货船叠加式舱口盖装置的设计

王兆玄， 张洪刚， 王高虎， 淦学甄

（1.浙江海洋大学港航与交通运输工程学院，浙江 舟山 316022；2.中石化海洋石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 200120）

0 引言

舱口是传统的货物垂直装卸作业的必经之路，舱口盖的用途主要有两方面：一方面是封闭舱口、保证舱内货物安全；另一方面则是承受并支撑大件货物；舱口盖装置开启与关闭的机械化、自动化程度的高低，直接关系到船舶货物的装卸效率、质量与人员的劳动强度和船舶的停港时间[1]。目前，国内外的船舶上舱口盖的安放有的采用克令吊的吊装（适合小吨位的货船），现基本上采用液压油缸的工作对各舱的舱口盖实现安放，通过液压油缸的工作使舱口盖打开及关闭，还有一种通过液压油缸及其他辅助装置使所有的舱口盖在某处垂直堆放。现有的舱口盖的安放所需要的装置较复杂，且对装卸货物有一定的影响，同时设备的成本较高。由此可见，对舱口盖研究与改进的这个过程是必要的。本文将围绕新旧舱口盖的结构展开论述。一方面用来阐述舱口盖的现有结构问题与不足，并对现有舱口盖设计提出了要求；另一方面则通过阐述与分析新型舱口盖的设计改进方案，从而验证与论述新型舱口盖设计的可行性。

1 现有舱口盖的利弊分析

目前我国现有的舱口盖，按照结构分为滚动式、折叠式和提升（吊移）式3种[2]，但均存在缺陷及局限性。

滚动式舱口盖由水密装置、盖板、压紧装置、滚轮装置和导向曳行装置5部分组成，各盖板之间用链条连接，每个盖板上都有一对偏心轮，可沿舱口围板两边的面板行走，还有一个平衡轮，它不设置在板宽的中点处。开启时，在重力作用下盖板便翻转成直立状态而存放，分别存放在舱口的两端；关闭时，将钢索穿入舱内正前方的开口导向滑车内，再用卸扣与收藏处的首端盖板相连接。由滚动式舱口盖的工作方式不难看出，其工作过程繁琐。由于舱口盖的走滚轮数量繁多且平衡轮不设置在舱口盖中点等原因，容易造成舱口盖移位；由于舱口盖存放在舱口的两端且舱口盖之间的间隙很大，从而导致占甲板面积过大[3]。

通过对折叠式和提升式舱口盖的初步研究得出：折叠式舱口盖因为靠近舱口端的盖板较短并且与铰链臂相连，所以它的转轴离开舱口盖有一定的距离，从而导致舱口盖不能开全舱、存在装卸盲区等；提升式舱口盖需要由船上或港口的起货机械来吊移，从而导致其安全系数低、运营成本高等问题的出现。表1是目前使用的舱口盖的优、缺点分析。

2 新型舱口盖装置的设计要求

2.1 结构设计方面要求

新型舱口盖的结构设计主要有以下3个要求：1）基于现有舱口盖的结构，针对其不足，从总体结构和局部结构进行改进；2）参照《钢质海船入级规范》要求，保证新型舱口盖的刚度和强度达到标准；3）结构设计从简，易于进一步的保养与改进。

表1 舱口盖的优、缺点分析

2.2 技术设计要求

新型舱口盖装置的技术设计，一方面利用叠加式原理进行舱口盖的设计，大大提高单个舱口盖面积、减少甲板机械数量以及提高舱口盖水密性和减少人员的劳动强度等；另一方面通过对叠加式安装装置的动力系统的设计，利用液压控制系统实现舱口盖装置的全自动操作功能[4]。

2.3 操作设计要求

新型舱口盖装置的操作设计，一方面要保证装置操作过程中安全可靠、容易着手；另一方面则要求装置所使用的零件为国际通用件，从而有利于进一步的保养与维修。

2.4 经济设计要求

新型舱口盖装置的经济设计，主要考虑社会效益和经济效益。社会效益是要求新型舱口盖装置可以为今后在舱口盖方面的研究制造新方向、新概念；经济效益则要求为船舶行业节约成本，创造更多的经济价值。

