一种具有储能功能的码头防撞装置研究

李子强

摘要：随着船舶大型化发展，船舶靠泊操纵难度也越来越大，靠泊时与码头碰撞事故时有发生。为克服橡胶护舷装置存在缓冲距离短、作用时间短、进而造成船舶的冲击力大等问题，提出了一种具有储能功能的液压缓冲码头防撞装置，不仅能够靠泊时防撞，还能离泊时助推，分析了其工作原理提出了实现储能功能的液压回路设计，节能环保。

关键词：码头防撞;储能;液压回路

中图分类号：U691 文献标识码：A

随着国民经济的快速发展和交通运输的需要，船舶越来越大型化、智能化、综合化、高速化。随之而来的大型船舶操纵难度也越来越大，船舶靠泊时与码头碰撞事故时有发生。船舶吨位越大，风流影响越明显，靠泊速度与操纵越难以控制，加之海况复杂多变，一旦发生碰撞，造成的破坏力也越大。2019年5月1日，长荣海运旗下一艘船名为“THALASSA ELPIDA”，运力高达13800TEU大型集装箱船，在希腊比雷埃夫斯停泊时与码头相撞，事故对集装箱船舶和码头都造成很严重的损坏，事故导致集装箱被扣押，船期延误。无独有偶，2016年7月一艘由马士基租用的1000TEU，船名为DALI的大型集装箱船在靠泊安特卫普港时发生了一起船尾冲撞码头的事件，导致该船船尾遭受了严重损坏，船舵与螺旋桨受损。2012年5月18日，日本籍船舶“高铃”（TAKASUZU）轮在靠泊亚洲最大的原油码头宁波实华45万吨级码头过程中，因船舶操作不当，与码头发生触碰，致使码头受损，获赔5500万，官司历时三年半。在科技如此发达的今天为什么这样的事故时有发生，令我们唏嘘不已。

1现阶段码头防撞装置

船舶靠泊码头时很难保证船舶贴合码头之时，速度降低为零，《港口工程载荷规范》对海船靠泊时的法向速度最大值有规定。然而船舶靠泊过程中，由于操纵不当、海况较差或者不按規范靠泊等，速度往往会大于规定值，进而产生更大的撞击力，加之风、流、浪的作用和一些其他因素的影响，在船舶靠泊时不仅有撞击作用，还会产生挤压作用、摩擦作用等。因此在码头前沿设置防撞装置是非常必要的。恰当的码头防撞设施不仅能够很好地吸收消耗船舶靠泊时产生的撞击能量，保证靠泊作业的安全进行，而且还能够对船舶、码头起到很好的保护作用，提高船舶、码头的使用寿命，减少维护成本。

通常橡胶护舷根据结构可分为两大类：实心橡胶护舷（非漂浮型）和漂浮型橡胶护舷。实心橡胶护舷（非漂浮型）根据橡胶受力情况可分为剪切型、转动型和压缩型等;根据护舷的结构，又可分为D型、锥形、鼓型、扇形、矩形、圆筒形护舷等。它具有较高的吸能和反力，同时具备成本低、使用寿命长、安装维护简单等优点，应用范围最为广泛。漂浮型橡胶护舷能够自由漂浮于水面，分为充气型橡胶护舷、填充式橡胶护舷两种，主要特点是：压缩变形大，吸能大、反力小、自漂浮、易安装等。

现有固定式橡胶护舷装置，只有当船舶非常靠近岸边时，才能够起到保护作用。存在缓冲距离短、作用时间短、进而造成船舶的冲击力大;现在的防撞护舷作为一种被动防撞装置，无主动防撞和自主动力;消能大小不可调，如果发生异常靠泊的情况，现有的橡胶护舷和码头比较容易被船舶撞坏，造成海事事故。不仅造成人员、财产的损失，也会增加船舶驾引人员的心理压力。因此，研究开发新的防撞装置，如何能够更好地保护码头，提高码头的靠泊效率与安全系数，是需要进行深入研究和分析的。

