高智慧, 周明歡, 王璽培

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海 200129)

0 引 言

14 400 t系列船采用深V船型，縱向涂油滑道下水工藝，為保證該系列船下水過(guò)程中的平穩(wěn)度，采用全橫梁支撐船舶下水，每船15根。下水全過(guò)程中，下水橫梁是固定在船上與船同時(shí)移動(dòng)的，直至靠碼頭后下水橫梁須脫離船舶，避免橫梁在滑板浮力、下水波浪沖擊等外力作用下與船體外板碰撞，給船體外板帶來(lái)不必要的損壞。以往傳統(tǒng)下水工藝是鋼繩穿過(guò)下水橫梁處吊環(huán)后引到主甲板、主甲板企口外板或舷墻外板處吊環(huán)進(jìn)行固定，每根橫梁裝焊4只固定吊環(huán)，待橫梁須脫離時(shí)用火焰割炬割除固定吊環(huán)，以達(dá)到下水橫梁脫離的目的。但由于14 400 t系列船布置下水橫梁固定吊環(huán)的區(qū)域有鋁合金舷墻，而鋁合金舷墻無(wú)法承受下水橫梁的載荷，因此給該系列船下水帶來(lái)一定的困難。同時(shí)，由于該系列船預(yù)裝焊吊環(huán)處主甲板、主甲板企口外板、舷墻外板較薄，最薄板厚4 mm，裝焊及拆除吊環(huán)時(shí)極易變形，且吊環(huán)拆除后的痕跡永久顯現(xiàn)，嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量。若將吊掛點(diǎn)吊環(huán)裝焊在水線以下，則無(wú)法割除吊環(huán)，達(dá)不到下水橫梁脫離的目的。

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)制作新型下水橫梁脫鉤器，將脫鉤器裝焊在水線以下的外板上，每根橫梁裝焊4個(gè)，全船共裝焊60個(gè)。操作人員在主甲板上即可操控由脫鉤器引出的白棕繩，在白棕繩外力的作用下，借助脫鉤器自身的三級(jí)杠桿原理，即可打開(kāi)脫鉤器，達(dá)到下水橫梁脫鉤的目的。

1 脫鉤器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 脫鉤器的結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)制作新型的脫鉤器必須滿(mǎn)足下水橫梁水下脫鉤、水上可控功能，且滿(mǎn)足載荷要求。下水橫梁重4.5～4.8 t，設(shè)計(jì)額定載荷為5 t的脫鉤器。脫鉤器(見(jiàn)圖1)外形尺寸為230 mm×255 mm×470 mm，主要由主體、第1級(jí)杠桿、第2級(jí)杠桿、第3級(jí)杠桿組成。各零件形狀及規(guī)格如圖2所示，材質(zhì)均為Q235-A級(jí)。

圖1 脫鉤器結(jié)構(gòu)

圖2 脫鉤器零件

1.2 脫鉤器的連接形式

件號(hào)4支板裝焊在主體件號(hào)1上，件號(hào)6主動(dòng)桿可繞件號(hào)5旋轉(zhuǎn)，組成第1級(jí)杠桿；件號(hào)10支板裝焊在主體件號(hào)1上，件號(hào)7連接板裝焊在件號(hào)8從動(dòng)桿上，件號(hào)8從動(dòng)桿裝焊在件號(hào)9滑輪軸上，件號(hào)7和8可繞件號(hào)9旋轉(zhuǎn)，組成第2級(jí)杠桿；件號(hào)3支板裝焊在主體件號(hào)1上，件號(hào)2可繞件號(hào)14六角螺桿旋轉(zhuǎn)，組成第3級(jí)杠桿。

為避免船舶下水過(guò)程中誤操作提前拉拽白棕繩或受到水的沖擊力、滑板間的碰撞等突發(fā)的震動(dòng)等因素而使件號(hào)2脫離件號(hào)7，第3級(jí)杠桿自動(dòng)打開(kāi)，下水橫梁隨即提前脫鉤的現(xiàn)象發(fā)生，在件號(hào)2上加裝保險(xiǎn)鋼繩(見(jiàn)圖3)，保險(xiǎn)鋼繩由卸扣連接保險(xiǎn)眼環(huán)，鋼繩繞過(guò)件號(hào)11后引到主甲板上固定，避免件號(hào)7脫離件號(hào)2，以達(dá)到安全可靠的目的。

圖3 加裝保險(xiǎn)鋼繩

1.3 脫鉤器的工作原理

吊掛下水橫梁的鋼繩掛在件號(hào)6上，合上第3級(jí)、第2級(jí)杠桿，件號(hào)2壓住件號(hào)7，在件號(hào)2繩控點(diǎn)處引出白棕繩，將白棕繩引到主甲板上稍作固定。船舶下水橫梁須脫鉤時(shí)，主甲板上的操作人員先將保險(xiǎn)鋼繩向下松動(dòng)，然后上拉白棕繩，使第3級(jí)杠桿克服摩擦力打開(kāi)后，第1級(jí)杠桿在吊掛下水橫梁鋼繩的載荷作用力下自動(dòng)打開(kāi)第2級(jí)杠桿，使第1級(jí)杠桿向下旋轉(zhuǎn)，達(dá)到下水橫梁快速脫鉤的目的，如圖4所示。

