无门槛液压风雨密车库门的设计及应用研究

郭学峰

（中远海运重工有限公司技术研发中心 大连 116600）

引 言

甲板运输船根据作业需要，尾部应为无障碍甲板，用来放置大型海洋工程结构物或者其他异形构件。由于装载时采用从尾部或船体两侧滑动的方式，故需要叉车辅助作业，这就要求在船体首部露天甲板上设置大型车库（放置辅助装卸货物使用的叉车）。该车库门位于国际载重线规范中要求的位置1中。按照船舶入级规范的要求，其需要满足门槛高度不小于600 mm以及门及舱壁的风雨密性要求，同时还要满足频繁进出叉车的作业功能性要求。

由此可见，入级的船级社规范要求和叉车进出的实际使用要求存在一定矛盾，但实际设计则要求需要同时满足二者的要求。

针对上面的实际问题，我们依据实际项目船舶入级的船级社规范和露天甲板上车库门叉车进出的实际使用要求，进行仔细研究，提出新的设计思路和方法，主要创新点如下：

（1）无门槛设计

因叉车需要频繁进出作业，如果按照入级规范要求需要设置600 mm的门槛，即使是活动式门槛，也会阻碍叉车的进出服务，最终根据实际使用要求设计成无门槛的风雨密门；

（2）特殊的门密封形式及锁紧方式

因为没有门槛，独创了门与甲板的密封节点和门与舱壁的锁紧方式，有效保证了门的风雨密要求，具有创新性；

（3）特殊的排水井及排水管设计

为满足规范无门槛要求，特别在门外面露天甲板上创新设计排水井及排水管，以免舱壁及门上上浪的海水及雨水灌入车库；

（4）门的快速启闭操作装置及抬门装置设计

特殊的液压连杆机构设计能够满足液压门的快速启闭操作，同时具备锁紧功能，从而实现叉车等作业设备的快速进出；

（5）门板及门框制作成整体撬块

该设计不仅便于安装，也有效节省建造时间及成本。

下面结合实例分别从无门槛液压快速启闭风雨密门的方案设计、无门槛设计及特殊的密封方式、特殊排水井及排水管设计、快速启闭及抬门装置、门安装舱壁结构的强度计算等方面进行阐述，希望能为其他设计者提供参考。

1 无门槛液压快速启闭风雨密门的初步方案［1］

该项目车库位于船级社规范中定义的露天甲板上某位置处（见图1），需要满足入级规范要求：设置600 mm的门槛；同时，门的开口需满足进出叉车设备的外形尺寸要求（3 m宽×3 m高）；门与舱壁板需满足风雨密要求；根据叉车进出车库的操作要求，主甲板上不能有门槛（如果设计成可移动的门槛，也将会影响叉车频繁进出）；门位于主甲板上，门的风雨密将根据门的实际安装位置，并综合考虑风载荷的影响，提供必要的结构强度及计算验证，避免大开口舱壁板变形。

图1 甲板运输船的甲板面外形以及车库门位置

为满足以上要求，我们将该车库四周的其他房间门槛高度设定为380 mm，并且当车库门开启状态时，保证其他门都是关闭状态，四周其他房间每个门上设置可在驾控台显示的报警灯，显示这些门的开启状态；车库门前设置特殊的排水井及排水管，水井容积和排水管的直径保证海水上浪及雨水的排放要求；门下面与甲板接触处设计特别的锁紧形式。我们还特别校核了门安装处大开口处舱壁结构的强度，以满足规范要求。

无门槛液压快速启闭风雨密门由门板、门框、特制密封胶圈、双向水平液压锁紧、垂直抬门及液压锁紧、门底部的特殊密封装置、动力单元、按钮、限位开关等部分组成。安装在舱壁里面的本地手动操作装置在船舶电力系统不起作用的工况下（如失电工况下等）使用。

2 无门槛及特殊密封型式的设计

大型无门槛液压快速启闭风雨密门在露天甲板上设置为10 mm厚度的不锈钢调整垫板，来调整露天甲板的平整度，同时保证门与露天甲板的风雨密密性要求，同时门底部与甲板密封处需要特别考虑，使用特殊高强度的胶条保证风雨密性要求，防止雨水从底部甲板处灌入车库内。

为保证门与露天甲板之间的风雨密密性要求设计了特殊的锁紧装置，风雨密的密性详细设计节点如图2所示。该锁紧装置具有导向作用，使门能够向下滑动，从而能保证门与露天甲板很好地结合。该锁紧装置与门框做成一体的撬块，使门框直接与甲板对接焊即可完成安装。

