居惠紅，葉銀苗，宣廬峻

(1.中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200063；2.上海海洋工程和船廠水工特種工程技術(shù)研究中心，上海 200063)

0 引 言

近年來，隨著海洋工程的快速發(fā)展，水平滑道+調(diào)載半潛船的下水方式逐漸由導(dǎo)管架等海工平臺(tái)組塊應(yīng)用到自升式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)以及大中型船舶等，國(guó)內(nèi)外均已廣泛使用。平地建造產(chǎn)品和無支座的下水半潛船浮態(tài)裝船技術(shù)是根植于國(guó)外造船業(yè)、建筑業(yè)和海洋工程的一項(xiàng)成熟技術(shù)，工藝先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，國(guó)內(nèi)船舶行業(yè)急需加以綜合運(yùn)用、發(fā)展優(yōu)化。廣船國(guó)際有限公司水平船臺(tái)項(xiàng)目的產(chǎn)品定位為5萬噸級(jí)液貨船及平臺(tái)產(chǎn)品，為滿足廣州市區(qū)荔灣老廠區(qū)搬遷的需要，在滿足國(guó)家政策要求前提下，經(jīng)過綜合權(quán)衡，項(xiàng)目選址位于廣州市南沙新區(qū)的龍穴島[1]，建造方式選用平地造船模式。本文結(jié)合該建設(shè)項(xiàng)目，主要介紹其平地建造船舶采用臺(tái)車組合+調(diào)載半潛船的移船、下水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖 1為船舶下水現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 船舶下水現(xiàn)場(chǎng)

1 移船系統(tǒng)

移船系統(tǒng)的作用是將船舶產(chǎn)品從水平船臺(tái)運(yùn)送至半潛船，運(yùn)送過程應(yīng)安全、平穩(wěn)。移船系統(tǒng)組成有：臺(tái)車(即船臺(tái)小車)、臺(tái)架(即鋼支架，方便臺(tái)車進(jìn)出，提高換墩效率)、小車平衡梁、動(dòng)力電源系統(tǒng)及中央控制系統(tǒng)等。

臺(tái)車規(guī)格應(yīng)統(tǒng)一，便于保養(yǎng)，配備重型油缸，能使承載船舶平穩(wěn)升降，具有壓力流量快速自動(dòng)補(bǔ)償功能，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量分布可按區(qū)域分組，并在組內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均載。在移船過程中臺(tái)車始終能平穩(wěn)地抬著船舶等大件產(chǎn)品行走。臺(tái)車可提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，最大負(fù)載為250 t/臺(tái)，每?jī)膳_(tái)小車通過平衡梁聯(lián)系，組成500 t組合臺(tái)車。

船舶坐落于臺(tái)架上，臺(tái)車組合進(jìn)入臺(tái)架底部，帶動(dòng)臺(tái)架作業(yè)。根據(jù)船舶產(chǎn)品下水和船臺(tái)工藝布置要求，對(duì)臺(tái)車與臺(tái)架進(jìn)行排列和分組。

整個(gè)移船系統(tǒng)由柴油發(fā)電機(jī)供電，動(dòng)力電源系統(tǒng)為臺(tái)車的驅(qū)動(dòng)和頂升提供動(dòng)力。中央控制系統(tǒng)主要用于控制臺(tái)車頂升和行走，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)油頂同步頂升，并可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)臺(tái)車油頂壓力、監(jiān)控油頂行程。在船舶移至半潛船的過程中，中央控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制臺(tái)車油頂壓力、行程和半潛船浮沉狀態(tài)。

2 船臺(tái)工藝布置與主要技術(shù)參數(shù)

(1)船舶等大件產(chǎn)品運(yùn)移方式選擇為縱移；(2)根據(jù)船舶或其他產(chǎn)品底部線型、質(zhì)量曲線分布對(duì)臺(tái)車進(jìn)行分組；(3)臺(tái)車分別與500 t支架、1 000 t支架組合；(4)臺(tái)車組合形式為單臺(tái)小車承載力250 t，4輪，軌距1.0 m，外形尺寸長(zhǎng)度≤2 200 mm，寬度≤1.5 m；組合臺(tái)車承載力500 t，8輪，軌距1.0 m，外形尺寸長(zhǎng)度≤4 400 mm，寬度≤1.5 m。

