专利摘要
本发明公开一种大件货海运绑扎加固设计方法，其依次通过加设横向挡板，判断货物横滑稳定性，并根据情况增加横向加固强度，或者在不能增加横向加固强度时加设绑扎，再判断货物横滑稳定性；之后加设纵向挡板，判断货物纵滑稳定性，并根据情况增加纵向加固强度，或者在不能增加纵向加固强度时加设绑扎，再判断货物纵滑稳定性；最后判断货物翻转稳定性，并根据情况加设绑扎，再判断货物翻转稳定性；多次分析处理，并最终输出绑扎加固方案。本发明能保证在上述的危险情况下货物的安全，能保证海运全过程中的安全。
权利要求
1.一种大件货海运绑扎加固设计方法，其特征在于,包括步骤：
(1)加设横向挡板；
(2)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物横向滑动以判断货物横滑稳定性，若是，则进行步骤(6)；否则进行步骤(3)；
(3)判断能否增加横向挡板强度，若能，则加设横向挡板，进行步骤(1)；否则进行步骤(4)；
(4)加设绑扎；
(5)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物横向滑动以判断货物横滑稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(6)；否则重复步骤(4)；
(6)加设纵向挡板；
(7)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物纵向滑动以判断货物纵滑稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(11)；否则进行步骤(8)；
(8)判断能否增加纵向挡板强度，若判断结果为是，则加设纵向挡板，进行步骤(6)；否则进行步骤(9)；
(9)加设绑扎；
(10)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物纵向滑动以判断货物纵滑稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(11)；否则重复步骤(9)；
(11)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物发生横向翻转或纵向翻转以判断货物翻转稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(13)；否则进行步骤(12)；
(12)加设绑扎，重复进行步骤(11)；
(13)输出绑扎加固方案。
2.根据权利要求1所述大件货海运绑扎加固设计方法，其特征在于,其中，步骤(3)中，判断能否增加横向挡板强度，是判断能否在已有挡板的基础上，增加阻挡货物横向移动的挡板的焊缝总长，或者通过增加焊脚尺寸或更改焊缝材料来提高焊缝强度。
3.根据权利要求1所述大件货海运绑扎加固设计方法，其特征在于,其中，步骤(7)、(10)中，判断能否在已有纵向挡板的基础上，增加阻挡货物纵向移动的纵向挡板的焊缝总长，或者通过增加焊脚尺寸或更改焊缝材料来提高焊缝强度。
4.根据权利要求1所述大件货海运绑扎加固设计方法，其特征在于,其中，步骤(2)、(5)、(7)、(10)、(11)中，判断货物横滑稳定性、纵滑稳定性以及翻转稳定性，是通过货物受力分析及计算实现的，具体的步骤为：
(31)将货物信息、船舶信息、海况信息、绑扎信息、加固信息输入到货物受力分析程序中，其中，货物信息至少包括货物形状、长度、宽度、高度、重量、重心位置；船舶信息至少包括船长、型宽、型深、初稳性高、航速、货物布置位置；海况信息至少包括海区、风级、浪级；绑扎信息包括绑扎道数和各道绑扎的绑扎样式、绑扎角、绑扎强度；加固信息至少包括挡板的阻挡方向、焊缝强度、同一方向挡板的焊缝总长；
(32)受力分析程序根据输入的货物信息、船舶信息、海况信息计算货物所受外力；
(33)受力分析程序根据输入的绑扎信息、加固信息计算绑扎加固力；
(34)受力分析程序将货物受力计算结果带到稳定性分析的工况中，进行纵滑、纵翻、横滑、横翻稳定性分析；
(35)输出受力分析结果：若分析结果均为通过，则说明货物安全，输出是；否则输出否。
5.根据权利要求1所述大件货海运绑扎加固设计方法，其特征在于,其中，步骤(4)、(9)、(12)中加设绑扎所采用的步骤如下：
