本高，作業場地受限，不能多人同時作業。針對這種現狀設計船舶塢排維修作業平臺(以下簡稱作業平臺)。

1　整機結構和工作原理

作業平臺主要由底座、三級門架、工作平臺、液壓支腿、驅動輪、液壓系統及電氣控制系統等組成[1]，結構見圖1，技術參數見表1。

圖1　船舶塢排維修作業平臺結構示意

作業平臺的升降機構由2個對置的3級門架構成，2個載人工作平臺分別安裝在2個對置的3級門架上，每個工作臺既可以獨立運行，也可以通過螺旋傳動機構將連接板搭接在一起，實現組合運行，有效滿足器材設備攜運、作業空間拓展的現實需求[2]。平臺工作時，首先將位于平臺4個角落上的液壓支腿展開。3級門架的升降和液壓支腿的收放是通過液壓系統實現的，其控制可通過操作平臺底座上的下控制柜或安裝在工作平臺上的控制箱來完成。作業平臺的整體位置移動由可180°回轉的驅動輪實現[3]。由程序控制器控制驅動輪的前后直線行走、行進中的轉彎和橫移(通過驅動輪原地90°轉向實現橫移)。

表1　作業平臺性能參數

2　關鍵部件設計

2.13級門架

門架是平臺的重要組成部分，其作用是帶動其上連接工作平臺的升降。門架由內、中和外3節組成[4]。工作平臺和內架上的各滾輪組分別安放在內架和外架立柱的槽內，滾輪組構成工作平臺，內架、中架和外架相互之間的活動聯系，起傳力和導向作用。

如圖2所示，工作平臺掛在工作平臺橫梁上；工作平臺受起升鏈條的牽引，并以其縱、側向滾輪為“車輪”，以內門架為“活動導軌”作升降運動；內門架則受起升液壓缸的頂推，也以其縱、側向滾輪為“車輪”，以外門架2為“固定導軌”而升降；外門架的下鉸座鉸接在驅動橋殼或車架上，上端頂在一個浮動橫梁上，自由提升結束后即與內門架上橫梁重疊[5]。起升鏈條的一端固定在起升液壓缸筒上(相當于固定在外門架上)，中部繞過固定在浮動橫梁上的鏈輪后，另一端掛住工作平臺。

2.2液壓系統

液壓系統除油箱及其管路外，由工作油泵和電機作為動力元件，多路換向閥，限速閥等作為控制元件，油缸作為執行元件[6]，見圖3。

圖2　平臺門架結構

液壓系統執行元件主要可分為兩部分：平臺起升油缸、支腿油缸。油泵輸出的壓力油分別進入到工作裝置和支腿操縱機構，通過前后傾手柄使多路換向閥的滑閥移動以改變液壓油的流動方向，從而控制平臺起升油缸與門架支腿油缸，實現平臺的升降和支腿的伸縮[7]。最后油液將再度重返油箱，如此不斷循環，液壓系統是平臺工作過程中的重要環節[8]。

2.3全回轉驅動輪

2.3.1控制方式

驅動輪采用普通輪，其全回方位回轉控制采用一個工程機械控制器作為主控器，主控器采用CAN2.0B網絡控制方式，與2臺驅動控制器通訊控制，將速度命令、制動命令、啟動命令、停止命令等發給AC-S2驅動控制器，差速驅動控制見圖4[9]。

圖4　差速驅動控制示意

采用遙控器方式，遙控器設置2個遙桿，如圖5所示。一個橫向撥動，一個豎向撥動，橫向表示轉彎，往左邊撥動即左邊轉彎，右邊撥動即右邊轉彎，撥得越多，轉彎角度越大。豎向撥動表示速度控制，往前撥動表示前進，越往前撥，往后撥動表示后退，撥得越多，速度越快。

圖5　搖桿

2.3.2實現方式

4輪總成分為轉向控制閥，動力缸、轉向橫拉桿等組成，如圖6所示。轉向控制閥、動力缸組成為一整體。轉向齒條與轉向動力缸運動軸是一體。轉動方向盤通過方向柱，轉向搖臂帶動轉向控制閥，從而將液壓油導入活塞一邊，活塞另一邊連通回油油道，推動轉向拉桿移動，改變輪方向，實現轉向[10]。

