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摘要：本文提出了一种适用于化学品船及其它大中型船舶应用的挂靠式登船梯，通过设计计算证明它是一个便捷和安全可靠的上下船通道。
关键词：挂靠式登船梯；设计计算
1 引言
登船梯作为船厂必备工装，有很多种形式，包括塔式登船梯、桥式登船梯等。目前在船舶制造与修理领域使用的登船梯，一般包括斜梯、扶手,斜梯的顶端与船舷上布置的上部平台架连接，且上部平台一般都是直接焊接于船体上，焊接很容易会造成化学品船舱内特涂油漆破坏及船体结构局部变形。
2 挂靠式登船梯的结构
本文设计的挂靠式码头登船梯包括五个部分：上梯塔、上转盘、梯桥、下滑动转盘和下梯塔。上梯塔通过两个挂钩悬挂于船舷的挡水板上，下梯塔固定于码头，中间是梯桥，梯桥上端通过上转盘与上梯塔相连，梯桥下端通过下滑动转盘与下梯塔相连，见图1。
图1 挂靠式码头登船梯总装图
上梯塔包括底部段、若干个标准段和顶部段，顶部段靠船一边设有两个挂钩，挂在船舷挡水板上，每个标准段和底部段的下缘靠船一侧设有两个防撞橡胶靠在船舶舷侧。上梯塔每段之间用法兰、螺栓连接，可根据船舶型深增减标准段从而达到与船体匹配的目的。因此挂靠式登船梯不仅适用于化学品船。
本文设计的挂靠式登船梯的上梯塔包括一个底部段、二个标准段和一个顶部段。其中底部段高3.9米，顶部段高0.55米，标准段每段高3.9米，因此整个上梯塔的总高度为12.25米，重约10.8 吨。
下梯塔由斜梯和平台组成，高为6米，并设有轨道可供下转盘滚动。
下滑动转盘连接下梯塔和梯桥，可沿下梯塔顶部的轨道滚动，也可自身360°转动。
梯桥在上下梯塔之间，随着潮起潮落其坡度也会发生变化，以一条型深30米空载吃水6.5米的化学品船为例，码头潮汐差3.5米，因此桥梯的仰高范围是0.3米到3.8米,梯桥长9米,其坡度在1.5°到15°之间，角度平缓便于通行。梯桥下端设有滚轮卡在下转盘上的凹槽里，上端设有圆轴卡在上转盘的挂钩上。
上转盘连接上梯塔和梯桥，一端焊接在上梯塔的底部平台上，另一端设有两个带卡环的挂钩，用以固定梯桥。
3 挂靠式登船梯的计算
3.1 受力计算
计算工况如下
（1）登船梯塔的结构自重为10.8吨。
（2）桥梯的结构自重为3.1吨。
（3）满载工况，每级梯子站2个人，每层平台站6个人共 112人，重8.4吨。桥梯满载40人，重3吨。
因此挂钩处受到的总力 G=10.8+8.4+(3.1+3)/2=22.25吨。
对登船梯塔进行受力分析，以船长方向为x轴，船宽方向为y轴，船高方向为z轴。登船梯塔的约束条件为在挂钩处控制y、z方向的位移，控制 x、y、z轴的转动，在底部与船接触的地方，控制y方向的位移，其他方向自由，控制x，z轴的转动，y轴转动自由。
登船塔受到重力G、以及船舷侧对上梯塔下端的被动力F1、甲板处的摩擦力F作用，在静态情况下，对于登船塔有力矩平衡，即G*b=F1*h，力的平衡F=F1。h为登船梯塔的高度，b为登船梯塔重力作用线到A点的距离，A点为上梯塔挂钩与甲板面接触点，摩擦力F=u*G,u为A处的摩擦力系数取0.05，因此，当F>F1时，即u>b/h时登船梯塔才不会从船上掉下来。
对于登船梯塔，G=22.25t，h=3.9+3.9+3.9+0.55=12.25m，b=1.4m，F1=G*b/h=2.54t，u=0.05，F=u*G=1.1t，F<F1，所以登船梯塔会滑下来，此时需要在挂钩处加一个拉力，当拉力大于1.44t时，登船梯塔才不会滑，如果船向登船梯塔一侧发生倾斜时，则需要更大的拉力，当挂钩处的拉力等于G时，无论船是否发生倾斜，登船梯塔都不会掉。风对登船梯塔的影响主要是沿船长方向的运动，因此采用两根承载能力为15t的钢丝绳斜拉住登船梯塔，保证登船梯塔能够安全工作。
3.2 挂钩强度计算
每个挂钩处的截面积为A，A=200*35=7000mm2,W=233.3cm3,截面处距离支撑点的距离为a=110mm，弯矩为M=G/2*a=1223.75t*mm，一般钢材的安全系数在1.8～3.0，安全系数取3，则截面处受到的应力为??=3?（G?g/2A+M/W）=3?(15.5+51.4)=200.7N/mm2<215N/mm2,因此挂钩处满足强度要求。
按照安全系数为3进行计算，挂钩的承载能力由[??]=3?（G?g/2A+M/W）可得，G=23.9吨。
3.3 螺栓强度计算
登船梯塔最上面一层底部的螺栓承受的力最大，因此对此处的螺栓强度进行校核，此处总共有24个规格为M20的螺栓，每个螺栓的截面积为S=???102=314mm2,受到的总拉力为T=22.25t=218.05KN，安全系数取3，则每个螺栓所受到的应力为??=3*T/S/24=86.8N/mm2<215N/mm2,螺栓的强度满足要求。
3.4 吊耳挂板强度计算
当螺栓失效时，由连接处的吊耳挂板承受登船梯的重力，因此需要对挂板的承重能力进行计算，每个挂板的最小截面积为A=16*24=384mm2，受到的应力为??=F/A=149N/mm2，小于许用应力215N/mm2，因此满足强度要求。
3.5 甲板面受力计算
通过有限元计算，甲板面在挂钩处的应力为240N/mm2，主甲板材质为AH32,甲板的许用应力315N/mm2，满足强度要求。
4 结束语
以前的登船梯是焊在主甲板靠舷侧位置，大型船舶一般用的是斜梯，角度在40度至60度之间，又长又陡，中间没有缓冲平台；最主要的问题是焊接容易破换舱内油漆。本文中设计的挂靠式登船梯可有效解决以上问题，因此它将是一个便捷和安全可靠的上下船通道。
参考文献：
[1]汪一骏.钢结构设计手册.中国建筑工业出版社,2003.
[2]黄浩.船体工艺手册.国防工业出版社,2013.
[3]叶邦全.船舶设计实用手册-舾装分册.国防工业出版社,2013.
论文作者:杨培思
论文发表刊物:《科技研究》2019年4期
论文发表时间:2019/6/18
标签：螺栓论文; 转盘论文; 甲板论文; 强度论文; 截面论文; 船舷论文; 船体论文; 《科技研究》2019年4期论文;