3 新型舱口盖——货船叠加式舱口盖装置的结构[5]

3.1 货船叠加式舱口盖装置的工作原理

货船叠加式舱口盖装置安装有储存舱，其底部均布4个油缸，在油缸的缸杆上安装托台，在储存舱的壁上安装前后防撞条及左右防撞条；舱口盖边上固定滑轮，滑轮的下面是滑轨，在舱口盖的边上角落处安装牵引轴，通过左右牵引机构使舱口盖沿着滑轨运动到托台处；在舱口盖的4个角落加工通孔用来安装定位轴；在舱口盖的两边加工水槽，两舱口盖的水槽之间安装水槽盖。储存时，通过右牵引机构将舱口盖拉到托台上，通过油缸的运动达到叠加安装的目的，加盖时，通过左牵引机构将舱口盖拉到位，利用定位轴对舱口盖定位，同时两舱口盖的水槽之间安装水槽盖用来防水。采用油缸的运动及牵引机构使舱口盖滑动的结合，使舱口盖叠加式安装，结构简单，卸货方便。

3.2 货船叠加式舱口盖装置的主要组成部件

货船叠加式舱口盖装置的总体结构如图1所示。储存舱的底部均布4个油缸，在油缸的缸杆上安装托台，在储存舱的壁上安装前后防撞条及左右防撞条，在储存舱的底部4个角落安装漏水孔舱口盖安装在各舱的上部；舱口盖的4个角落加工通孔，在舱口盖的两侧加工水槽，滑轮按照一定的间隔安装在舱口盖的两侧，在滑轮的下方安装滑轨；牵引轴固定安装在舱口盖的边上角落处；定位轴通过间隙配合安装在舱口盖的4个角落的通孔处；水槽盖放置在相邻两块舱口盖的水槽上面。

货船叠加式舱口盖装置的局部结构包括舱口盖机构、滑轮机构、牵引轴机构、定位轴机构和水槽盖机构五个部分。

舱口盖机构如图2所示，舱口盖安装在各舱的上部；舱口盖的4个角落加工通孔，在舱口盖的两侧加工水槽。

滑轮机构如图3所示，滑轮按照一定的间隔安装在舱口盖的两侧，在滑轮的下方安装滑轨，滑轮的三角槽结构的设计有利于滑轮在滑轨上平稳运动；牵引轴机构如图3所示，牵引轴固定安装在舱口盖的边上角落处。

图1 货船叠加式舱口盖的主视图

定位轴机构如图4所示，定位轴通过间隙配合安装在舱口盖的4个角落的通孔处。水槽盖放置在相邻2块舱口盖的水槽上面，防止海水及雨水通过相邻舱口盖之间的间隙进入舱内。

货船叠加式舱口盖装置的具体要求：前后防撞条及左右防撞条的材料为硬橡胶。油缸通过一个控制系统控制，使4个油缸的运动保持一致。牵引轴的外面有一个大端。定位轴的上部为打击部，中间加工一个贯穿孔，在贯穿孔的下面为凸肩，其最下面加工一个锥度。舱口盖的4个角落的通孔下面安装舱口定位板，在舱口定位板上加工通孔与所述舱口盖的通孔对应。

图2 储存舱口盖处的俯视图

4 货船叠加式舱口盖的可行性分析

4.1 结构可行性

图3 货船叠加式舱口盖的局部俯视图

通过对现有舱口盖的结构改进，货船叠加式舱口盖装置结合舱口盖结构的加工及安装[6]，其结构可行性有以下几点：1）油缸的运动及牵引机构使舱口盖滑动结合，使舱口盖叠加式安装，结构简单、卸货方便。2）通过对定位轴的设计，当舱口盖定位时，通过人工打击定位轴的打击部，通过定位轴的下面锥度导向，使定位轴的下部进入到舱口定位板的通孔内，定位简单、牢固；需要舱口盖活动时，利用辅助工具从贯穿孔处将定位轴拔出。3）滑轮的三角槽结构的设计有利于滑轮在滑轨上平稳地运动。4)舱口盖的水槽与水槽盖的配合，使舱的水密性大大提高，且安装、拆除简单。