圖4 下水橫梁脫鉤原理

2 脫鉤器的優(yōu)點(diǎn)

2.1 輕便實(shí)用

脫鉤器體積小、載荷大、制作簡(jiǎn)單、操作方便，還可回收再利用。利用自身的3級(jí)杠桿原理，大幅減小繩控點(diǎn)的載荷(見(jiàn)圖5)，以較小的外力即可達(dá)到下水橫梁卸載的目的。

圖5 脫鉤器載荷的分布

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)船的應(yīng)用，最小載荷時(shí)即載荷F垂直向下?tīng)顟B(tài)，最大載荷時(shí)即載荷F斜向45°狀態(tài)，載荷F通過(guò)脫鉤器自身3級(jí)杠桿原理后，其繩控力為0.28%F～0.38%F，大幅減小了繩控點(diǎn)載荷。

2.2 安全可靠

脫鉤器的零部件都經(jīng)過(guò)強(qiáng)度計(jì)算校核，制作后分別采用75%，100%，125%，150%的額定載荷(5 t)進(jìn)行吊重試驗(yàn)，脫鉤器均無(wú)明顯變形，焊縫、螺栓無(wú)裂紋，符合強(qiáng)度要求后投入使用。經(jīng)過(guò)系列船的應(yīng)用，脫鉤器均未發(fā)生明顯變形。

采用繩控打開(kāi)脫鉤器時(shí)間短、速度快，降低橫梁損壞船體外板的風(fēng)險(xiǎn)。

為避免誤操作或突發(fā)外力導(dǎo)致脫鉤器自行打開(kāi)，加裝保險(xiǎn)鋼繩可有效避免下水橫梁提前自動(dòng)脫鉤的情況發(fā)生。

2.3 工作效率高

采用繩控打開(kāi)脫鉤器，實(shí)現(xiàn)下水橫梁快速脫鉤的目的，避免原始工藝用火焰割炬和等離子切割機(jī)割除吊點(diǎn)吊環(huán)的大量工作，無(wú)須配備氧、乙炔氣體、火焰割炬和等離子切割機(jī)等設(shè)備，同時(shí)避免天氣的影響，如雨天、大風(fēng)天氣對(duì)施工造成的困難。

2.4 提高船舶外觀質(zhì)量

新型脫鉤器裝焊在水線以下的外板上，待船舶進(jìn)入船塢裝焊球鼻艏、安裝螺旋槳等作業(yè)時(shí)拆除，可避免主甲板、主甲板外板及舷墻外板裝焊吊環(huán)留下的永久痕跡而影響外觀質(zhì)量。

2.5 通用性

脫鉤器還可用于其他吊裝工作中，以較小的外力即可達(dá)到大載荷卸載的目的。該脫鉤器還用于該系列船下水拋錨工序，在錨系還未完善的情況下，加裝臨時(shí)錨以達(dá)到下水時(shí)拋錨的目的。臨時(shí)錨(10 t范圍內(nèi)可用)的拋錨就采用該新型脫鉤器。

還可將幾個(gè)脫鉤器串聯(lián)用于卸載更大載荷，或依據(jù)該脫鉤器的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)制作額定載荷更大的脫鉤器，達(dá)到卸載更大噸位的臨時(shí)錨或其他大載荷的目的。

3 結(jié) 論

以水上繩控、水下脫鉤下水橫梁為目的，設(shè)計(jì)制作新型水下脫鉤器，介紹其結(jié)構(gòu)、工作原理及優(yōu)點(diǎn)，解決14 400 t系列船下水難題，降低橫梁損壞船體外板的風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化原傳統(tǒng)水上吊環(huán)吊掛下水橫梁工藝。該系列船脫鉤器的實(shí)船應(yīng)用安全可靠，快速卸載下水橫梁，避免鋁合金舷墻承載以及原傳統(tǒng)切割的工作量和裝焊吊環(huán)區(qū)域的變形、痕跡顯現(xiàn)，有效提高工作效率以及艦船的外觀質(zhì)量。該脫鉤器還用于下水時(shí)臨時(shí)錨的拋錨，也可按其原理設(shè)計(jì)制作卸載額定載荷更大的脫鉤器，進(jìn)一步提高其經(jīng)濟(jì)效益、輕便性及通用性。

[1] 張銀亮，梁景鴻，康守權(quán)，等.一種水下機(jī)器人用脫鉤器：CN101758917A [P].2010-06-30.

[2] 華乃導(dǎo)，涂起超.船體修造與工藝[M]. 大連：大連海事大學(xué)出版社，2000.

[3] 王永躍，徐光文.工程力學(xué)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2011.