李潔

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

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船舶模擬下水裝置設(shè)計與應(yīng)用

李潔

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

摘要：船舶下水是整個船舶建造工藝的一個重要階段和組成部分，也是船舶建造工藝教學(xué)的一個重要組成部分。因此，依據(jù)船舶下水方式的特點和重要性，確定了開發(fā)設(shè)計船舶模擬下水裝置的思路，即以重力式下水和漂浮式下水方式進(jìn)行模擬裝置設(shè)計，并詳盡闡述了船舶模擬下水裝置的用途、原理、使用方法、特色及應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：船舶下水；模擬裝置；開發(fā)利用

船舶下水是整個船舶建造工藝的一個重要階段和組成部分，也是船舶建造工藝教學(xué)的一個重要組成部分。對船舶實際下水過程進(jìn)行觀察、記錄、分析，是一種最有效的研究和教學(xué)方法。但是實際教學(xué)中受到的限制因素比較多，例如學(xué)生觀看船舶下水機(jī)會少、船舶下水現(xiàn)場觀測條件通常不夠理想、真實船舶下水過程無法重復(fù)等等，總之僅僅借助實船下水進(jìn)行船舶下水的教學(xué)和研究，受到很大限制，應(yīng)該尋找其他有效途徑，彌補(bǔ)這方面的不足。開發(fā)和利用船舶模擬下水裝置，不失為一種進(jìn)行船舶下水教學(xué)和研究的有效途徑。

1　開發(fā)和設(shè)計思路

船舶下水是在船舶主體基本建造完成后，從建造區(qū)域移向正常漂浮水域的工藝過程。目前，多數(shù)大中型造船廠主要采用兩種造船方式，

1.1模擬縱向傾斜船臺和重力式下水

縱向傾斜船臺是目前普遍使用的一種船舶建造和下水的形式?？v向傾斜船臺具有的突出優(yōu)點是，船舶在船臺上建造，下水時不需要另外移動，只要通過降低沙箱高度，使船舶坐落到滑道上即可使船舶下滑入水。因而船舶建造和下水使用的場地比較緊湊，由于一般情況下不需要移船，所以也不需要專用的移船裝置?？v向傾斜船臺通常使用縱向涂油滑道、鋼珠滑道，目前這兩種滑道應(yīng)用最為廣泛?？v向涂油滑道是船臺和滑道合一的船舶下水形式，在船舶建造史上擁有較長歷史，具有簡便可靠等優(yōu)點。這種船舶下水設(shè)施一般是使用木材制作滑道，船體和滑道之間涂敷俗稱“牛油”的油脂，起潤滑作用，以克服摩擦阻力。船舶縱向下水時，尾部先入水，使船舶獲得比較大的浮力。

通過上述分析，根據(jù)常用和便于實現(xiàn)模擬的原則，開發(fā)的裝置模擬縱向傾斜船臺下水方式，并模擬縱向涂油滑道下水。

1.2模擬造船塢和漂浮式下水

造船塢是低于水面，端部設(shè)有閘門，在閘門關(guān)閉后能將水排干以從事船舶修造的水工建筑物。它是一種既可以造船，也可以修船；既可以船舶下水出塢，也可以船舶進(jìn)塢修理的設(shè)施。船塢通常由混凝土構(gòu)成的塢墻、塢底和由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的塢門及注排水系統(tǒng)等組成，具有水平船臺的一些優(yōu)點，船舶也是呈水平狀態(tài)建造。采用船塢下水能大大地減化船舶下水工藝，適合建造大型船舶，目前已有可造40萬噸級船舶的大型造船塢。

將水注入建造船舶的場所，依靠浮力使船舶自然浮起的下水方法，叫做漂浮式下水?，F(xiàn)代漂浮式下水的主要設(shè)施是船塢，利用船塢的門把船塢內(nèi)和船塢外水域分隔開，船塢的門本身具有蓄水艙和注排水系統(tǒng)，它們可以把水注入塢門蓄水艙里，這時船塢的門就會在水的重力作用下下沉，同時在船塢外的水壓力作用下牢牢的貼在船塢門框上，起到隔絕船塢內(nèi)外的作用。在船塢門關(guān)閉的情況下，隨著船塢內(nèi)的水逐漸被抽干，船塢內(nèi)原來漂浮在水面上的船舶隨之坐落在船塢的塢墩上，這時便可在船塢內(nèi)造船或修船。船舶建造完成后，通過注排水系統(tǒng)將船塢外的水注入塢內(nèi)，船舶在浮力作用下逐漸浮起，待船塢內(nèi)的水面高度與船塢外的水面高度一致時，船塢門所受到的塢內(nèi)外壓力相等，這時抽出塢門內(nèi)的水，塢門重量減少，浮力大于重力，塢門就會逐漸浮起，漂浮在水面，再通過推或拖的方式打開塢門，敞開船舶出塢通道，再把船舶拖出船塢，或把其他船舶推入船塢，完成船舶進(jìn)出塢過程。然后，通過推或拖的方式使塢門回到關(guān)閉的位置，重復(fù)上述過程，進(jìn)行下一個修船或造船周期。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，模擬造船塢和漂浮式下水是有一定技術(shù)難度的，關(guān)鍵在于塢門的注水、排水及關(guān)閉和開啟，但是進(jìn)行模擬是可行的、能夠?qū)崿F(xiàn)的。

