倒臂艇绞车手摇装置伤人事故分析

发布时间:2016-11-14       点击数:1311

倒臂艇绞车手摇装置伤人事故分析

 

来源:中国船检   2016-11-14 

导读:

 
重力倒臂式救生艇(简称倒臂艇)的艇架绞车手摇装置经常发生伤人事故。通过系统分析具体事故案例,探究事故发生的各种可能的起因。另外,对于现有设备如何进行改良和升级,获得更稳定更可靠的“本质安全型”解决方案。

重力倒臂式救生艇(简称倒臂艇)的艇架绞车手摇装置经常发生伤人事故。通过系统分析具体事故案例,探究事故发生的各种可能的起因。另外,对于现有设备如何进行改良和升级,获得更稳定更可靠的“本质安全型”解决方案。

案例描述

一起救生演习时大副在操纵救生艇释放装置时,被操作手柄击中不治身亡的事故, 经了解,该轮路过舟山火烧门时临时锚泊,因时间尚早且天气状况良好,船长决定做一次弃船演习。该轮救生艇为重力倒臂式救生艇,放艇过程中艇架卡住,不能完全放到甲板面,当时大副拿起艇架绞车手柄,准备手动将艇架摇起后再放,摇起艇架10公分左右,大副认为差不多了, 松手观察情况,此时艇架依靠重力突然快速下降,手柄被带动高速旋转飞出,砸中大副头部当即身亡。

案例分析

本文并不特定针对此次事故进行分析,只以相关事故通报的描述顺序作展开分析,分析可能的原因,寻找有效的解决思路。

1、“该轮救生艇为重力倒臂式救生艇,放艇过程中艇架卡住,不能完全放到甲板面”常见的原因(以下均不涉及型式认可有纰漏的情况):

(1)倒臂支撑杆末端锁紧装置(见图1)一端未完全解除或卡住,此为操作原因。

(2)倒臂底端转轴卡死,图2为倒臂底端转轴及其牛油加注孔(部分转轴牛油加注孔布置在两侧)。转轴卡死的原因除了润滑不当、转轴和/ 或其轴套偏磨/磨损外, 常常还伴随着艇架受到扭转应力。艇架受到扭力多是因为小艇两端收放不同步所致,而导致小艇收放不同步,常常有以下几种情况:

(3)小艇固定撑杆(见图1)在营运修理后, 位置、长度及角度未完全复原,导致小艇在存放处即出现首尾不平的现象。

(4)艇架绞车钢丝绳盘绕杂乱,导致两端钢丝绳收放不同步,如图3所示。有时钢丝绳盘绕杂乱还会造成跳绳现象,此时小艇收放速率也会出现危险的跳动。

(5)吊艇索末端(如图4)调节不当,导致收艇时两倒臂不能同时就位。

(6)艇架顶端动滑轮悬挂(如图5、图6)端营运修理后导致长度或角度不一致,收放时导致一端挂着,另一端悬空,或者处于更危险的临界状态。这种状态如果在释放小艇时,可能会造成艇架卡住或者小艇突然加速降落。

2、“当时大副拿起艇架绞车手柄,准备手动将艇架摇起后再放,摇起艇架10公分左右,大副认为差不多了,松手观察情况,此时艇架依靠重力突然快速下降”。

分析几种倒臂艇突然快速下降的可能原因。小艇通常有三个释放位置,绞车处抬动重锤就地释放、舷边遥控释放和艇内遥控释放。

(1)重锤平时依靠自身重量处于刹车位置。重锤刹车常见的有两种方式,偏心轮式的皮带摩擦片刹车和挤压式合金钢刹车片刹车。两种刹车方式都需要注意平时的维护保养、调校和定期的刹车片换新。注意,刹车片并非布置越紧或者越快刹车越好,应该是松紧适度,操作行程及限位适度,释放时方便控制速度;另外,刹车片磨损超限也会造成刹车力不足甚至无法及时刹车。重锤换新后重量不够或者重锤压杆力臂不够,重锤维修后没有按照型式认可的角度装复,还有刹车结构长时间没有得到适当的维护保养,都可能会造成刹车操作时产生临界状态,这种临界状态很容易引起操作者的误判断,而这种误判断往往相当危险。图7有插销做锁紧刹车状态限位,另外一个挡杆可以防止重锤摆过头。图8 为挤压式(螺杆行走机械原理)刹车拆检。

