◎ 彭鐘 童揚(yáng)武 楊倩 ?？诤綐?biāo)處

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燈浮標(biāo)燈架結(jié)構(gòu)改進(jìn)

◎ 彭鐘 童揚(yáng)武 楊倩 ?？诤綐?biāo)處

摘 要：本文通過(guò)運(yùn)用有限元軟件計(jì)算燈架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力較大、受力較強(qiáng)的部位，提出合理加強(qiáng)和優(yōu)化建議。提高燈架結(jié)構(gòu)韌性和減震效果，采用警示反光貼增加夜晚警示、圖像示意，并將燈架部件規(guī)范化，方便維護(hù)又節(jié)省成本，減少實(shí)際航標(biāo)保養(yǎng)的人力物力。

關(guān)鍵詞：燈浮標(biāo)燈架 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 夜晚警示 圖像示意 部件規(guī)范化

1.存在問(wèn)題

燈浮標(biāo)（light buoys）作為重要的船舶助航設(shè)施，為船舶航行、進(jìn)出港提供了重要作用。燈浮標(biāo)的定位是由底部錨鏈、沉快固定，因風(fēng)浪、洋流的影響，燈浮標(biāo)會(huì)在一定范圍內(nèi)搖擺、轉(zhuǎn)動(dòng)。加上航行中船舶自身的搖擺、回轉(zhuǎn)偏移等性質(zhì)。往來(lái)船舶會(huì)和燈浮標(biāo)產(chǎn)生不可避免的碰撞。導(dǎo)致燈浮標(biāo)的燈架扭曲損壞。以三亞港港內(nèi)燈浮標(biāo)為例，可以看出因船舶碰撞所造成的燈架損壞很嚴(yán)重，尤其是頂護(hù)圈部分。（如圖1）如果燈器損壞，在夜間燈浮標(biāo)就會(huì)變成進(jìn)出港的障礙物，我處就曾發(fā)生夜間漁船撞上一座燈器損壞燈浮標(biāo)的事件。

2.計(jì)算分析

以國(guó)內(nèi)目前使用最多的Φ2400mm鋼制燈浮標(biāo)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，分析其在碰撞中的受力情況。假定：碰撞一般來(lái)至船舶側(cè)面，側(cè)向受力，載荷面較大；燈浮標(biāo)燈架四個(gè)支持腳固定在一個(gè)平面內(nèi)，彈性固定。根據(jù)規(guī)范要求，燈架架構(gòu)角鋼的鋼材的應(yīng)力許可極限為180Mpa。

在燈架結(jié)構(gòu)受到集中力載荷2x104N時(shí)，燈架發(fā)生形變。其受力較大的部位和應(yīng)力集中的部位，首先發(fā)生扭曲變形。

3.解決方法

3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，對(duì)燈架結(jié)構(gòu)中受力較大的部位和燈架矩形結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定位置增加三角形肘板，確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（如圖3）；

圖1　三亞港港內(nèi)燈浮標(biāo)實(shí)例

圖2　有線元計(jì)算應(yīng)力圖

圖3　燈架需要增加肘板的位置

圖4　燈架頂護(hù)圈改進(jìn)示意圖

圖5　警示反光貼材料及其應(yīng)用

圖6　用斜條紋警示反光貼指示航道

對(duì)于易發(fā)生碰撞的頂護(hù)圈采取增加減震結(jié)構(gòu)將角鋼制作的頂護(hù)圈更改為具有彈性的結(jié)構(gòu)，增加類似車輛減震結(jié)構(gòu)，減小因碰撞造成的結(jié)構(gòu)扭曲（如圖4）。

3.2外表優(yōu)化

針對(duì)燈浮標(biāo)燈器有可能因外界因素?fù)p壞導(dǎo)致不發(fā)光的情況下，夜間燈浮標(biāo)會(huì)成為進(jìn)出港的障礙物，在標(biāo)體、燈架的外表粘貼警示反光貼。起到夜間示廓作用，提高燈浮標(biāo)夜間能見(jiàn)度，保證在夜間，即使燈浮標(biāo)燈器損壞，往來(lái)船舶利用自身的探照燈也能夠輕松的發(fā)現(xiàn)航標(biāo)，發(fā)現(xiàn)航道，為燈浮標(biāo)導(dǎo)助航起到輔助作用。

