船舶设备包括船用泵、空压机、舵机、起货机、绞缆机、锚机、船舶辅锅炉、造水机等，每一种船舶设备都有其对应的控制箱或控制操作台。通过操作控制箱里的不同按钮或旋钮，可以实现船舶设备的起动、停车、手动自动操作方式切换、电动液压驱动方式切换、辅助管路（油、水、气、汽、电）的动力设备起动或停车、安全报警装置显示等功能[1]。由于海上船舶的摇晃及人员不小心触碰控制箱中的按钮等原因，造成船舶设备意外操作（起动或停车等），导致意外情况或安全事故发生[2-4]。因此，为了防止此类事故发生，船舶设备控制箱都需要设置启闭装置用以保护控制箱里的各种按钮或旋钮，避免误操作。
目前，现有的船舶设备控制箱的启闭装置有按钮式、旋转式、门锁式和电子式等。每种启闭装置都有其自身的结构特点和一定的适用范围。按钮式结构简单，操作方便，但其耐久性差，容易造成按钮卡阻而打不开控制箱；旋转式内部有弹簧（或簧片）和齿轮两种，弹簧式的耐久性差，易损坏，造成控制箱的箱门震荡或打不开；齿轮式的若长时间不用，也比较容易卡阻而不能打开控制箱箱门；门锁式结构简单、操作方便，长时间钥匙会损坏或不小心遗失，也存在打不开控制箱箱门。电子式操作方便，启闭迅速，但是其结构复杂，维护保养困难，因此也存在着不能打开控制箱箱门等问题。为此，本文设计出了一套船舶设备控制箱的铰链四杆机构式启闭装置。

1.船舶设备控制箱启闭装置的设计要求分析
根据船舶设备控制箱启闭装置的工作环境，并参考船舶工业标准体系及实船建造设计资料，确定了船舶设备控制箱的启闭装置具有如下设计要求[5]：
1）在较为恶劣的工作环境中，耐久性要好；
2）能兼顾船舶设备各种控制箱，达到完全互换的原则，即通用性好；
3）能经受一定的冲击、震动；
4）结构简单，操作方便，启闭迅速，便于日常维护与修理；
5）经济性好，运行成本低。

2.船舶设备控制箱的铰链四杆机构式启闭装置设计
2.1主要组成部件
如图1所示，该装置由机架6、手柄7、连杆8、连架杆9、螺母12、螺栓11、连接销等组成，其中机架6、连杆8、手柄7、连架杆9再加上连接销A、B、C、D组成铰链四杆机构，机架6固定在船舶设备控制箱旁边，是不能运动的部件。机架6与手柄7通过机架6上的连接销C组成旋转副（或回转副），手柄7可以绕着机架6上的连接销C做旋转运动。机架6与连架杆9通过机架6上的连接销D组成旋转副，连架杆9可以绕着机架6上的连接销D做旋转运动。手柄7与连杆8通过连接销B组成旋转副，可以绕着连接销B做相对旋转运动。连架杆9与与连杆8通过连接销A组成旋转副，可以绕着连接销A做相对旋转运动。

















2.2装置工作原理
当铰链四杆机构的连杆和手柄共线，也就是手柄上的传动角（或压力角）时，存在死点位置。在死点位置，控制箱内作用力对手柄的有效回转力矩为零，无论作用力多大，都不能使机构运动[6-10]。这就保证了在撤掉外驱动力之后，机构仍能有效地锁紧。利用死点原理，本装置通过下压手柄7，带动铰链四杆机构运动，使得连架杆9上的螺栓底部在控制箱门栓2上（即连杆8和手柄7共线的死点位置），达到关闭控制箱箱门的效果，如图3所示。反之，通过上拉手柄7，就可开启控制箱箱门，如图1所示。船舶设备控制箱开启和关闭状态如图2所示。












船舶设备控制箱的铰链四杆机构式启闭装置关闭状态如图3所示。在船上，船舶设备需要经常改变其工作状态，如设备启动、停车、手动自动操作方式切换、电动液压驱动方式切换、油水气汽电辅助管路的动力设备起动或停车等操作时，控制箱需要经常开启或关闭，即铰链四杆机构式启闭装置也需要经常开启或关闭操作，同时由于船舶的摇晃产生控制箱晃荡等原因，造成门栓2和连架杆9上的螺栓11底部出现摩擦磨损，导致原来贴合紧密的门栓2与螺栓11底部出现缝隙，引起不必要的冲击振动，会缩短控制箱的使用寿命。这时可以旋转螺母10和12，调整门栓2和螺栓11底部的距离，直到两者贴合紧密，达到严密关紧控制箱，延长控制箱的使用寿命。

















2.3船舶设备控制箱启闭装置的四杆机构杆长关系推导
为讨论本装置的理论可行性，装置可简化为图4所示的铰链四杆机构。各杆的定义如下：L0为手柄ab的长度；L1为连杆bc的长度；L2为连架杆cd长度；L3为机架上连接销C和连接销D之间的直线长度da；θ为da与水平面之间的夹角。
本装置的工作原理为将铰链四杆机构abcd在外力的作用下，变换成a`b`c`d`。根据a`b`c`d`可得：
L2=L3 (1)
ac`=(L0－L1)=(L3)－(L2) (2)
由(1)(2)中可知，在已知任意三杆长度的情况下，剩下的杆件有且只有一个值与之对应，组成铰链四杆机构式启闭置。

3. 船舶设备控制箱的铰链四杆机构式启闭装置可行性分析
3.1 CAXA建模及分析
根据本文所述控制箱铰链四杆机构式启闭装置的设计模型，基于三维设计软件CAXA，建立船舶设备控制箱铰链四杆机构式启闭装置CAXA模型，如图5、图6所示。


































通过对铰链四杆机构式启闭装置CAXA模型进行尺寸标注，将数值代入公式(2)中进行计算，发现其完全吻合于公式(2)。即可知本装置不仅在理论上可行，在实际运用中也具有可行性。

3.2经济可行性分析
船舶设备控制箱的铰链四杆机构式启闭装置在设计上完全采用机械式连接，只需几片钢块和销键，即可组装成铰链四杆机构。整体价格低廉，与原有船舶设备控制箱启闭装置的造价相比，性价比较高，初期投资小，符合经济性要求。

3.3结构可行性分析
该装置与现有的启闭装置相比较具有以下优点：
①通用性好。本装置在控制箱门栓损坏、磨损时，连架杆上螺母可进行上下左右四个方向的调节，满足紧贴控制箱门栓的锁紧要求；
②耐久性好。由于本装置完全采用机械式启闭，不含芯片、电路、弹簧等易损件，相对于现有启闭装置来说，不易损坏。
③能承受一定的冲击负荷。通过对装置的受力分析，在本装置完全关闭的情况下，连杆工作在死点位置，控制箱内向外的力经由控制箱门栓作用在螺母的水平方向，不会造成本装置误操作。