1.3技術(shù)路線

綜上所述，船舶模擬下水裝置的開發(fā)應(yīng)主要針對重力式下水和漂浮式下水方式進(jìn)行，而針對重力式下水方式模擬的開發(fā)，應(yīng)重點針對縱向傾斜船臺下水方式的模擬開發(fā)。

目前國內(nèi)外院校和科研單位對船舶下水的教學(xué)和研究，主要圍繞理論計算進(jìn)行，即流體力學(xué)、彈性力學(xué)、靜力學(xué)等方面的計算和分析。因此開發(fā)船舶模擬下水裝置只能在借鑒相關(guān)力學(xué)原理上進(jìn)行創(chuàng)新。開發(fā)和設(shè)計思路是，針對目前多數(shù)大中型造船廠主要采用船臺類型及常見下水方式，找出需要進(jìn)行模擬和演示的關(guān)鍵地方，再設(shè)計開發(fā)實現(xiàn)這些目的的模擬裝置。

模擬裝置應(yīng)適合高等職業(yè)教育的教學(xué)和研究特點，即在結(jié)構(gòu)緊湊、直觀實用、便于使用和維護(hù)的基礎(chǔ)上，有一定技術(shù)含量，能夠真正起到為教學(xué)和科研服務(wù)的作用。

2　模擬裝置用途及原理

2.1船舶模擬下水裝置用途

模擬裝置使用目的是進(jìn)行船舶下水原理的教學(xué)演示，使學(xué)生通過直觀理解船舶下水裝置的工作原理，從而進(jìn)一步理解和掌握船舶實際下水過程，為研究和解決船舶下水遇到的實際問題、改進(jìn)船舶下水工藝、創(chuàng)新船舶下水方法打下堅實基礎(chǔ)。

由于船舶下水是個非常復(fù)雜的動態(tài)過程，為確保船舶和移船機(jī)械設(shè)備的安全可靠、生產(chǎn)的順利進(jìn)行，下水前應(yīng)對其進(jìn)行安全生產(chǎn)評估。分析船架在船舶將浮未浮之時是否出現(xiàn)側(cè)傾或傾覆的可能性，船舶能否安全的平移漂浮下水或出現(xiàn)破壞甚至傾覆是必須考慮的一項問題。

影響船舶實際下水的因素很多，雖然通過理論分析和計算進(jìn)行船舶下水研究是一種有效方法，但是也有一些局限，因為船舶實際下水過程中的受力非常復(fù)雜，很多影響因素還無法抽象為可以進(jìn)行分析計算的數(shù)學(xué)模型，不能進(jìn)行理論分析計算。但通過模型模擬船舶主要下水方式的下水過程，可以和其他研究方法取長補(bǔ)短，進(jìn)一步推動教學(xué)和研究工作的開展。

2.2船舶模擬下水裝置基本原理

模擬裝置是將傾斜滑道和漂浮式下水集成在一起，使整個裝置結(jié)構(gòu)緊湊，便于操作。當(dāng)塢門打開，水面升至傾斜船臺底部時，解開船舶固定裝置，使船舶沿縱向傾斜涂油滑道滑入水中，實現(xiàn)下水，即通過縱向傾斜滑道模擬縱向重力式下水。同時通過塢門的關(guān)閉、開啟及塢內(nèi)注水、抽水，實現(xiàn)船舶坐墩和漂浮，從而模擬船舶漂浮下水方式及原理。裝置的主尺度為2 500×1 100×530 m，其船塢塢門內(nèi)尺寸為1 250×1 100×350 m，塢門外尺寸為1 250×1 100× 530 m。

總體布置分為水壩、塢門、塢內(nèi)、塢外、船臺等幾部分，如圖1至圖3所示。

圖1　船舶模擬下水裝備三維示意圖

圖2　塢門繞塢門軸的轉(zhuǎn)動過程

圖3　塢門進(jìn)排水原理圖

3　模擬裝置使用方法

3.1傾斜滑道下水使用方法

將起始狀態(tài)定置為塢門打開，即塢門內(nèi)注滿水，臥于水下。通過水泵向船塢內(nèi)注水至淹沒塢門50 mm，這樣不影響船舶沿傾斜滑道下滑和進(jìn)入正常漂浮狀態(tài)。