圖6　轉向控制示意

轉向控制閥采用液壓常流式。不轉向時，轉向控制閥保持開啟，高壓油直接從轉向閥流回儲油壺，轉向動力缸的活塞兩邊工作腔，由于都與低壓油管相通而不起作用。進入轉向機的油壓進入控制閥又流回儲油壺內，稱為常流式。轉向油泵實際處于空載，增加了使用壽命。轉向時，轉向控制閥將高壓油送入一側的動力缸工作腔，另一側工作腔連通回油，液壓推動活塞實現轉向的助力。當轉動方向盤到達到左或右極限時，此時助力油泵輸出油壓的最大值。此時助力泵處于最大的載荷。優點是機構簡單，轉向油泵壽命長、泄漏少，消耗功率也較少。

3　樣機與試驗

研制的作業平臺樣機見圖7。

圖7　平臺外觀

為了檢驗平臺的性能，在煙臺某船隊進行了為期1年的空載試驗、負荷試驗、行走適應性試驗和維修作業等試驗。試驗結果表明，該平臺可以快速高效地進行維修作業，實現了預期設想。

4　結論

針對船舷側為曲面，船體維修時需經常改變平臺與船舷的相對位置，利用普通輪全回轉驅動技術實現了平臺原地直行、轉彎及橫移，滿足了船舶維修作業的特殊需要。該平臺適用于2 000 t以下船舶修造行業塢排上的修造作業。在今后的工作中，應進一步提高平臺的最大升降高度和穩定性，為更大噸位船舶的塢排修造作業提供制式裝備。

[1] 綦化樂,陳亞東.船舶塢排升降機：N103482541A[P].2014-01-01.

[2] 葛永飛.舞臺升降機構的分析與設計[J].陜西科技大學學報,2004(22):108-111.

[3] 林海,李建萍.5t叉車門架鏈條連接板的結構改進[J].工程機械與維修,2015(1):93-94.

[4] 石一兵.叉車三級門架的設計與計算[J].起重運輸機械,1977(4):62-63

[5] 周雄.三峽升船機塔柱高空作業升降平臺研究與應用[J].中國工程科學,2013(9):83-86.

[6] 劉濤,羅念寧.高空作業車輛升降機構液壓系統改進設計[J].液壓與氣動,2005(9).12-13.

[7] 曹鵬舉.一種雷達用車載液壓升降機構的設計[J].起重運輸機械,2009(10).24-27.

[8] 谷青松.飛機維修升降平臺車液壓系統的設計[J].液壓與氣動,2005(9):18-19.

[9] 段晨東.高空作業平臺CAN總線控制系統設計[J].計算機測量與控制,2011(2):318-321.

[10] 馬全軍,全方位行走AGV輪系的研究[J].機電工程,2002,19(1):45-47.

Design of Platform for Ship Dock Row Maintenance Working

LI Xue, QI Hua-le, CHEN Ya-dong, GU Yin, SUN Zheng

(Zhenjiang Watercraft College of PLA, Zhenjiang Jiangsu 212003, China)

Because of the ship-repairing industry lacking of the standard high-elevation equipment, a kind of platform is designed for maintenance working on the ship dock and ship slipway occasion. By using the full rotary driving walking device and the triple-stage masts lifting mechanism, the platform can roll at every direction at its ground and move, the working face also can moving up or down. The platform has advantages of convenience, efficient and security. It can satisfy the requirements for ship dock row maintenance working.

platform for ship dock row maintenance working; triple-stage masts mechanism; common wheel

2016-03-09

2016-04-18

中國人民解放軍總裝備部通用裝備保障部下達2010年度通用裝備保障科研項目(通裝[2010]115)

李雪(1978—)，男，碩士，講師

U672

A

1671-7953(2016)04-0033-04

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.008

研究方向:船艇可靠性

E-mail:lixue_cumt@sohu.com