盧隆政　劉武云　柯學(xué)

摘 要：本文以顯利（珠海）造船有限公司建造的32 m星級(jí)拖輪為例，介紹船舶變坡度橫移區(qū)縱向滑道下水的工藝。這種下水方式，由于采取機(jī)械牽引、勻速運(yùn)動(dòng)，故過程平穩(wěn)可靠；還具有碼頭占位極少、設(shè)備投入小、橫移車可為多個(gè)船臺(tái)服務(wù)的特點(diǎn)。這種下水方式多用于國(guó)內(nèi)碼頭岸線緊張而腹地廣大的中小型船廠。

關(guān)鍵詞：拖輪；變坡度；滑道；下水

中圖分類號(hào)：U671.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper introduces the slope change transverse area mechanized vertical chute launching method for 32 m star tug built by Hin Lee Shipyard Co.， Ltd. In this way， the launch process is stable and reliable due to mechanical traction and uniform motion， and a cross-moving car can support multiple ship berths in turn with less facility and save space for dock. This launching method is mainly used for the small and medium-sized shipyards with limited shoreline and large area.

Key words： Tug； Slope change； Slipway； Launch

1 前言

船舶下水是指船舶建造工程基本完工后，利用某種專用下水設(shè)備，由建造區(qū)移至水域區(qū)的工藝過程。船舶下水的方式可分為：重力式下水、漂浮式下水和機(jī)械化下水。其中，機(jī)械化下水又可分為：升船機(jī)下浮船塢下水、高低軌橫向滑道下水、楔形下水車縱向下水、變坡度橫移區(qū)縱向滑道下水等。

變坡度橫移區(qū)縱向滑道下水方式，其橫移區(qū)是由水平段和變坡段兩部分組成。其水平段可布置多個(gè)船位水平船臺(tái)，使一套下水設(shè)施可供多個(gè)船臺(tái)使用，大大提高設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益。

因移船的需要，橫移車軌道有一段為水平狀態(tài)，稱為水平段；另外一段變坡度橫移區(qū)，其軌道僅有一組為水平，其余各組均帶有一定的坡度，這些軌道的坡度能使橫移車在橫移過程中逐步改變其縱向坡度，最后獲得與縱向下水滑道相同的坡度，稱為變坡段。為使橫移車在變坡過程中保持橫向水平，帶坡度的軌道均采用高低兩層軌道的方式 （見圖1）。

2 下水配套設(shè)施

見表1。

3 下水工藝

3.1 船舶主要尺度及參數(shù)

總長(zhǎng)32.00 m，型寬12.8 m，型深5.37 m，設(shè)計(jì)水線4.19 m，肋距550 mm。

該船體形寬、線型變化復(fù)雜、吃水較深，采用變坡度橫移區(qū)縱向滑道下水方式時(shí)，墊船、移船與下水過程中容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此施工前需進(jìn)行周密計(jì)算，做好應(yīng)對(duì)措施。

船上配備兩臺(tái)2 525 kW主機(jī)、兩臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器， 設(shè)計(jì)系柱拖力80 t，下水前預(yù)計(jì)船舶總重量G1=495 t，隨船小車和托船鐵墩總重量G2=55 t。

3.2 隨船小車組安裝

分段搭載在船臺(tái)上進(jìn)行定位時(shí)是剛性固定，每個(gè)分段相互搭載并由鐵墩支撐在船臺(tái)面，各項(xiàng)水下工程完成后需依次拆除并替換成隨船小車來支撐整個(gè)船體，整個(gè)過程俗稱替陣。

替陣時(shí)選用6臺(tái)隨船小車，分布于船底#14、#21、#26、#35、#41、#51肋位位置下（見圖2）。

隨船小車是依據(jù)入塢布置圖布置的，小車的墩位分布和墊木尺寸不得小于設(shè)計(jì)圖紙要求。各組隨船小車之間用拉桿和轉(zhuǎn)動(dòng)銷絞接。

