救生艇装卸拖车的研制

贾荣强，朱 杰，陈阿贵

（1.大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116000；2.中国船级社 大连分社，辽宁大连 116000）

0 引言

救生艇是船上重要的应急救生设备，是港口国监督检查和国内安全检查的重点，因此在船舶修理过程中，救生艇的修理和试验成为船东和船检重要的检验项目之一，船厂也为此在船舶修理过程中频繁地进行救生艇的装卸和运输。目前采用的转运方式多是汽车吊车和平板车等组合使用，并且在转运过程中不能很好地进行固定，由此不仅导致了操作成本较高，而且生产效率也较低。为了缓解生产压力，降低生产成本，提高生产效率，结合救生艇外形制造了救生艇专用装卸拖车。

1 装卸拖车气压系统的设计

由于液压系统不仅需要电机、液压泵、各种阀件、回路设计，而且对密封的要求也较高，而气压系统以其简单和实用的特点，氮气可直接排到大气中，从而避免了设计复杂的回路系统，仅通过2个截至阀和1个减压表，就实现了整个气压系统的运作控制。通常氮气在修船企业是作为常用物资在仓库存储的，因此其使用和领取都比较方便。拖车模型简图见图1。

图1 救生艇拖车设计模型示意图

一瓶氮气可升降救生艇次数的计算过程为[1-2]

式中：p为气缸工作压力；G为救生艇重量，2 000 kg～4 000 kg（参照标准CB* 795-85）；D为活塞直径，125 mm；d为千斤顶活塞小径，50 mm。

得出实际工作压力范围为0.49 MPa≤p≤0.97 MPa。

式中：V11为管路容积；d1为管路内径，6 mm（采用φ10×2铜管）；L为管路总长度，10 200 mm；V12为气缸最大工作体积；l为活塞行程，90 mm。

拖车的气压系统的工作时气体体积为

式中：V1为气压系统工作时所需气体体积。

根据气体的克拉伯龙方程：PV=nRT，计算一瓶氮气可升降救生艇的次数m。

式中：P0为氮气瓶初始压力，10 MPa；V0为氮气瓶容积，40×106（mm3）。

代入数据，计算得：89.1≤m≤187.5（次）。

考虑到管路压力损失、气体的泄漏及摩擦损失，一瓶氮气实际能够实现救生艇的升降次数约为70次～175次，即能够完成35艘～87艘救生艇的运输任务。

气压系统采用减压表（量程分别为0 MPa～2.5 MPa，0 MPa～25 MPa）分别显示氮气瓶内和管路内部的工作压力。当气压系统内部的压力低于1 MPa时，应该准备氮气瓶的更换。在拖车进行救生艇的升降作业时，气缸通过提升螺杆（图2）的方形挡块将拖车的横梁升起，进而实现救生艇的装卸。在对拖车的可拆卸横梁进行装复和拆卸时，仅需要将提升螺杆旋转90°即可，其设计达到了操作方便、简捷的要求。

图2 气缸与提升螺杆装配示意图

2 装卸拖车的结构设计

拖车的支撑横梁作为拖车的重要受力部件，其强度对拖车的使用十分重要。故对横梁进行了受力分析、强度校核。救生艇的重力通过艇的龙骨，作用在拖车中心可调支座，通过支座杆上的螺纹调整支座高度，使其与救生艇龙骨充分接触，使拖车两侧的可调整支座起到辅助作用，而不承受过大的应力。

横梁的受力分析及强度校核计算[3]如下。

对救生艇拖车的支撑横梁进行受力分析，建立力学模型，计算支反力，绘制横梁的剪力图和弯矩图（图3）。

故此梁在两支座内侧横截面上的剪力最大值为

而在梁跨的中点横截面上的弯矩值为最大。

式中：G为救生艇作用于每个横梁的重量，取最大值G=40 kN；L1为横梁总长，2 200 mm；q为型号10槽钢理论重量，10 kg/m。

计算得：Qmax=40.22 kN，Mmax=22.06 kN。

横梁的应力校验横梁的弯曲正应力为σmax=Mmax/Wz。

由于横梁的跨长较短，故应校核最大剪应力为

式中：横梁截面抗弯系数Wz=79.4 cm3；惯性矩Iz=396.6 cm4，为横梁截面中性轴一侧的面积对中性轴的静矩；b为槽钢厚度，5 mm，槽钢截面简化后的尺寸（图4）。

图3 拖车横梁剪力、弯矩图

图4 横梁截面图

代入数据，计算得

槽钢（20＃钢）许用应力为

式中：n为安全系数，取1.5；σs为槽钢（20＃钢）的屈服强度，σs=320 N/mm2。

则许用弯曲正应力为[σw]=1.2[σ]=256 MPa，许用剪应力为[τq]=0.8[σ]=170 MPa。

得σmax=125.5（MPa）≤[σw]，τmax=88.89 MPa ≤[τq]。

通过以上校核，弯曲应力和许用剪应力两方面的强度条件均能满足，所以此横梁是安全的。

救生艇拖车横梁两侧的辅助可调支座，主要起辅助支撑作用，支座托板与螺杆之间采用球形连接，而且由于所设计的螺杆具有长度可调节性，螺杆与横梁成45°角，故两个支座的高度和距离都是可以调节的，从而使拖车能够运输支撑多种规格的救生艇。支座托板采用130×180×δ20的钢板，为减少救生艇与支座的硬接触，托板表面使用橡胶皮来降低对救生艇的冲击强度。为了提高拖车的稳性，拖车支架与地面的距离，仅为可拆卸横梁高度，从而降低了拖车的重心。

3 装卸拖车的操作

当救生艇需要修理试验时，将救生艇放置在码头或修理厂地的专用支座上（图5）。可由船厂常用的叉车或2名工人即可推至码头（图6），拆掉拖车的可拆卸横梁，将其推至救生艇下方，回装可拆卸横梁，打开控制箱，观察压力表，慢慢将进气阀门打开，在气压作用下，气缸将前后两横梁提起，然后移走救生艇专用支座，缓慢将阀门开至放气，视情况用绳索对救生艇进行必要的固定，然后由工人或叉车运至修理厂地，同样的方法，将救生艇提起，将专用支座放至艇下适当的位置，这样就完成了一艘救生艇的装卸和运输。

图5 救生艇专用支座示意图

图6 救生艇装卸拖车实图

4 结论

救生艇装卸拖车的投入生产和使用，缩减了救生艇在装运过程中的操作时间，极大节省了人力和物力，不仅降低了生产成本，同时提高了修理场地的利用率和生产的效率，充分说明了设计的合理性和实用性。除船舶修理企业外，在没有或吊车较繁忙的情况下，短距离移动较频繁、体积较大、重量在8 t以内的设备，均可设计此类装卸拖车。这种以简单实用为目的的设计与创新思路供同行参考。