(21)判断能否增加绑扎强度，若能，则增加绑扎强度，进行步骤(26)；否则进行步骤(22)；
(22)判断能否增加直接绑扎，若能，进行步骤(23)；否则进行步骤(24)；
(23)在已有绑扎基础上，增加一组直接绑扎，根据货物和甲板上绑扎点的空间位置关系，确定新增直接绑扎的绑扎角，进行步骤(25)；
(24)在已有绑扎基础上，增加一组绕顶绑扎，根据货物的几何尺寸、甲板上绑扎点的位置，确定新增绕顶绑扎的绑扎角，进行步骤(25)；
(25)设置绑扎装置使用初始规格；
(26)输出新的绑扎方案。
6.根据权利要求5所述大件货海运绑扎加固设计方法，其特征在于,其中，步骤(22)中，判断能否增加直接绑扎的判断方法是，在已有绑扎基础上，排除已经使用的绑扎点，判断货物上是否还存在或者能够通过焊接方法增加绑扎点；判断甲板的相应位置是否还存在或者能够通过焊接方法增加绑扎点。
说明书
技术领域
本发明涉及大件货运输技术领域，具体涉及一种大件货海运绑扎加固设计方法。
背景技术
大件货是指在体积上超大、在重量上超重的货物，常见大件货主要包括：火电类的定子、转子、大型变压器等；石化类的反应器、塔器、炉器等。大件货的运输是一项高难度、高技术含量的工程。在海运大件货领域，通常使用的运载船舶为自航或非自航的甲板货船、甲板驳船。甲板货船、驳船是随着国内的一些大型水上工程的发展而广泛应用于大件货运输领域。
由于大件货超大超重的特点，运输时有滑动和翻转的危险。为了保证货物的安全运输，应当进行绑扎加固设计。所谓绑扎是指：使用绑扎装置(如钢丝绳、倒链、卡环等)对货物进行拴紧，能提供的最大绑扎力取决于绑扎装置的规格。在工程中倒链的常用规格有3吨、5吨等，钢丝绳与倒链配套使用。所谓的加固是指：通过焊接挡板的形式对货物进行固定。挡板和船舶甲板之间通过角焊缝焊接，挡板垂直于货物外表面。挡板能提供的加固力取决于焊缝的强度。所谓的绑扎加固设计是指：在未知绑扎加固方案的前提下，根据受力平衡条件，求绑扎加固方案。
目前，我国很多承运大件货的企业，更主要依靠的是设计人员的经验，使用粗略计算的方法，来完成大件货运输绑扎加固设计。该做法具有较大的主观性，增加了大件货运输过程中的不确定性和风险，还降低了设计工作的效率。因此，工程上需要有一套科学合理且切实可行的绑扎加固设计方法。
当前在本领域中，可以参考的是国际海事组织2011年发布的Code of SafePractice for Cargo Stowage and Securing(以下简称《CSS规则》)。该规范给出了货物安全性分析方法：先确定货物所受外力，包括惯性力、风压力、飞溅力、绑扎力等；然后根据受力平衡、力矩平衡条件，判断货物是否会滑动和翻转。该算法存在明显不足：
首先，这种分析方法是一种校核方法，不涉及绑扎加固设计的方法。所谓的校核方法是指：在已知绑扎方案的前提下，判断阻止货物发生移动的力是否大于等于促使货物发生移动的力，若是，则货物不会发生移动；判断阻止货物翻转的力矩是否大于等于促使货物翻转的力矩，若是，则货物不会翻转。若货物不会滑动和翻转，则货物是安全的。
其次，该算法仅考虑了绑扎的作用，并未涉及挡板。这与工程实际有很大差异。在工程中，通常是同时布置挡板和绑扎，共同起到固定货物的作用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种大件货海运绑扎加固设计方法，其能够辅助工程技术人员完成大件货海运绑扎加固设计工作，科学高效地设计绑扎加固方案，最大限度地保障大件货海运的安全。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种大件货海运绑扎加固设计方法，包括步骤：
(1)加设横向挡板；
(2)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物横向滑动以判断货物横滑稳定性，若是，则进行步骤(6)；否则进行步骤(3)；
(3)判断能否增加横向挡板强度，若能，则加设横向挡板，进行步骤(1)；否则进行步骤(4)；
(4)加设绑扎；
(5)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物横向滑动以判断货物横滑稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(6)；否则重复步骤(4)；
