J S2000-1-08 □船舶建造工艺□关键词：集装箱固缚 紧固件 技术标准
集装箱绑扎件紧固件设计中应考虑的几个问题
李 宁
摘要 本文根据集装箱绑扎件、紧固件在使用中的有关情况，提出该产品在设计中应注意其材料选择及结构设计满足船用环境条件的要求，强度应满足船级社的有关要求，尺寸设计应满足集装箱堆放及集装箱角件尺寸的相关技术要求。此外，还应考虑使用者使用的方便性及对产品的可追溯性。
0 前言
国际标准集装箱(以下简称集装箱)在全球运输业中不断发展，但由于用于系固集装箱的绑扎件和紧固件的非标问题而导致在集装箱装卸及运输过程中事故频频发生，为此迫切需要将这类产品进行国际标准化。我国早已有了相应的标准，如G B11577 -1989《船用集装箱紧固件》及G B/T16956-1997《船用集装箱绑扎件》。但由于该类产品的ISO标准尚未公布，加之集装箱全球化运输的特殊性，我国集装箱运输业落后于国外，尚在起步发展之中。因此与之配套的我国G B11577及G B/T16956标准也未能起到应有的作用，致使目前大多数国内生产制造厂均以来图加工为主，产品的知识产权不属于国内。我们能否自己设计出符合集装箱运输要求的绑扎件和紧固件呢?回答应该是肯定的。浪漫唯美图片
速读法
1 集装箱绑扎件紧固件的分类
目前集装箱绑扎件和紧固件大致可分为5类。
1锁类。直接作用于集装箱的角件上，用于限制集装箱的水平及垂直方向上的移动，如转锁(Twistlocks)、销锁((Latchlocks)、底锁(Bottom twistlocks)等。
2锥类。常被置于集装箱的上下角件平面间，主要用于集装箱的对位及限制集装箱的水平方向移动。如单、双堆锥(Stacking fittings)、侧支锥(But2 tress)等。
作者介绍：李宁1982年毕业于浙江大学机械工程系，现任中国船级社南京分社(210003)产品部副经理，高级工程师。
收稿日期:1999-11-22
3绑扎杆系统类。常被用在集装箱的端部进行交叉拉紧作业，主要用于限制集装装箱的垂直方向上的移动，防止集装箱过分挤压和倾覆。通常包括紧固装置(Tensioning device)如螺旋扣、绑扎杆(Lashing rod)、系固钩(Securing hook)等。
4与船体结构焊接在一起的器件。如燕尾底坐(Dovetail plate)、眼板(Eye plate)、基坐(Socket)等，主要用于集装箱绑扎件和紧固件的定位固定。
5其它型式。如桥型联接器(Bridge fitting)，它直接作用于顶层集装箱以限制集装箱水平方向的分离运动，增加箱群的整体性。
2 集装箱绑扎件紧固件的现有标准1G B11577-1989《船用集装箱紧固件》，该标准主要规定了集装箱紧固件的型式、主要尺寸和技术条件。
2G B/T16956-1997《船用集装箱绑扎件》，该标准主要规定了集装箱绑扎件的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装和运输。
3国际标准化组织ISO/TC104/SC1/W G2工作组及瑞典标准研究院(Swedish Standards Institute SMS)对集装箱绑扎件、紧固件的国际标准化做了大量的工作，目前已有了该产品的标准草案ISO/ DIS3874:1997/DAM1(以下简称ISO标准)，它是在ISO3874:1988《系列1集装箱———装卸与紧固》标准的基础上增加了4个附录，分别是:
(1)附录B:《系固集装箱用转锁 功能、尺寸、强度要求和试验》(T westlocks for curing of containers Function,dimension,stength requirements and testing)
(2)附录C:《系固集装箱用销锁 功能、尺寸、
强度要求和试验》(Latchlocks for curing of containers Function,dimension,strength requirements a
nd testing)汤庆顺
(3)附录D:《系固集装箱用堆锥 功能、尺寸、强度要求和试验》(Stacking fittings for curing of con2 tainers Function,dimension,strength requirements and testing)
(4)附录E:《系固集装箱用绑扎杆系统包括张力装置 功能、尺寸、强度要求和试验》(Lashing rod systems,including tensioning devices,for curing of containers Function,dimension,strength requirements and testing)