水平船臺(tái)工藝與設(shè)備布置情況如圖 2所示。

圖2 水平船臺(tái)工藝與設(shè)備布置

船臺(tái)及臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 船臺(tái)及臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)

3 移船設(shè)備

3.1 設(shè)備組成

移船設(shè)備主要包括：臺(tái)車、臺(tái)架、小車平衡梁、動(dòng)力電源系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)等。移船設(shè)備系統(tǒng)主要構(gòu)成如圖 3所示。

(1) 臺(tái)車。臺(tái)車由車架、行走機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)等組成，適用于縱移工況。

① 行走機(jī)構(gòu)。臺(tái)車行走機(jī)構(gòu)由液壓電機(jī)+行星減速器+開式齒輪驅(qū)動(dòng)走輪組成。小車上設(shè)有牙嵌離合器，便于必要時(shí)人工推動(dòng)小車移動(dòng)。

② 頂升機(jī)構(gòu)。小車頂升機(jī)構(gòu)由電機(jī)、高壓柱塞油泵、液壓頂升系統(tǒng)、柱塞缸等組成。液壓頂升系統(tǒng)具有壓力流量快速全自動(dòng)補(bǔ)償功能：當(dāng)外負(fù)載偏小時(shí)，能主動(dòng)補(bǔ)償壓力；當(dāng)外負(fù)載偏大時(shí)，能主動(dòng)卸載壓力。自動(dòng)補(bǔ)償功能的作用是不管路面情況如何，小車始終能平穩(wěn)地抬著船行走至指定地點(diǎn)。

圖3 移船設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成

采用傳感器監(jiān)控液壓頂升系統(tǒng)壓力，可根據(jù)需要隨時(shí)重新設(shè)定系統(tǒng)壓力。

頂升行程由內(nèi)置式直線位移傳感器精確顯示和控制，使移船過程安全可靠。

(2) 臺(tái)架。臺(tái)架根據(jù)承載力大小共分為2種：500 t(支架一)和1 000 t(支架二)，具體如圖 4所示。

圖4 臺(tái)車與臺(tái)架示例

支架一需滿足1組500 t組合小車縱向進(jìn)出。該支架的外形尺寸要求為長(zhǎng)度≤4 400 mm，寬度≤2 400 mm，設(shè)6個(gè)支腿。

支架二布置于船舶的機(jī)艙段及船首，需滿足2組500 t組合小車縱向或橫向進(jìn)出，該支架的外形尺寸要求為長(zhǎng)度≤4 400mm，寬度≤4 400 mm，設(shè)9個(gè)支腿。

(3) 小車平衡梁。小車平衡梁的作用是連接2臺(tái)250 t臺(tái)車組成臺(tái)車組合，并支撐臺(tái)架。

(4) 動(dòng)力電源系統(tǒng)。整個(gè)移船設(shè)備由柴油發(fā)電機(jī)供電，組成動(dòng)力電源系統(tǒng)，為臺(tái)車的驅(qū)動(dòng)和頂升提供動(dòng)力。系統(tǒng)采用分布式供電，根據(jù)車組布置情況配置發(fā)電機(jī)。

柴油發(fā)電機(jī)分為400 kW和100 kW兩種規(guī)格，其中100 kW發(fā)電機(jī)能隨臺(tái)車穿過臺(tái)架。

(5) 移船設(shè)備控制系統(tǒng)。臺(tái)車行走機(jī)構(gòu)電機(jī)功率為5 kW，工作電壓為交流380 V 50 Hz。頂升油泵電機(jī)功率為3 kW，工作電壓為交流380 V 50 Hz。臺(tái)車上配有壓力傳感器，將壓力腔中的油壓直接轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。臺(tái)車上還配有油缸行程傳感器，將油缸的行程轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。

3.2 移船設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)與措施

(1) 頂升控制。目標(biāo)：在移船過程中，保持船舶重心及整體平衡。措施：保證每臺(tái)臺(tái)車在船舶運(yùn)移過程中保持載荷穩(wěn)定，首先需做到壓力控制，以初始?jí)毫閰⒄者M(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)組內(nèi)小車之間壓力平衡；然后對(duì)行程進(jìn)行監(jiān)控，若油缸行程達(dá)到極限值，則系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