图 2 无门槛及特殊密封型式简图

3 特殊排水井及排水管设计

因叉车进出车库的操作要求主甲板上不能有门槛，为更好地排出门附近的雨水和上浪的海水，在门前设置排水井及排水管，参见图3。

水井容积和排水管的直径保证海水及雨水的排放要求。

图3 排水井实际图片

4 快速启闭及抬门装置设计［2］

根据该无门槛液压快速启闭风雨密门无门槛的使用特点，门的开启操作需要满足以下三方面要求（关闭操作与之相反）：

（1）首先使用液压缸将门向上抬起；

（2）然后使用液压缸转动门到设定的角度；

（3）液压缸的操作需要限位装置限定。

此处采用特殊设计的液压操作装置，由液压件厂家根据要求特殊定制，参见图4。

图 4 快速启闭及抬门装置

独立的电/液集成锁紧执行器和门的开闭电/液驱动执行器系统。该处液压缸执行器是由包括一个油缸和与之平行布置的液压泵集成的。集成执行器由交流电机提供动力，通过驱动液压泵、油缸输出直线运动的驱动力。所有零部件集成为一体，由电机转向实现推出和回拉的两个功能。

电气应急操作：用外部的应急电源提供多个执行器工作。液压应急操作：有两个接口可用连接外部油泵，作推出和拉回运行。打开手动卸荷针阀，把外部泵和推拉油口连接。关闭针阀，用外部泵驱动执行器。

执行器提供两个非接触传感器，用于判别锁止或解锁位置，省略全部液压油管，节省管路设计、采购、安装和清洗费用；将传感器集成，简化和减少设备和零部件；可靠的内部自锁装置，在失电状态保持位置不变，无需蓄能器保压；可用于空间狭窄的场合，无需考虑泵站、阀组大部件的安装空间。

5 门安装处船体结构舱壁强度校核

无门槛液压快速启闭风雨密门根据实际在船上的安装位置及船舶的具体作业海域等作业环境，受到载荷主要有：结构自重、风及上浪载荷、锁紧力等［2］。

5.1 风及上浪载荷

风及上浪载荷按照实船入级规范的要求［3］：

式中：ρa为空气的密度，1.225 kg/m3。

本实例经修正后的最终载荷：

液压锁紧力 ：400 N［2］。

5.2 门开口处船体结构的强度计算

无门槛液压快速启闭风雨密门安装在框架结构的横舱壁上，因开口尺寸过大，需要对开口处的结构强度进行校核，采用结构有限元计算软件对结构进行分析，依据实船入级挪威船舶规范对其进行强度校核。横舱壁上的隔板等弱结构可不计强度。通过计算发现实际应力值满足强度要求。计算见下页图5。［4-6］

图5 计算结果

6 实际效果

在实际安装过程中我们努力控制舱壁及甲板面的变形，保证门与四周很好的风雨密密性要求，重点控制甲板面的局部变形（平面度），最后通过10 mm的不锈钢调整垫板来保证车库门下面与甲板面很好的风雨密要求。

无门槛液压快速启闭风雨密门实际安装效果见图6。

图6 实际安装效果

7 结 论

本文通过对无门槛液压快速启闭风雨密门的应用研究，得出以下结论：

（1）通过适当提高与车库门相邻房间门的门槛高度及增加相邻房间门的集控室开启显示，从而部分实现车库门满足入级规范的要求，为类似设计提供一种设计思路。

（2）风雨密的要求可以通过设置排水井及排水管予以满足；此设计思路及方法可以更广泛推广和应用于其他类似设计中。

（3）特种门的锁紧方式尚待进一步探讨、研究，需更好地适应门的启闭操作，以便深入推广到需要快速启闭功能的门及舱口盖设计中。

［参考文献］

［1］ 郭学峰.大型风雨密卷帘门在改装海工模块上的设计与应用［J］.中国修船，2013（4）：23-26.

［2］ 机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［3］ 挪威海工标准. NORSOK STANDARD ［S］. 2009：201-315.

［4］ 陈铁云，陈伯真.船舶结构力学［M］.上海：上海交通大学出版社，1998：101-253.

［5］ 王杰德，杨永谦.船体强度与结构设计［M］.北京：国防工业出版社，2006.

［6］ 郭学峰. H120型防火防爆气动移门的设计及其在海洋平台上的应用［J］. 船舶，2014（6）：24-27.