陳 浩，王 嬌，尹志雙

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引言

隨著現(xiàn)代造船技術(shù)的不斷創(chuàng)新，為了減少船舶建造中生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)特殊場(chǎng)地和關(guān)鍵設(shè)備等資源的限制，重大件的中轉(zhuǎn)、駁運(yùn)技術(shù)已成為造船企業(yè)又一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。自行式模塊運(yùn)輸車（Self-Propelled Modular Transporter，SPMT）在船舶行業(yè)的總段運(yùn)輸、環(huán)段移位、整船下水等環(huán)節(jié)得到廣泛應(yīng)用。江南造船建造的28K FRU設(shè)置有2個(gè)近75 m長(zhǎng)的C型液罐。根據(jù)C型液罐建工藝造流程，液罐結(jié)構(gòu)合攏完成后需進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要在液罐內(nèi)加入大量水，對(duì)地基的承重有很高的要求，需在專用承重平臺(tái)區(qū)域進(jìn)行。液罐強(qiáng)度試驗(yàn)后需進(jìn)行液罐表面絕緣敷設(shè)，該過(guò)程對(duì)環(huán)境溫度要求極高，需在風(fēng)雨密的環(huán)境中進(jìn)行以確保絕緣質(zhì)量。絕緣成型后需駁運(yùn)至龍門吊覆蓋的范圍內(nèi)進(jìn)行整體吊裝，該環(huán)節(jié)液罐僅剩余2個(gè)支撐座區(qū)域可以進(jìn)行支撐受力，絕緣表面無(wú)法作為駁運(yùn)支撐區(qū)域。后續(xù)需要進(jìn)行 2次整體移位，第1次由強(qiáng)度試驗(yàn)場(chǎng)地移位至室內(nèi)跨間進(jìn)行絕緣敷設(shè)，第2次由室內(nèi)跨間移位至龍門吊覆蓋范圍內(nèi)吊裝上船。該C型液罐近75 m 長(zhǎng)，重近1 000 t，整個(gè)駁運(yùn)過(guò)程路線長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)高，且轉(zhuǎn)彎處回轉(zhuǎn)半徑大，極易與道路兩側(cè)的設(shè)施發(fā)生干涉。為保證整個(gè)駁運(yùn)過(guò)程順利進(jìn)行，開展相應(yīng)的駁運(yùn)工藝研究。

1 液罐相關(guān)技術(shù)參數(shù)

需駁運(yùn)液罐為 2個(gè)單耳 C型罐，單個(gè)液罐長(zhǎng)74.8 m，直徑16.3 m。液罐的總駁運(yùn)重量近1 000 t。目前絕大部分C型液罐設(shè)計(jì)有1個(gè)支撐環(huán)和1個(gè)加強(qiáng)環(huán)，這2處設(shè)有結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。液罐詳細(xì)情況見圖1。僅可在支撐環(huán)和加強(qiáng)環(huán)處設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)用于強(qiáng)度試驗(yàn)和液罐頂升等作用[1]，因此液罐駁運(yùn)過(guò)程僅可在這2處設(shè)置頂升結(jié)構(gòu)。

圖1 液罐示意圖

考慮到液罐形狀及重量，本次駁運(yùn)有以下主要難點(diǎn)：

1）單耳C型罐外輪廓為成圓形，長(zhǎng)度近75 m。絕緣完成后僅留支撐環(huán)和加強(qiáng)環(huán)2處鞍座區(qū)域可作為駁運(yùn)支撐受力點(diǎn)，2處間跨距近43 m。支托架設(shè)計(jì)既要滿足液罐強(qiáng)度試驗(yàn)要求，又要保證液罐駁運(yùn)過(guò)程的受力分布合理；既要保證整個(gè)駁運(yùn)過(guò)程的穩(wěn)性，又要避免超長(zhǎng)液罐變形控制。

2）液罐整體呈細(xì)長(zhǎng)型，且重量近1 000 t。SPMT布置既要提供足夠的頂升力，同時(shí)要保證駁運(yùn)路徑過(guò)程的順利通行。

3）液罐轉(zhuǎn)彎處回轉(zhuǎn)半徑近38 m，如何實(shí)現(xiàn)在障礙物拆除最小化的同時(shí)確保駁運(yùn)過(guò)程順利完成。