在营运检验时发现过刹车盖板重新布置螺栓孔的痕迹,如图9,这样很容易造成依靠盖板限位槽进行限位的重锤(如图10)装复后重锤平时刹车角度的变化。当刹车处于临界状态时,极易失稳而自动解除刹车。有经验的放艇操作者在手摇收艇前都会有意压一下重锤(或者通过图7保险装置锁定),有时我们会明显看到重锤可以压下一截,这也提醒我们该刹车系统可能已不太稳定。

(2)对于舷边释放(如图11),因钢丝绳缠绕或卡住造成舷边释放重锤或者拉环被拉紧也会导致刹车状态解除,当然,此处人为误操作也时常发生。

(3)对于艇内释放端,则时常发生释放重锤钢索过长而被小艇门把手挂住或者被耐火救生艇的喷水管挂住而导致刹车状态解除,另外艇内释放延伸端也有可能卡住。(图12是一个错误的案例,该重锤不应该在艇内,应在艇外适当高度处,另外再通过一根钢索引入艇内,引入艇内端应能自由通过小艇顶部的贯穿孔)。

(4)此次演习现场人员的协调与操作也可能有疏漏。弃船演习参与船员多,现场的指挥和协调很重要。倒臂艇通常有4个操作端(3个释放端加1个电动回收端),任何一个操作端误动作或者运行不良都会产生风险,那么一个集中负责收集信息及发布指令的指挥岗位就很重要。通常大副担任现场指挥,三副负责艇内指挥。另外载人放艇演习前一般先放空艇作验证试验,如果出现卡住的情况,现场指挥者首先应清空并检查操作端,然后采取保险措施(压紧刹车重锤),再检查并分析卡住的原因,即使一时无法得出结论,在采取手摇收艇时也应意识到手摇装置的安全风险而谨慎操作。

3、“此时艇架依靠重力突然快速下降,手柄被带动高速旋转飞出”。

SOLAS公约83修正案要求:“应设有收回每艘救生艇筏和救助艇的有效的手动装置。在救生艇筏和救助艇下降时,或使用动力吊起时,绞车的转动部分应不使手动装置手柄或手轮旋转。”发生事故的船舶也适用该要求。手动装置分为手摇手柄和手摇转轴两部分。为了救生艇下降时,绞车的转动部分不应使手动装置手柄转动,该手动装置的摇把(即手柄)要么不跟着反转(反转时摇把卡住或者自动脱离),要么手摇转轴本身就不会反转。我们常见的转轴有三种,方形截面(图13)、圆形截面实心带挡销(图14)和圆形截面空心带卡槽(图15)两种。

方形截面转轴如果反转(回收救生艇时转轴为正转,救生艇下降时转轴为反转),摇把是根本脱不开的,那么防止摇把反转可以分两种情况,阻止转轴反转和摇把不会跟着反转。如果转轴伸出长度足够,可以在上面加装一个棘轮,刹车罩上对应安装一个棘齿,但正常放艇都须先解锁棘轮或者关注棘轮的状态,这反倒增加了船员利用救生艇逃生的程序和风险,所以这种方式对于单转轴系统不可取。那我们换一种做法,在摇把上安装棘轮,刹车罩上对应安装一个棘齿,棘齿系统只会在摇把插入转轴且转轴反转时发挥作用,可行。但其具体型式及位置很重要,图16刹车罩上的棘齿可以保持在开启位置,有隐患。可以通过将挡杆的位置左移来排除此隐患,不过此挡杆很弱很容易锈掉,建议增强。

棘齿棘轮系统必须有一个自锁效应,即越卡越紧,棘齿的结构型式及布置应使其能够承受小艇突然下坠而传递过来的巨大冲击载荷。图15那个棘齿作用角度和承受冲击载荷可能有问题,另外这种布置棘齿和棘轮磨损一点点即容易失去作用。图17的设计更合理些,棘齿处于一个有限的活动位置,撬开棘齿需要一个有意的动作,当这个动作解除时棘齿会通过压销弹簧又压紧棘轮。

还有一个解决思路,采用扭力扳手的原理来设计这个摇把,图18就是一把扭力扳手的结构图。当然,用在船上我们必须进行改进,将其中的转轴接口更换为匹配绞车转轴的,将摇把手持端设计足够的臂长,必要时还可以把弹簧3放到牙盘7和11之间,这样操作摇把时首先要有一个有意的预紧力。如果手摇提升小艇的阻力更大的话,还需要改良牙盘7和11的啮合方式以增大作用面防止滑齿。不过,由于此类摇把比较复杂,平时需妥善维护及保存。