這種反光貼的原理是運(yùn)用晶格的微菱形產(chǎn)生折射及高折射率的玻璃微珠回歸反射原理，通過(guò)調(diào)焦后處理的工藝制成。它能將遠(yuǎn)方直線光線發(fā)射回發(fā)光處，不論在白天或是黑夜均有良好的逆反射光學(xué)性能，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于陸用交通設(shè)施和人員防護(hù)上，效果明顯，且價(jià)格較低，性價(jià)比很高，尤其是晚上，能夠發(fā)揮如同白天一樣的高能見(jiàn)度。加上反光貼有多種顏色，可以滿足燈浮標(biāo)左紅右綠等在顏色方面的要求。如果將浮標(biāo)的標(biāo)體純綠純紅上采用紅色、綠色斜條紋，進(jìn)行圖像示意，那么船舶在航行中就會(huì)更加醒目的識(shí)別，即使是沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)航標(biāo)知識(shí)的漁民，也可以知道左紅右綠的航行規(guī)則。這樣還可以推廣航標(biāo)的宣傳，形成一種標(biāo)準(zhǔn)，讓更多的人知道水中浮標(biāo)的具體作用和意義。

3.3結(jié)構(gòu)單元規(guī)范化

運(yùn)用有限元方法計(jì)算應(yīng)力過(guò)往船舶和燈浮標(biāo)發(fā)生碰撞多數(shù)碰到頂護(hù)圈和頂標(biāo)，將頂護(hù)圈、頂標(biāo)等易損壞結(jié)構(gòu)與整體燈架結(jié)構(gòu)分離，設(shè)置通用件，局部維修替換，方便保養(yǎng)，改變傳統(tǒng)燈浮標(biāo)燈架焊接一體化，一但損壞，就需要整體更換，且整個(gè)標(biāo)體需要起吊，人力物力成本很高的現(xiàn)狀。將易損結(jié)構(gòu)單元規(guī)范化，設(shè)置通用件，統(tǒng)一定制，規(guī)范生產(chǎn)。

例如：GB-dfb-001001 對(duì)應(yīng)頂標(biāo)

GB-dfb-001002 對(duì)應(yīng) 頂護(hù)圈

…

GB-dfb-001006 對(duì)應(yīng) 加強(qiáng)筋

GB-dfb-001007 對(duì)應(yīng) 加強(qiáng)肘板

這樣既方便維護(hù)保養(yǎng)，又能節(jié)省成本開(kāi)支。

4.不足

首先，海洋中海況復(fù)雜，來(lái)自船舶的碰撞和水流波動(dòng)的作用形式是復(fù)雜的，燈架受到的受力形式也是多樣，模擬計(jì)算不夠精準(zhǔn)，還需要進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)；其次海上的環(huán)境較陸地復(fù)雜多變，警示反光貼能否適應(yīng)海上的濕度、鹽度都需要進(jìn)一步測(cè)試。

5.結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)Φ2400mm型燈浮標(biāo)運(yùn)用有限元方法計(jì)算應(yīng)力，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、外表優(yōu)化、單元規(guī)范化三個(gè)方面對(duì)燈架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，首先將提高傳統(tǒng)的燈浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗撞擊性；其次粘貼警示反光貼為燈浮標(biāo)示廓，增加夜晚警示和圖像示意，讓更多的人了解航標(biāo)用途；最后，將易損壞的結(jié)構(gòu)單元化，規(guī)范化，統(tǒng)一生產(chǎn)，并設(shè)計(jì)易替換結(jié)構(gòu)，將大大提高燈浮標(biāo)的維護(hù)保養(yǎng)成本，節(jié)省開(kāi)支。