(6)加设纵向挡板；
(7)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物纵向滑动以判断货物纵滑稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(11)；否则进行步骤(8)；
(8)判断能否增加纵向挡板强度，若判断结果为是，则加设纵向挡板，进行步骤(6)；否则进行步骤(9)；
(9)加设绑扎；
(10)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物纵向滑动以判断货物纵滑稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(11)；否则重复步骤(9)；
(11)判断当前绑扎加固方案是否可阻止货物发生横向翻转或纵向翻转以判断货物翻转稳定性，若判断结果为是，则进行步骤(13)；否则进行步骤(12)；
(12)加设绑扎，重复进行步骤(11)；
(13)输出绑扎加固方案。
其中，步骤(3)中，判断能否增加横向挡板强度，是判断能否在已有挡板的基础上，增加阻挡货物横向移动的挡板的焊缝总长，或者通过增加焊脚尺寸或更改焊缝材料来提高焊缝强度。
其中，步骤(7)、(10)中，判断能否在已有纵向挡板的基础上，增加阻挡货物纵向移动的纵向挡板的焊缝总长，或者通过增加焊脚尺寸或更改焊缝材料来提高焊缝强度。
其中，步骤(2)、(5)、(7)、(10)、(11)中，判断货物横滑稳定性、纵滑稳定性以及翻转稳定性，是通过货物受力分析及计算实现的，具体的步骤为：
(31)将货物信息、船舶信息、海况信息、绑扎信息、加固信息输入到货物受力分析程序中，其中，货物信息至少包括货物形状、长度、宽度、高度、重量、重心位置；船舶信息至少包括船长、型宽、型深、初稳性高、航速、货物布置位置；海况信息至少包括海区、风级、浪级；绑扎信息包括绑扎道数和各道绑扎的绑扎样式、绑扎角、绑扎强度；加固信息至少包括挡板的阻挡方向、焊缝强度、同一方向挡板的焊缝总长；
(32)受力分析程序根据输入的货物信息、船舶信息、海况信息计算货物所受外力；
(33)受力分析程序根据输入的绑扎信息、加固信息计算绑扎加固力；
(34)受力分析程序将货物受力计算结果带到稳定性分析的工况中，进行纵滑、纵翻、横滑、横翻稳定性分析；
(35)输出受力分析结果：若分析结果均为通过，则说明货物安全，输出是；否则输出否。
其中，步骤(4)、(9)、(12)中加设绑扎所采用的步骤如下：
(21)判断能否增加绑扎强度，若能，则增加绑扎强度，进行步骤(26)；否则进行步骤(22)；
(22)判断能否增加直接绑扎，若能，进行步骤(23)；否则进行步骤(24)；
(23)在已有绑扎基础上，增加一组直接绑扎，根据货物和甲板上绑扎点的空间位置关系，确定新增直接绑扎的绑扎角，进行步骤(25)；
(24)在已有绑扎基础上，增加一组绕顶绑扎，根据货物的几何尺寸、甲板上绑扎点的位置，确定新增绕顶绑扎的绑扎角，进行步骤(25)；
(25)设置绑扎装置使用初始规格；
(26)输出新的绑扎方案。
其中，步骤(22)中，判断能否增加直接绑扎的判断方法是，在已有绑扎基础上，排除已经使用的绑扎点，判断货物上是否还存在或者能够通过焊接方法增加绑扎点；判断甲板的相应位置是否还存在或者能够通过焊接方法增加绑扎点。
由于运输过程中货物受力情况非常复杂。受力包括重力、惯性力、风压力、飞溅力、摩擦力、绑扎力、加固力等。惯性力是指当船舶航行过程中有加速度时，使货物保持原有运动状态倾向的，与加速度方向相反的力。风压力是指风作用在货物表面的压力。飞溅力是指由于海上风浪引起的力。绑扎力是指绑扎装置提供的约束货物移动的力。加固力是指甲板上焊接挡板提供的阻挡货物移动的力。其中，重力的水平分力、惯性力、风压力、飞溅力会促使货物滑动和翻转；摩擦力、绑扎力、加固力会阻止货物滑动；重力的垂向分力、绑扎力、加固力会阻止货物翻转。当这些外力能够达到受力和力矩平衡时，货物就不会滑动和翻转。
为了保证货物海运安全，必须对货物充分绑扎，即需要进行绑扎加固设计。绑扎加固方案为一系列参数的优选集合，这些参数是：绑扎样式、绑扎角、绑扎强度、绑扎道数、挡板阻挡方向、焊缝强度、同方向挡板焊缝总长。