(2) 移船設(shè)備與半潛船協(xié)調(diào)控制。移船設(shè)備從水平船臺(tái)過渡到半潛船階段，工況較為復(fù)雜。系統(tǒng)須綜合考慮小車的載荷狀況及油缸行程與半潛船的調(diào)載工況(與當(dāng)?shù)爻毕闆r、半潛船調(diào)載能力密切相關(guān))進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

移船設(shè)備與半潛船的通信方面分為2部分：

移船系統(tǒng)傳遞給半潛船的信息：移上半潛船每臺(tái)小車的載荷及其離開水平船臺(tái)的距離；

半潛船傳遞給移船系統(tǒng)的信息：半潛船與水平船臺(tái)的高差(水平船臺(tái)高于半潛船為正)以及半潛船的傾度。

具體流程如圖 5所示。

圖5 移船下水流程

(3) 保證安全的控制措施。在驅(qū)動(dòng)方面，系統(tǒng)安全性、啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)力以及外界環(huán)境(風(fēng)速、地面狀態(tài)、摩擦力)都有一定的影響，要求：

地面斜度50 mm/100 m，保證驅(qū)動(dòng)；在最大風(fēng)速(24 m/s)下啟動(dòng)(工作工況要求不大于16 m/s)；小車獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，即使部分小車驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)故障也仍能保證移船進(jìn)行；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝有制動(dòng)器，能夠電動(dòng)剎車。

須提前準(zhǔn)備備用臺(tái)車準(zhǔn)備隨時(shí)更換。頂升時(shí)，多種傳感器同時(shí)控制以保證重心及整體平衡。

4 移船下水關(guān)鍵工藝系統(tǒng)

4.1 臺(tái)車支撐系統(tǒng)

在建造階段，目標(biāo)船型由臺(tái)架即鋼支架結(jié)構(gòu)支撐。在移船下水前用起重能力為250 t，最大油缸行程±250 mm的臺(tái)車組成的陣列將目標(biāo)船型頂升起來。臺(tái)車系統(tǒng)的布置應(yīng)使計(jì)算得到的載荷能夠滿足目標(biāo)產(chǎn)品的強(qiáng)度、變形要求，碼頭出運(yùn)段相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足臺(tái)車走輪輪壓集中荷載要求。在本項(xiàng)目目標(biāo)船型的移船下水作業(yè)中共布置80臺(tái)250 t臺(tái)車。作業(yè)所需的起重能力與臺(tái)車的最大起重能力之比控制在70%以下。

在建造場(chǎng)地中，臺(tái)車沿軌道縱向布置，按船體底部線形被分為前后左右共4組以補(bǔ)償由重心偏移引起的載荷分布，每組臺(tái)車實(shí)現(xiàn)組內(nèi)均載。在下水作業(yè)前，這些臺(tái)車被用來稱量目標(biāo)船型的重量。臺(tái)車分組的實(shí)施使船體受力更均勻，提高了作業(yè)過程中的安全因數(shù)；而臺(tái)車、臺(tái)架的組合更提高了換墩作業(yè)效率，大幅縮短了下水作業(yè)時(shí)間。整個(gè)移船下水過程(整船抬移、過駁、坐墩、臺(tái)車退出)用時(shí)不足6 h。

4.2 牽引系統(tǒng)

移船下水牽引系統(tǒng)一般有2類:絞車-鋼絲繩方式與自行式船臺(tái)小車方式。絞車-鋼絲繩方式需要在半潛船遠(yuǎn)離碼頭一端的甲板上焊接固定2臺(tái)絞車，牽引用的鋼絲繩一端連接在絞車上，另一端連接在臺(tái)車陣列的末端(其上設(shè)置錨具)。由于考慮到臺(tái)車需要退出，穿繞鋼絲繩較為繁瑣費(fèi)力，因此設(shè)計(jì)采用了另一種自行式船臺(tái)小車的移船方式，并適當(dāng)加大自行船臺(tái)小車的比例，以最大程度減少操作時(shí)間、減小操作人員的作業(yè)強(qiáng)度，確保安全。