图4 图1中A部放大图

4.2 技术可行性

货船叠加式舱口盖装置的技术原理是利用先进的液压油缸控制系统，并参照舱口盖液压系统改进设计[7],使舱口盖的动力最优化；根据货物装卸要求，对舱口盖结构进行改进，提高单个舱口盖面积，可实现开全舱的目的，从而消除盲区，提高装卸货的工作效率；此外，通过叠加式舱口盖装置的设计，还可提高货舱的水密性[8]。

4.3 操作可行性

货船叠加式舱口盖装置的组成部件大多数是标准件、通用件，因此操作简单，同时该装置的局部采用滑轮机构、牵引轴机构和定位轴机构，提高舱口盖的机械化、自动化的能力，从而减少人员的劳动强度，提高舱口盖的安全系数，同时便于该装置的维修与保养。该设计从一定程度实现了舱口盖的自动化。

4.4 经济可行性

1）经济效益。通过对船舶舱口盖采用叠加式设计方法，进而解决了原有舱口盖的缺陷及局限性；通过优化的舱口盖结构，可进行全舱打开，有效提高货物的装卸效率与质量，减少人员的劳动强度和船舶的停港时间，提高船舶运营企业的经济效益。

2）社会效益。在船舶舱口盖结构上，通过开全舱的方式，提高船舱的利用率；在研究成果上，完成切实可行的舱口盖结构设计，为货船舱口盖的设计提供一种技术参考，具有重要的社会效益。

5 结论

通过对新型舱口盖装置的设计，主要解决了以下几方面问题：1）货船叠加式舱口盖装置的动力设计。通过舱口盖的叠加式装置的研究，利用先进的液压油缸控制系统，使舱口盖的动力最优化。2）货船叠加式舱口盖装置的结构设计。通过对舱口盖原有结构的研究分析，根据货物装卸要求，对舱口盖结构进行改进，提高单个舱口盖面积，可实现开全舱的目的，从而消除盲区，提高装卸货的工作效率；此外，通过货船叠加式舱口盖的设计，还可提高货舱的水密性。3）减少人员的劳动强度。通过货船叠加式舱口盖的研究，提高舱口盖的机械化、自动化的能力，从而减少人员的劳动强度，提高舱口盖的安全系数。4）经济效益和社会效益最优化。舱口盖装置是货船必须拥有的装置之一，且同时具有多个，通过舱口盖的叠加式安装装置的设计，将舱口盖最优化，从而实现船舶运营的经济效益和社会效益最大化。综述全文，新型舱口盖装置存在以下两个问题：1）该装置未给出具体的设计数据，只是提供了设计图样；2）舱口盖与其他设备可能存在随机性，不能保证该装置可以满足所有情况等。针对以上2个问题，将作为后续进一步研究的内容。

[参考文献]

[1] 李伟.舶结构与设备[M].大连：大连海事大学出版社,2011：188-193.

[2] 王泉.水手工艺[M].大连：大连海事大学出版社,2001：84-89.

[3] 刘炳楠,孙先波,古长江,等.船舶舱口盖的分类及修理[J].中国修船,2006,19(2)：19-20.

[4] 鄢二强.大舱盖安装技术探讨[J].造船技术,2003(6)：17-19.

[5] 王高虎,董洪仓,付金科,等.一种舱口盖的叠加式安装装置：CN201520947653.0[P].2015-11-24.

[6] 梁贵.浅析舱口盖结构的加工及安装[J].中国水运(下半月),2012,12(6)：105-106.

[7] 张强,刘庆教,王丽,等.万吨级散装货轮舱口盖液压系统改进设计[J].液压气动与密封,2011,31(2)：70-72.

[8] 黄志.船舶舱盖板漏水原因浅析[J].世界海运,2000(6)：11-12.