完成上述工作后，打開船舶模型的固定裝置，船舶在重力作用下沿傾斜滑道徐徐下滑并逐漸進(jìn)入正常漂浮狀態(tài)，即完成整個傾斜滑道下水過程。

學(xué)生應(yīng)注意觀察船舶在下水過程中速度、狀態(tài)、浮態(tài)的變化，并認(rèn)真做好記錄，以便分析、研究。

3.2漂浮式下水使用方法

起始狀態(tài)定置為塢門內(nèi)注滿水，臥于水下，船塢內(nèi)也注滿水，在這種狀態(tài)下開啟水泵將塢門內(nèi)水通過塢門軸內(nèi)的聯(lián)通裝置抽出，塢門浮力增加繞門軸浮起，逐漸關(guān)閉，完成塢門關(guān)門過程。

開啟排水閥將船塢內(nèi)水排出，塢內(nèi)成為無水狀態(tài)，模擬實際中可進(jìn)行船舶建造或修理的狀態(tài)。

打開進(jìn)水閥向船塢內(nèi)注水至與塢外水平面高度一致，因吃水增加，船舶漸漸浮起，最終達(dá)到完全浮起狀態(tài)。此時，再向塢門內(nèi)注水，塢門重力增加到一定程度就會繞塢門軸下沉，使塢門逐漸打開，完成塢門開門過程，最后船舶出塢。

學(xué)生應(yīng)注意觀察塢門在抽水和注水過程中狀態(tài)、浮態(tài)的變化，并認(rèn)真做好記錄，以便分析、研究。

4　模擬裝置特色及應(yīng)用前景

現(xiàn)多數(shù)塢門門底裝有絞鏈，排氣和進(jìn)水不通過絞鏈這個連接部位，裝置較為復(fù)雜，同時工作可靠性較低。本產(chǎn)品與現(xiàn)技術(shù)相比，有實質(zhì)性技術(shù)改進(jìn)：首先，裝置采用門軸式塢門原理，進(jìn)排水均通過塢門軸內(nèi)的連通裝置實現(xiàn)，沒有其他任何與塢門纏繞的裝置，從而將整個裝置簡化；同時塢門的中心線與塢門重心在塢門厚度方向不重合，利用它與門的重心、浮心之間的距離作為力臂，通過塢門內(nèi)進(jìn)排水的控制，改變浮力矩與重力矩平衡關(guān)系，完成開門、關(guān)門動作。該裝置能夠使學(xué)生直觀地了解塢門的工作原理，同時可為專業(yè)設(shè)計單位改進(jìn)設(shè)計提供思路。

目前在全國船舶制造與修理及海洋工程類院校中，尚未開發(fā)出這種簡便、直觀的教具，所以投入教學(xué)中一定會受到廣大相關(guān)院校教師和學(xué)生的歡迎，并能獲得廣泛需求，產(chǎn)生良好社會經(jīng)濟(jì)效益。同時，對于專業(yè)的船舶工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計單位，受本產(chǎn)品啟發(fā)，可以對塢門進(jìn)排水通道進(jìn)行改進(jìn)，使裝置簡化，工作可靠。

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［責(zé)任編輯：劉月］

中圖分類號：U671.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-5928（2016）03-35-04

DOI:10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.03.011

收稿日期：2016-03-20

作者簡介：李潔（1980-），男，山東臨沂人，實驗師，學(xué)士，研究方向：船舶與海洋工程。即在船臺上造船和船塢中造船，這兩種造船方式對應(yīng)的船舶下水工藝分別是滑道下水和船塢下水，其相應(yīng)的船舶下水原理分別為重力式下水和漂浮式下水。對于在船臺上建造的船只，我國所有大中型船舶均采用縱向下水方式，對于船塢中建造的船只，我國所有大中型船舶均采用漂浮式下水方式。

The Design and Application of Ship Simulation Launching Device

LI Jie
（Bohai Shipbuilding Vocational College，Xingcheng 125105，China）

Abstract:Ship launching is an important stage and component part of the whole shipbuilding process，and it is also the important part of shipbuilding process teaching.Therefore，according to the characteristic and importance of ship launching method，the researcher determines the design and development ideas of shipbuilding simulation launching device，ie the gravity launching mode and the floating launching mode.The application，principle，application method，characteristic and application prospect of the ship simulation launching device are also described in detail.

Key words:ship launching；simulation device；exploitation and utilization