#14和#21肋位的隨船小車均在左、中、右配有帶浮箱的托船鐵墩，#26、#35、#41肋位的隨船小車因處于呆木下，僅在小車兩側(cè)安裝不帶浮箱的托船鐵墩。相對(duì)船舶整體而言，托船鐵墩總附重2 616 kg，對(duì)浮船影響不大。

受到下水滑道處水深限制，隨船小車和托船鐵墩高度為3 m，呆木下口又低過船底0.8 m，船舶起浮后無法從托船鐵墩面上越過，只能將鐵墩一同拖帶至碼頭邊，因此在替陣時(shí)鐵墩只能擱置在隨船小車面上。在鐵墩與隨船小車之間需墊上木板，以增大相互之間的靜摩擦力。鐵墩與船體之間墊上木方，插入木尖打緊，然后將鐵墩用鋼絲繩吊于船旁，以便下水浮船后隨船拖至碼頭邊。

3.3 移船

待各工種相關(guān)水線下工程完工后即可移船下水，移船分三個(gè)步驟進(jìn)行；

（1）水平船臺(tái)移船至橫移車上

用變坡橫移車上自備的縱移絞車通過滑輪組、鋼纜與船尾端的隨船小車連接，拉動(dòng)隨船小車至橫移車上適當(dāng)位置并用花蘭螺絲固定好。此時(shí)移船的牽引力與船舶和隨船小車的滾動(dòng)摩擦阻力相等，即F0=（Q1+Q2）*μ1=27.5 t，絞車的鋼纜繞4道穿過滑輪. 每道拉力為10 t，共40 t，其拉力滿足移船要求。

（2）橫移車水平橫移

根據(jù)實(shí)際情況控制橫移速度，不同檔位速度的轉(zhuǎn)換會(huì)對(duì)船舶橫移產(chǎn)生加速度，當(dāng)加速度過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象，這時(shí)會(huì)以加速度一側(cè)最外的墩座為支點(diǎn)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（見圖3）。Ma≥MG 時(shí)，船舶即將發(fā)生傾覆。

由上分析得知，當(dāng)橫移加速度達(dá)到10 m/s2時(shí)，船舶會(huì)有橫向傾覆的危險(xiǎn)。本船水平橫移區(qū)行程為20 m，且最大橫移速度僅0.3 m/s，橫移時(shí)采用快、慢檔，故移船不會(huì)產(chǎn)生傾覆現(xiàn)象。

（3）橫移車變坡度橫移

橫移車水平橫移后即進(jìn)入變坡段，船舶由水平狀態(tài)逐漸變?yōu)槠露?：15的傾斜狀態(tài)，船舶在橫移車上的自重力分解為對(duì)排車的正壓力和向下滑動(dòng)的下滑力。隨著坡度逐漸增大，下滑力逐漸增大，正壓力減小，船舶與墊木的摩擦力也減小。橫移車移至與斜坡下水滑道對(duì)齊后將絞車房前的牽引車下滑與船首部隨船小車連接好，再向上拉起，解除頭車兩端固定的花蘭螺絲，讓船舶下行至斜坡滑道口，處于下水待命狀態(tài)（見圖4）。endprint

① 絞車?yán)π：?/p>

已知船舶下水總重量為550 t（含墩架和排車），取車輪與鋼軌的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05，則連接車所受拉力為：