第一个参数是绑扎样式。绑扎样式可以分为：直接绑扎和绕顶绑扎。直接绑扎是指将绑扎绳索直接固定在货物的实体部位或绑扎点的绑扎方法。绕顶绑扎是指，绑扎绳索绕过货物顶部，通过下压阻止货物翻转，并使货物与接触面之间的摩擦力增加，来阻止货物滑动的绑扎方法。
通过计算比较得知，直接绑扎能够比绕顶绑扎提供更大的绑扎力，因此，在设计绑扎加固方案时，要优先采用直接绑扎。
通过采用理论计算和数值模拟等方法对大件货海运全过程进行受力分析，以及对大量工程实例的研究，本发明人发现，船舶在航行过程中，横摇运动较纵摇运动明显，因此货物所受横向惯性力较大，发生横向滑动或翻转的可能性最大。故为了避免发生事故，在设计绑扎方案时，必须优先考虑绑扎装置提供的横向绑扎力。因此，无论从货物两端的绑扎点出发进行绑扎，还是从货物两侧的绑扎点出发进行绑扎，都应当尽量向左右方向进行牵拉。
第二个参数是绑扎角。绑扎角的确定取决于货物上绑扎点的位置、甲板上地令的位置、货物在甲板上的位置。根据空间位置关系，可以求出绑扎角。
第三个参数是绑扎强度。绑扎强度是指绑扎装置能提供的最大绑扎力。工程中使用钢丝绳牵拉，使用倒链进行张紧，使用卡环进行连接。倒链的常见规格为：3吨或5吨。钢丝绳、卡环的规格与倒链匹配。在这个前提下，绑扎强度等同于倒链的强度。为了保证所有绑扎装置上受力均匀，应当使用相同规格的绑扎装置。且优先使用小强度的绑扎装置，若绑扎装置强度不足，再使用大强度的绑扎装置。
第四个参数是绑扎道数。绑扎道数就是各种样式绑扎绳索的根数。出于前后对称、左右对称的考虑，每一组直接绑扎为4道绑扎。直接绑扎需要牵拉到货物的绑扎点上。所谓绑扎点是指供绑扎装置牵拉的货物和甲板上的刚性部分。货物上的绑扎点有限，因此通常不能在同一位置布置多组。每1组绕顶绑扎为1道绑扎，不需要牵拉到货物绑扎点上，可以布置多组。
第五个参数是挡板的阻挡方向，即挡板所起的作用是阻挡货物横向移动或纵向移动。船舶在航行过程中，货物所受横向惯性力较大。故必须优先考虑绑扎加固装置提供横向绑扎加固力。同时也应兼顾货物纵向滑动的危险，要有足够的纵向绑扎加固力。通过计算分析得知，挡板可以提供的加固力大于绑扎提供的绑扎力。但是挡板不能阻止货物翻转。因此，应当优先布置阻挡货物横向滑动的挡板，其次布置阻挡货物纵向滑动的挡板。同时为了阻止货物翻转，也应布置充足的绑扎。
第六个参数是挡板的焊缝强度。焊缝强度跟焊缝材料和焊脚尺寸有关。
第七个参数是焊缝总长。即同方向阻挡的挡板焊缝长度的总和。
对于分析货物滑动和翻转的稳定性，现有的方法是：选取所有促使货物滑动或翻转的力和力矩同时达到最大值的情况，进行受力平衡和力矩平衡分析。这种分析方法叫做“最差条件法”。该方法存在明显不足。在工程中，促使货物滑动或翻转的力和力矩通常不能同时取得最大值。通过采用理论计算和数值模拟等方法对大件货海运全过程进行受力分析，以及对大量工程实例开展研究，可以总结出海运过程中的一些“危险情况”，包括：当货物所受横向惯性力达到最大且绑扎力和加固力不足时，货物有发生横向滑动和横向翻转的危险；当货物所受纵向惯性力达到最大且绑扎力和加固力不足时，货物有发生纵向滑动或纵向翻转的危险。如果能保证在上述的危险情况下货物的安全，就能保证海运全过程中的安全。因此，在进行货物稳定性分析时，应当选取上述的危险情况作为货物受力分析的工况。因此，发明人提出了上述的大件货海运绑扎加固设计方法，通过以上的方法设计绑扎后，从而能保证在上述的危险情况下货物的安全，能保证海运全过程中的安全。
附图说明
图1是大件货海运绑扎加固设计方法的设计流程图；
图2是加设绑扎方法的流程图；
图3是受力分析计算程序的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-3所示，一种大件货海运绑扎加固设计方法，采用以下步骤进行：
步骤101，开始绑扎加固设计。
步骤102，加设横向挡板。
步骤103，判断货物横滑稳定性。具体地，将当前绑扎加固方案输入计算机程序，进行货物受力分析和计算，判断当前绑扎加固方案是否可以有效阻止货物发生横向滑动。若判断结果为是，则进行步骤107；否则进行步骤104。
步骤104，判断能否增加横向挡板强度。具体地，判断能否在已有挡板的基础上，增加阻挡货物横向移动的挡板的焊缝总长，或者通过增加焊脚尺寸或更改焊缝材料来提高焊缝强度。若判断结果为是，则加设横向挡板，进行步骤102；否则进行步骤105，加设绑扎。