3 设计中需考虑的问题
311 应注意满足船用环境条件的要求
集装箱被大量用于船舶海洋运输中，故在设计这些集装箱的绑扎件和紧固件时，应注意满足船用环境条件的要求。首先，产品的材料选择及其结构设计应满足环境温度变化的要求，通常为-20℃～50℃，例如所选材料应对-20℃时的机械性能如冲击性能等进行考核。其次，结构设计应保证在船用振动及摇摆条件下能可靠锁定，不致失效，尤其对一些定位锁定结构部分，以及产品的抗疲劳性能等方面。第三，其转动及锁定机构的材料应选用具有抗盐雾腐蚀的能力，如采用不锈钢弹簧、衬套等或采用必要的表面防锈处理。
312 集装箱绑扎件和紧固件的强度应满足船级社的要求
从表面上看，集装箱绑扎件和紧固件的服务对象是集装箱，每只集装箱都有标准要求的最低许用强度。那么集装箱的绑扎件和紧固件在系固集装箱的过程中其强度应是比集装箱高、比集装箱低还是相等?如果比集装箱的许用强度低，则这些紧固件在极端情况下先于集装箱而损坏，此时集装箱理论上未损坏。但从集装箱在船上的运输情况看则可能会导致整船的集装箱系固系统失效，轻则造成几只集装箱的灭失，重则危及船舶的航行安全。如此时集装箱在陆路上运输，则集装箱可能会从车体上跌落，同样会损坏该集装箱。可见集装箱的绑扎件和紧固件的设计其许用强度不应低于集装箱的许用强度。如果集装箱的绑扎件和紧固件的强度高于集装箱的许用强度，则在极端情况下紧固件不会先于集装箱而损坏，而是集装箱先损坏。由于锁定与被锁定是相互关联的，其中一个失效则另一个的存在似乎也无必要，况且对紧固件的强度要求过高还会导致不必要的浪费。因此,ISO标准提出集装箱绑扎件和紧固件的许用强度应等于集装箱的许用强度。
但是，集装箱在船舶上的运输是以船舶安全为前提的，每条集装箱船在营运前都有经批准的货物系固手册。但该手册所规定的系固方式往往都没有考虑单点失效时的情况，也即整个系固系统是建立在每个节点都安全的基础上的，任何一点的失效均可能会导致部分或整个系统的失效，可见紧固件在这里所起的作用。为此船级社对集装箱绑扎件和紧固件的要求往往就高于集装箱的许用强度，其目的是要使其具有一定的可靠性裕度。因此，在集装箱绑扎件和紧固件的强度设计时，除应满足有关标准之外
还应满足船级社的要求。
如果集装箱绑扎件和紧固件的结构需要焊接，则其材料的可焊性也应满足船级社的要求。
313 集装箱绑扎件和紧固件的尺寸设计
由于集装箱绑扎件和紧固件的服务对象是集装箱，故在尺寸设计时应考虑集装箱堆放时的工况及集装箱角件的尺寸及其技术要求。
1对于在一只121192m(40英尺)集装箱箱位上堆放2只61058m(20英尺)集装箱的情况，根据ISO标准，其2只61058m(20英尺)集装箱间的最小间距只有12192mm-2×6058mm=76mm。为此，在设计转锁和销锁手柄时，应考虑这一距离，不应使2只紧固件操作时互相干扰。在ISO标准中推荐转锁手柄的外缘至锁芯(Cone)中线距离最大为160mm,G B标准规定也为160mm，而销锁ISO标准为112mm。对于纵向双锥其两锥中心轴间的距离应为上述间隙加上两个角件顶底孔中心至其端面的最大距离，也即76mm+2×10115mm=279mm，此值与G B标准规定相同,ISO标准推荐为280±5mm。另外，集装箱堆放时排与排之间的最小距离理论上应该为零，故锁件和堆锥等的外形尺寸(包括手柄)在横向不应超过集装箱角件的侧面，该尺寸可以从集装箱角件(ISO1161:1984)标准中的尺寸得出为8715mm，为此,ISO标准对销锁的手柄受力半径推荐为最大84mm。
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2由于集装箱在船上是一层层堆装的，故对锁及锥的中板(Intermediate plate)的厚度就有要求，不同厚度的紧固件混用会造成集装箱受力分布不均、锁无法锁定的现象，故此厚度应有个标准，以增加系固系统的安全性和锁件间或锥件间的互换性。目前,G B标准规定锁类此值为25mm，堆锥为12mm。
而ISO 标准推荐为：锁类为300-5mm ，它是根据市场现有产品统计得出的，最多的为28mm ，锥类为12+20mm 。此外，中板与上下角件的接触面积也应满足集装箱运输工况的要求。根据《1972年国际集
装箱安全公约》
(CSC )及ISO1496-1:1990(E )等标准的要求，集装箱堆码时可容许有一定的偏置，其横向为25mm ，纵向为38mm 。对照集装箱角件尺寸，可得上下二只集装箱角件的最小接触面积约为4300mm 2。面积过小会对集装箱角件造成破坏，这一点已在试验中得到证实。故中板与角件的接触面积至少应大于4300mm 2,ISO 标准推荐值为大于4500mm 2，它也是根据市场现有产品统计得出的,
大多为5000mm 2～7000mm 2。