P1=550*Sin3.82o+550 * Cos3.82o *0.05=64.1 t

查表1可知絞車安全工作負(fù)荷為20 t，滑輪組中繞過動(dòng)滑輪部分的鋼絲繩有5條，即 P1<100 t，絞車滿足收放要求。

② 船舶所受摩擦力f校核

船底涂層等同硬皮革，與墊木的滑動(dòng)摩擦系數(shù)取0.5，其中

F下=495 *Sin3.82o =33 t

f=550 * Cos3.82o * 0.5=274.4 t>F下

可見摩擦力遠(yuǎn)大于船舶自重產(chǎn)生的下滑力，此時(shí)船舶在傾斜狀態(tài)時(shí)是安全可靠的。

3.4 下水

下滑時(shí)，加速度對(duì)船舶的影響（見圖5）。

船舶下滑過程中采用快檔，當(dāng)加速度超過0.43 m/s2時(shí)切換成慢檔，只有加速度超過0.57 m/s2時(shí)才會(huì)出現(xiàn)船底與墊木滑動(dòng)發(fā)生傾覆危險(xiǎn)。查表1得知，絞車檔位切換時(shí)產(chǎn)生的加速度小于a1和a2，船舶向下移動(dòng)過程平穩(wěn)安全可靠。此計(jì)算方式只適用于呆木與隨船小車摩擦接觸的狀態(tài)，當(dāng)船體與隨船小車無直接摩擦接觸時(shí)則還需計(jì)算支撐墩架的穩(wěn)定性。

3.5 浮船

經(jīng)過計(jì)算，船舶完全浮起后首尾吃水分別為4.5 m和5 m，此時(shí)船舶尾傾角度為1.1o。而船舶在傾斜滑道上尾縱傾角為3.82o，整個(gè)浮船過程中尾傾角由3.82o變?yōu)?.1o，變化值為β=2.71o，故要求首部隨船小車最小旋轉(zhuǎn)角度不小于2.71o，整個(gè)旋轉(zhuǎn)過程與船舶同步，呆木和排車面接觸面積不變（見圖6）。

船舶由尾浮到整體浮起階段，隨著慢慢下滑浮力不斷增加，開始尾浮瞬間首車所受的座墩反力F座max最大，用MAXSURF輔助軟件計(jì)算得出浮力為F浮=395 t，則

F座max=G-F浮=500 t-395 t=105 t

由表1得知首車的安全工作負(fù)荷為200 t>105 t，首車安全可靠。

船舶起浮過程中旋轉(zhuǎn)角度大小和船舶在自由狀態(tài)下的尾傾角度有關(guān)，為防止尾浮后潮水或風(fēng)力對(duì)船舶的橫向作用，需在滑道兩側(cè)靠末端位置設(shè)置浮筒用作牽引，通過外力來控制船舶的橫向搖擺，以降低風(fēng)險(xiǎn)。

船舶起浮后，在船上的工作人員立即收緊兩側(cè)捆吊托船鐵墩的鋼絲繩，防止鐵墩下墜掛住托船的橫梁排車。完成上述工作后船，舶即可在碼頭絞盤的牽引下移至指定碼頭靠泊位。

為便于托船鐵墩從水下吊出，尤其是#14、#20位置兩組帶浮箱的鐵墩，由于左、中、右是緊固連一起的，船舶靠碼頭后不便從船底吊起，因此（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）（上接第頁(yè)）

需在船舶被牽引至碼頭處距碼頭邊一個(gè)船寬位時(shí)將鐵墩放落水中，待船舶靠碼頭后再由舷外側(cè)將鐵墩吊起，待所有鐵墩吊起后即下水作業(yè)完成。

4 結(jié)論

綜上所述，變坡度橫移區(qū)縱向滑道下水方式采取的是機(jī)械牽引、勻速運(yùn)動(dòng)，下水過程平穩(wěn)、安全、可靠，中途可控制載有下水船舶的隨船小車下滑速度，必要時(shí)還可停止下滑。本公司自建廠十多年來，采取此下水方式成功地完成了約300艘各類型的船舶下水任務(wù)，并得到各方的一致好評(píng)。此下水工藝還可根據(jù)不同的船型作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對(duì)于類似制造企業(yè)具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 華乃導(dǎo).船體建造與工藝[M].大連海事大學(xué)出版社，2002.

[2] 黃浩，等.船體工藝手冊(cè)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1978.

[3] 機(jī)械工程師版簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2017.endprint