2 駁運(yùn)技術(shù)方案

本次液罐駁運(yùn)方案利用液罐強(qiáng)度試驗(yàn)托架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用支撐環(huán)和加強(qiáng)環(huán)2個(gè)可加強(qiáng)區(qū)域作為支撐受力區(qū)域。托架兼顧液罐強(qiáng)度試驗(yàn)承重及駁運(yùn)使用，通過(guò)公司SPMT裝置頂升托架完成運(yùn)輸。

2.1 S PMT布置方案

SPMT是一種自行式模塊運(yùn)輸車，由帶驅(qū)動(dòng)的2/3/4/6軸線模塊運(yùn)輸車及動(dòng)力模塊單元（Prime Power Unit，PPU）組成。模塊之間既可機(jī)械連接，又可自由定位，主要應(yīng)用在大件物流領(lǐng)域，如船舶、化工、鋼結(jié)構(gòu)和礦山等。

本次駁運(yùn)液罐重1 000 t，結(jié)合公司SPMT的設(shè)備能力和PPU的數(shù)量確定了72軸線模塊單元和4個(gè)PPU的不對(duì)稱布置法。其中SPMT分為4組，第1組和第4組利用1個(gè)PUU帶12軸線的模塊單元；第2組和第3組利用1個(gè)PUU帶24軸線的模塊單元，分2列，每列各12軸線[2]。SPMT詳細(xì)的布置見圖2。

圖2 液罐駁運(yùn)SPMT布置圖

2.2 駁運(yùn)托架設(shè)計(jì)優(yōu)化。

液罐結(jié)構(gòu)完工后需進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和釋放應(yīng)力。目標(biāo)液罐容積為14 000 m3，強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程加水14 000 t。該試驗(yàn)過(guò)程設(shè)有專用的托架作為支撐。該托架設(shè)計(jì)既要保證液罐強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程對(duì)地面的壓力＜地面承載力（本次試驗(yàn)地面承載力為100 t/m2）（1 kN/m2=10 t/m2），同時(shí)設(shè)置“牛腿”結(jié)構(gòu)作為液罐頂升過(guò)程的頂升結(jié)構(gòu)。目前C型液罐常見的強(qiáng)度試驗(yàn)托架形式為框架式鋼結(jié)構(gòu)，利用液罐外輪廓相同的面板與腹板結(jié)構(gòu)作為主體，底板作為底座的同時(shí)可起到增加受力面積的作用，具體形式見圖3。由于液罐僅可在加強(qiáng)環(huán)和支撐環(huán)2處設(shè)置支撐托架，因此，液罐強(qiáng)度試驗(yàn)托架必須兼顧駁運(yùn)托架使用。

圖3 液罐強(qiáng)度試驗(yàn)托架示意圖

原托架底板設(shè)計(jì)寬度為3 m，SPMT車板長(zhǎng)16.7 m（12軸線）。如利用該托架，SPMT車板受力將集中于托架寬度范圍內(nèi)單軸線的承載能力，不滿足駁運(yùn)要求。考慮將液罐重量盡可能均勻分布在更多軸線SPMT范圍內(nèi)，托架地板寬度由原來(lái)的3 m增加到4.2 m，用于加大托架底板寬度方向的受力面積。托架沿液罐縱向設(shè)有12個(gè)“牛腿”，通過(guò)調(diào)整車輛布置，將該結(jié)構(gòu)與車輛重合，作為支撐梁。為緩解液罐駁運(yùn)過(guò)程SPMT車板集中載荷問(wèn)題，增長(zhǎng)“牛腿”的長(zhǎng)度至8 m，在“托架牛腿”和平板車之間放置擱墩，使液罐的重量傳遞到平板車的兩端，平板車受力更均勻[3]，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的托架具體形式見圖4。

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)后托架示意圖

2.3 詳細(xì)方案

2.3.1 車輛布置

采用72軸線的SPMT和4個(gè)PPU進(jìn)行不對(duì)稱布置。

2.3.2 技術(shù)方案

本次駁運(yùn)詳細(xì)布置圖見圖5。

圖5 液罐駁運(yùn)詳細(xì)布置示意圖

1）本次液罐駁運(yùn)采用4點(diǎn)支撐，此種方式適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