3上下锁芯
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(Cone )因为直接作用于集装箱角件
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中，故对其尺寸也有一定的要求。首先，当在锁定位置时，其与角件内表面的接触面积通常不应小于ISO1161:1984标准第6条规定的面积800mm 2。ISO 标准推荐转锁为大于800mm 2，这是根据市场现
有产品统计得出的，最多的为800mm 2～1100mm 2，当销锁为单舌型式时要求大于600mm 2，双舌型式时要求大于800mm 2。其次，由于集装箱系固时不一定只使用一种紧固件，而往往可能使用两种甚至三种紧固件同时系固，因此，锁芯的外形尺寸大小应该有所限制，不应太大，对此ISO 标准推荐了相应的限制区，参见图1。第三，锁芯顶部不应过分尖锐，因为集装箱在堆装时角件顶底端面与锁芯顶部的撞击不可避免，顶部过分尖锐会损伤集装箱角件。根据ISO1161:1984标准第51115条的要求“底角
图1 角件空穴内的限制区
超Y理论
件底面在25mm×6mm的接触面积上应能承受150kN的竖向力”，则对应锁芯顶部似乎应该有个与之对应的平面，但这个平面过大会影响集装箱的堆装对位性能。
4锁及堆锥的凸台(Collar)部分工作时位于上下角件顶底孔内，主要承受集装箱的水平力及用于集装箱水平方向上的定位。因此，它的机械强度应能承受水平方向上的挤压力及水平方向上的剪切力，而它的外形尺寸应能满足集装箱角件上下端孔的尺寸要求。ISO标准推荐该尺寸为长117-1.5mm ×宽5915-1.5mm×高30±1mm，根据市场现有产品统计得出的，最多的为长108mm～118mm×宽60mm×高28mm～30mm。G B标准规定了锁件该尺寸长为110mm，高为28mm，堆锥为长90mm，宽57mm及高28mm，集装箱角件对应该尺寸最小为长124mm×宽6315mm×高2815-1.5mm。可见ISO标准推荐的高度尺寸还可以适当减小，如为28mm则应该更为合适。管理会计案例分析
5上下锁芯与角件接触的端面至中板表面的距离应严格控制，集装箱角件对应尺寸为2815-1.5 mm。只要锁芯的该尺寸大于2815mm，则应能满足要求，但该尺寸过大会造成锁件锁紧后锁芯与角件内表面产生较大的间隙，集装箱上下易产生窜动和冲击，对整个系固系统不利。但是如果该尺寸太小，则可能会由于角件内表面不干净或集装箱堆放不平而造成锁件无法锁定的现象，这种情况更加危险。因此,ISO标准推荐该尺寸为33±1mm，这是根据市场现有产品统计得出的，市场上最多的为30mm 及32
mm两档。可见，其最小间隙为315mm,。笔者认为该间隙尺寸控制在2mm比较合适，也即该尺寸为3015mm，此时应该仍能保证锁件的可靠锁定。
6对于系固钩的设计尺寸，除应满足前述有关要求外，还应满足ISO1161:1984标准第51114条的要求，即“力或合力的作用线平行于角件壁面且与角件壁面的距离≤38mm”，以减少不必要的弯矩。314 结构设计应考虑抗冲击能力
集装箱在装卸过程中对锁件的冲击非常平凡，使用工况恶劣(包括其偶然从箱顶跌落等)，锁件在这种情况下应能可靠工作，不应卡死或失效。
315 应考虑使用者使用方便
1集装箱绑扎件和紧固件的单体重量应考虑一个人能搬运与操作。
2有关手柄的操作力应满足一个人的操作要求，例如通常不超过160N。对绑扎件张力装置推荐为：操作者使用1m长的加力杆用500N的力应能使张力装置产生60kN的预张力。
3手柄外端的形状设计应考虑便于使用者辩认其工作状态，且应便于使用操作杆进行操作。由于集装箱在船舶上多层堆装，在装卸第二、第三层集装箱时，操作者往往需要在甲板上使用操作杆进行操作，而此时的作业环境可能会很差，例如天黑、下雨、下雪及结冰等，为此，锁的工作状态应便于辩
认。例如，根据ISO标准推荐，从上往下看(即站在集装箱顶上向下看)其手柄锁定的方向应为顺时针方向，对于垂直方向操作的手柄也应明确其工作的状态，例如手柄呈水平方向时为锁定，垂直方向时为松开。此外,ISO还推荐在手柄的端部还要求有一个尺寸为25±2mm向上翘起的部分。另外，使用操作杆操作的力也应适度。
4对于使用中有上下方向要求的紧固件，在其本体上应有永久性且明确的上下方向标志，以便于使用者辩认。例如ISO标准推荐在上锁头(Top cone)上应有一个小孔以作为上下方向标记。
316 标记
为便于有关方面追溯，在集装箱绑扎件和紧固件的本体上应至少作有如下永久性标记:①能分辩出制造厂的代码。如制造厂名称或其商标。②能分辩出产品技术规格及参数的代码。如产品标准号或标准规定的型号或许用工作负荷值。③产品编号/批号或炉批号。