步骤106，判断货物横滑稳定性。具体地，将当前绑扎加固方案输入计算机程序，进行货物受力分析和计算，判断当前绑扎加固方案是否可以有效阻止货物发生横向滑动。若判断结果为是，则进行步骤107；否则重复步骤105。
步骤107，加设纵向挡板。
步骤108，判断货物纵滑稳定性。
具体地，将当前绑扎加固方案输入计算机程序，进行货物受力分析和计算，判断当前绑扎加固方案是否可以有效阻止货物发生纵向滑动。若判断结果为是，则进行步骤112；否则进行步骤109，判断能否增加纵向挡板强度，具体地，判断能否在已有挡板的基础上，增加阻挡货物纵向移动的挡板的焊缝总长，或者通过增加焊脚尺寸或更改焊缝材料来提高焊缝强度。若判断结果为是，则加设纵向挡板，进行步骤107；否则进行步骤110，加设绑扎。
步骤111，判断货物纵滑稳定性。
具体地，将当前绑扎加固方案输入计算机程序，进行货物受力分析和计算，判断当前绑扎加固方案是否可以有效阻止货物发生横向滑动。若判断结果为是，则进行步骤112；否则重复步骤110。
步骤112，判断货物翻转稳定性。
具体地，将当前绑扎加固方案输入计算机程序，进行货物受力分析和计算，判断当前绑扎加固方案是否可以有效阻止货物发生横向翻转或纵向翻转。若判断结果为是，则进行步骤114；否则进行步骤113，加设绑扎。重复进行步骤112。
步骤114，输出绑扎加固方案。
步骤115，设计结束。
所述的绑扎加固设计方法，步骤105、110、113涉及加设绑扎的方法。加设绑扎的方法包括以下步骤：
步骤201，开始加设绑扎。
步骤202，判断能否增加绑扎强度。即判断能否换用更大强度规格的绑扎装置。若判断结果为是，则进行步骤203，增加绑扎装置的强度，再进行步骤210；否则进行步骤204，判断能否增加直接绑扎。
具体判断方法是：在已有绑扎基础上，排除已经使用的绑扎点，判断货物上是否还存在或者能够通过焊接等方法增加绑扎点；判断甲板的相应位置是否还存在或者能够通过焊接等方法增加绑扎点。若判断结果为是，进行步骤205；否则进行步骤207。
步骤205，在已有绑扎基础上，增加一组直接绑扎。
步骤206，根据货物和甲板上绑扎点的空间位置关系，确定新增直接绑扎的绑扎角，然后进行步骤209。
步骤207，在已有绑扎基础上，增加一组绕顶绑扎，进行步骤208，根据货物的几何尺寸、甲板上绑扎点的位置，确定新增绕顶绑扎的绑扎角，然后进行步骤209。
步骤209，设置使用初始规格，即设定全部绑扎使用小强度规格的绑扎装置。
步骤210，输出新的绑扎方案，步骤211，设计过程结束。
所述的绑扎加固设计方法，步骤103、106、108、111、112中涉及货物受力状态的反复判断，因此需要借助计算机程序来实现。其具体实施步骤为：
步骤301，开始货物受力分析程序。
分别在步骤302中将货物信息、在步骤303中将船舶信息、在步骤304中将海况信息、在步骤305中将绑扎信息、在步骤306中将加固信息输入到货物受力分析程序中。其中，货物信息至少包括：货物形状、长度、宽度、高度、重量、重心位置等；船舶信息至少包括：船长、船宽、型深、初稳性高、航速、货物布置位置等；海况信息至少包括：海区、风级、浪级等；绑扎信息即指绑扎方案，包括：绑扎道数和各道绑扎的绑扎样式、绑扎角、绑扎强度；加固信息至少包括：挡板的阻挡方向、焊缝强度、同一方向挡板的焊缝总长等。
在步骤307中，程序开始货物受力分析。
在步骤308中，程序根据输入的货物信息、船舶信息、海况信息计算货物所受外力。
在步骤309中，程序根据输入的绑扎信息、加固信息计算绑扎加固力。
在步骤310中，程序将货物受力计算结果带入到几种危险工况中进行货物稳定性分析，分别在步骤311中进行纵滑、在步骤312中进行纵翻、在步骤313中进行横滑、在步骤314中进行横翻稳定性分析。
在步骤315中，输出分析结果。
在步骤316中，货物受力分析过程结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
一种大件货海运绑扎加固设计方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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