4.3 半潛船與碼頭間的連接

建造場(chǎng)地的縱向軌道與半潛船上的軌道通過4組(共8根)剛性連接梁互相連接，為了承受半潛船與碼頭間的擠壓力，在碼頭岸壁與半潛船之間還安裝了鋼碰墊，現(xiàn)場(chǎng)如圖 6所示。

圖6 半潛船與碼頭連接處現(xiàn)場(chǎng)圖

當(dāng)目標(biāo)船型經(jīng)過時(shí)，連接梁把船舶的重量作用在軌道上的線載荷，由其傳遞至碼頭出運(yùn)段和半潛船上。由于碼頭是固定的，而半潛船則受波浪、潮汐等環(huán)境力的作用而產(chǎn)生移動(dòng)，因此連接梁需要采用活動(dòng)鉸接的形式[2]。

4.4 系泊系統(tǒng)

在將目標(biāo)船型移上半潛船時(shí)，用于系泊半潛船的系泊纜繩的設(shè)計(jì)應(yīng)使其在允許環(huán)境條件下能夠保持半潛船的位置，特別是橫向或者平面位移應(yīng)在允許范圍內(nèi)，可考慮加大纜繩角度及數(shù)量并盡可能減小橫風(fēng)、橫流影響。

在移船下水過程中，由臺(tái)車行駛引起的半潛船離開碼頭的水平力增加了系泊纜繩的負(fù)荷(與絞車?yán)贩绞较喾?，系纜樁、絞盤等系泊設(shè)施布置應(yīng)能夠滿足設(shè)計(jì)工況(風(fēng)、浪、流)條件下的受力要求。系泊系統(tǒng)如圖 7所示。

圖7 系泊系統(tǒng)示例

4.5 半潛船的選擇

對(duì)于本項(xiàng)目移船下水的操作而言，接運(yùn)半潛船的重要性毋庸置疑，限于條件，目前僅能使用長(zhǎng)度為161.6 m，下潛時(shí)甲板最大載貨量?jī)H16 500 t的半潛船接運(yùn)目標(biāo)船型?？紤]到將來移船作業(yè)的高頻率，移船設(shè)備即臺(tái)車系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)不得降低，分組(共4組)及組內(nèi)(每組約20臺(tái)250 t小車)均載的要求須得到滿足，以提高設(shè)備使用的安全及可靠性。針對(duì)本項(xiàng)目半潛船，改造工作主要增加4組小車軌道(該半潛船原設(shè)計(jì)為滑道滑靴下水方式)，并在半潛船船首改造了連接梁缺口以便于船舶下水時(shí)平穩(wěn)過渡。

5 結(jié) 語(yǔ)

移船、下水系統(tǒng)采用自創(chuàng)的臺(tái)架結(jié)合組合臺(tái)車支承模式，取代了國(guó)內(nèi)船廠常用的縱、橫梁支承船舶模式，為臺(tái)車分組、組內(nèi)自動(dòng)均載以及船舶總段三維對(duì)接等技術(shù)提供了實(shí)施的可能，進(jìn)一步優(yōu)化了水平船臺(tái)建造工藝。項(xiàng)目研制的移船工藝和設(shè)備系統(tǒng)參與了從船臺(tái)造船到移船過駁的全過程。通過三維小車自由組合組成的三維對(duì)接系統(tǒng)，可完成自重1 000～4 000 t不等的分段、環(huán)段甚至半船對(duì)接作業(yè)，突破了現(xiàn)有門式起重機(jī)搭載的噸位限制。

采用組合臺(tái)車系統(tǒng)下水的船舶或海工產(chǎn)品等，在目標(biāo)產(chǎn)品移至半潛船的各個(gè)階段都需持續(xù)不斷地監(jiān)控、精確的載荷分配計(jì)劃、精確的壓載控制以及準(zhǔn)確的系泊布置。自重萬噸級(jí)(整船或其他類似重大件)以上的產(chǎn)品運(yùn)移及下水作業(yè)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的舉措，實(shí)踐證明其是成功的，隨著臺(tái)車技術(shù)的不斷發(fā)展及進(jìn)步，該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。