对于圆柱型和圆筒型界面的转轴,摇过手摇拖拉机的人都知道,拖拉机转轴或者摇把上的卡槽已经很浅了,但如果不想摇把飞上天,也必须握持住摇把才能让它依靠螺旋型卡槽自动退出来。换句话说,转轴加速越快,卡槽越深, 卡槽螺旋上升角度越大,卡槽切面平滑度和转轴与摇把切合面润滑越差,摇把越难自动脱离;另外有些本身材质刚性差卡槽(如图19),生锈或者切合面受力磨损或者变形,都会增加摇把自行脱离的难度。图20是一种解决方案,其转换接头是不锈钢材质, 内孔及卡槽均为铣边加工,平时维护时务必注重转换卡槽的保护及接合面的润滑。

本质安全性的设计思路

那么有没有更安全、更容易操作,性能又稳定,容差率更高且保养方便的解决方案呢?我们这里提供几种解决问题的思路。

1、采用单向轴承系统防止动力吊起时手摇装置跟着转动

使用单向轴承系统的原理很简单,如下图,内外转轴均只能朝固定的且相反的方向运动时才会锁死并联动,反之,当它们之中的任一部件反向运动时,则内外部件解锁而不再跟随运动。运用在手摇装置时,比如下左图21,内部部件连接手摇装置,外部部件为绞车转轴,外部部件通过其他齿轮连接动力起吊装置。当内部手摇装置逆时针旋转时会带动外部绞车转轴也逆时针转动而手动提升钢丝绳。而当动力起吊时,其他齿轮带动外部绞车转轴逆时针转动,而此时内部手摇装置自动解锁,不会跟随转动。

下面是几个单向轴承的原理图。图21为两种单向滚柱轴承,图22为自行车棘齿棘轮系统。

2、采用牙盘离合装置防止动力吊起时手摇装置跟着转动

图23是一个救助艇单臂吊的起升和下降手动操作装置,倒臂艇艇架完全可以借鉴。先说它的优点吧,首先是安全,而且是本质安全的,起升和下降分别为不同转轴控制;其中下降钢丝绳设计为手轮,不会被误插入也不用担心摇把伤人,另外这个手轮是可拔、插的,使用时推入即可,不用时其依靠弹簧自动脱离;手摇提升转轴也是活动的,使用时先推入转轴,不用时其也会自动脱离。其次是更人性化,虽然释放空钢丝绳及滑轮(未挂艇筏)并不需要多少力(这也是为什么手摇释放钢丝只需要一个手轮即可,而手摇回收小艇必须借助有较大力臂的摇把的原因),但没这个手动释放手轮就必须直接通过手拉钢丝绳或者滑车,又脏又危险。

再说说内部结构吧,当动力提升时起自动脱离作用的就是这个锁紧牙盘(图24、图25)。当需要手摇提升救生艇时,插入摇把并逆时针啮合内部转轴,转轴受力后转动提升救生艇。当动力提升时内部转轴也会逆时针旋转,摇把会依靠牙盘切面自动脱开。当然,我们还可以内置一个弹簧作为辅助分离手段。这个锁紧牙盘是个两卡槽两切面的,齿轮箱转轴的端面见图25。之所以采用两卡槽两牙盘,是因为要保持两点,咬得紧、脱得快,另外还有易加工和抗剪强度大要求。咬合得紧需要卡槽深、卡槽多,这样受力面大;脱离得快需要切面斜度小、卡槽少。

3、采用另外一种单向轴承系统防止救生艇突然下降时手摇装置跟着转动

如上图26,内部转轴连接手摇装置,外部转轴连接绞车转轴。当内部部件顺时针旋转则可以带动外部绞车转轴顺时针提升救生艇。而当救生艇突然下降、外部转轴逆时针旋转时,则会自动与内部转轴脱离,不会导致内部手摇装置旋转。

那么,如果我们把牙盘离合装置和单向轴承组合起来,就可以生成一个完全依靠内部机械链接且满足LSA规则的手动装置,不需要其他电器限位,也不需要额外的操作注意事项。

SOLAS公约很早就提出相关要求来规避如背景材料所示风险,相关要求也早已纳入救生设备规则(LSA),但实船设施因为维护不当甚至本身就有的设计隐患依然很常见。希望相关设备厂能升级有设计隐患的现有产品,并开发出新的更安全更可靠的设备。