2）SPMT采用左右不對(duì)稱的布車方案，在保證每個(gè)支撐點(diǎn)不超重的情況下，最大程度減少對(duì)SPMT軸線的需求。

3）在車板上托架“牛腿”下橫向布置4根13 m縱梁，在增大受力面積的同時(shí)提供移位過(guò)程的穩(wěn)定性；

4）在車板與托架“牛腿”間布置鋼支墩，用于保證運(yùn)輸過(guò)程中“牛腿”不變形，并完成力的向下傳遞。

5）車輛穩(wěn)定角達(dá)到17°，滿足運(yùn)輸國(guó)際規(guī)范（規(guī)范要求大于7°）。

6）SPMT每軸線軸載控制在27 t以下，滿足車輛的載重要求。

本次駁運(yùn)方案的相關(guān)具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 SPMT相關(guān)數(shù)據(jù)

3 駁運(yùn)路徑模擬

本次液罐駁運(yùn)過(guò)程分為2個(gè)階段：第1階段由強(qiáng)度試驗(yàn)平臺(tái)至室內(nèi)跨間；第2階段由室內(nèi)跨間至龍門吊覆蓋范圍內(nèi)。整個(gè)駁運(yùn)過(guò)程涉及2處十字路口轉(zhuǎn)彎。如何在移位前確保將整個(gè)移位路徑中的相關(guān)干涉及障礙物進(jìn)行清除，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)障礙物清除改造工程的最小化。CATIA V 6系統(tǒng)具有強(qiáng)大的建模功能，在系統(tǒng)環(huán)境下將液罐駁運(yùn)過(guò)程涉及的相關(guān)場(chǎng)地和液罐駁運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)體建模，通過(guò)Simulation三維模擬仿真模塊對(duì)液罐在重要轉(zhuǎn)彎處的回轉(zhuǎn)路徑和整個(gè)駁運(yùn)過(guò)程進(jìn)行模擬。圖6為駁運(yùn)過(guò)程第1處轉(zhuǎn)彎模擬，陰影處即為液罐轉(zhuǎn)向過(guò)程受干涉區(qū)域。圖7為整個(gè)駁運(yùn)過(guò)程的模擬仿真。利用CATIA模擬仿真技術(shù)形成最優(yōu)化的駁運(yùn)路線和最優(yōu)化的轉(zhuǎn)彎路徑，實(shí)現(xiàn)相關(guān)障礙物拆除改造工作量的最小化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)效益的最大化。

圖6 液罐轉(zhuǎn)彎半徑模擬

圖7 液罐駁運(yùn)過(guò)程模擬

4 實(shí)施效果

通過(guò)本次工藝技術(shù)的研究，順利完成這艘船 2個(gè)超長(zhǎng)C型液罐的超長(zhǎng)距離駁運(yùn)。本次駁運(yùn)技術(shù)的成功應(yīng)用打破了液罐建造過(guò)程中對(duì)場(chǎng)地需求的限制，可為同類型的C型液罐的駁運(yùn)提供技術(shù)參考。整個(gè)駁運(yùn)過(guò)程順利，駁運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)見圖8。

圖8 液罐駁運(yùn)實(shí)景照片

本文首次利用CATIA V6模擬仿真功能對(duì)駁運(yùn)過(guò)程中的移位路徑及回轉(zhuǎn)半徑的最優(yōu)化方案進(jìn)行了驗(yàn)證[4-5]，清晰直觀地確定了駁運(yùn)過(guò)程中存在干涉的各類障礙物，為以最少成本順利完成液罐駁運(yùn)提供了技術(shù)支持。對(duì)CATIA V6系統(tǒng)在船舶行業(yè)的應(yīng)用提供了更多可行性的方向。

5 結(jié)論

本次駁運(yùn)的液罐是目前國(guó)內(nèi)最大尺寸的C型液罐，此次駁運(yùn)方案充分結(jié)合該液罐的特點(diǎn)，通過(guò)合理的SPMT布局和駁運(yùn)托架設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保液罐駁運(yùn)過(guò)程的受力分布，保證駁運(yùn)過(guò)程順利完成。本方案為C型液罐的駁運(yùn)提供了完整的技術(shù)參考，同時(shí)對(duì)龍門吊大梁結(jié)構(gòu)、筒狀鋼結(jié)構(gòu)等駁運(yùn)有一定的借鑒作用。對(duì)CATIA V6系統(tǒng)在船舶行業(yè)的應(yīng)用，特別是工藝仿真環(huán)節(jié)的應(yīng)用提供了更多可行性的方向。