2具有储能功能的液压缓冲防撞装置研究

2.1液压缓冲防撞装置工作原理

如图1所示，液压缓冲码头防撞装置主要通过液压缓冲器的伸缩完成船舶靠岸时的防撞减震。船舶靠岸时能使船舶缓慢、平稳靠向码头，在船舶离岸时又起到辅助推力作用，保证船舶安全、快速离岸。液压缸的伸缩由液压回路控制，液压回路包括三位四通电磁阀、油泵、回油箱，三位四通电磁阀包括进油口、回油口、一号出油口、四号油口，进油口与油泵连通，回油口与回油箱连通，一号出油口与液压缸的无杆腔连通，四号出油口与液压缸的有杆腔连通。无杆腔内设有压力传感器，进油口与油泵之间设有电磁调压阀，回油口与回油箱之间设有电磁节流阀，压力传感器的信号传输至控制中心，控制中心控制三位四通电磁阀、电磁调压阀、电磁节流阀动作。

其工作原理是：船舶离靠岸时，利用压力传感器来检测船舶对码头的作用力，通过控制中心控制电磁调压阀，来调节液压缸的压力，液压缸中的液压油从电磁调压阀流出，液压油通过电磁调压阀的过程可以消耗船舶在靠泊时产生的靠泊能量。回油口与回油箱之间设有电磁节流阀，控制中心控制电磁节流阀动作。电磁节流阀与电磁调压阀共同作用，使液压回路的进油和回油回路都用于控制，通过流量、压力两个条件的控制，使船舶停靠岸更稳定、可靠。

2.2具有储能功能的液压缓冲码头防撞装置液压回路设计

如图2所示，无杆腔连通有一号蓄能器，一号蓄能器配合可换向单向阀组作用，液压缸收缩时，液压油由无杆腔至一号蓄能器;液压缸伸展时，液压油由一号蓄能器进入无杆腔，可以实现临时储存液压缸中的能量，即：船舶靠岸时，一号蓄能器蓄能，还能起到缓冲作用，船舶离岸时，一号蓄能器蓄能释放能量，作为辅助动力，降低装置的整体能耗。

如图3所示，可换向单向阀组包括一个两位三通换向阀与两个单向阀，包括二号进油口、二号回油口与二号出油口，二号回油口与二号出油口各自连接一个所述单向阀后、连通至一号蓄能器，可分别实现不同流向的单向阀功能，便于一号蓄能器的蓄能和释放能量，具有结构简单、性能可靠、操作方便的特点。

另外油泵的出口处连通有二号蓄能器，二号蓄能器主要用于在液压缸收缩时，储存油泵所产生的部分能量，并在液压缸伸展时作为第二级的辅助动力，进一步减少能耗。油泵的出口处连通有1号电磁调压阀，以保障系统中压力的稳定可靠。无杆腔连通有2号电磁调压阀，起安全阀作用，当船体撞击产生过高压力时，避免损坏设备。

2.3码头防撞装置的控制设计

液压缓冲码头防撞装置最理想的设计是船舶靠泊时，当靠泊速度降低为零时，液压杆恰好位于冲程的最低位置，这样船舶离码头最近，同时最大化了靠泊距离，这需要对电磁调压阀进行合理的压力调节控制。

当船舶靠泊完毕后，如果船位并不理想，可以通过控制液压泵对防撞装置进行调节，进而实现船舶位置调节翻。当船舶离泊时，可以通过此装置将船舶推出去一段距离，不仅节省拖轮使用量与拖轮费，降低船舶营运成本，并加快了船舶离泊速度，提高了码头作业效率。

3结束语

液压装置不仅能够实现主动防撞，而且承受的撞击能量也高于橡胶护舷，使用寿命长，还可以在船舶离泊将船舶主动推离码头，不仅节省了拖轮使用费，而且加快了船舶离开泊度，提高了码头作业效率。该装置还有助于降低船与码头撞击事故的发生概率，从而改善水上交通环境，减少海事事故的发生、减少监管人员的工作量，提高码头靠泊效率，降低使用成本，节省大量的人力财力。