淺析32m星級拖輪下水工藝

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，由于采取機械牽引、勻速運動，故過程平穩(wěn)可靠；還具有碼頭占位極少、設(shè)備投入小、橫移車可為多個船臺服務(wù)的特點。這種下水方式多用于國內(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：U671.5 文獻標(biāo)識碼：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、漂浮式下水和機械化下水。其中，機械化下水又可分為：升船機下浮船塢下水、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船位水平船臺，使一套下水設(shè)施可供多個船臺使用，大大提高設(shè)施的經(jīng)濟效益。

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32.00 m，型寬12.8 m，型深5.37 m，設(shè)計水線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，墊船、移船與下水過程中容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此施工前需進行周密計算，做好應(yīng)對措施。

船上配備兩臺2 525 kW主機、兩臺全回轉(zhuǎn)推進器， 設(shè)計系柱拖力80 t，下水前預(yù)計船舶總重量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

分段搭載在船臺上進行定位時是剛性固定，每個分段相互搭載并由鐵墩支撐在船臺面，各項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船體，整個過程俗稱替陣。

替陣時選用6臺隨船小車，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)計圖紙要求。各組隨船小車之間用拉桿和轉(zhuǎn)動銷絞接。

#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。相對船舶整體而言，托船鐵墩總附重2 616 kg，對浮船影響不大。

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，移船分三個步驟進行；

（1）水平船臺移船至橫移車上

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。此時移船的牽引力與船舶和隨船小車的滾動摩擦阻力相等，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)實際情況控制橫移速度，不同檔位速度的轉(zhuǎn)換會對船舶橫移產(chǎn)生加速度，當(dāng)加速度過大時會出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象，這時會以加速度一側(cè)最外的墩座為支點做旋轉(zhuǎn)運動（見圖3）。Ma≥MG 時，船舶即將發(fā)生傾覆。

由上分析得知，當(dāng)橫移加速度達到10 m/s2時，船舶會有橫向傾覆的危險。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，橫移時采用快、慢檔，故移船不會產(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排車的正壓力和向下滑動的下滑力。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，此時船舶在傾斜狀態(tài)時是安全可靠的。

3.4 下水

下滑時，加速度對船舶的影響（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時切換成慢檔，只有加速度超過0.57 m/s2時才會出現(xiàn)船底與墊木滑動發(fā)生傾覆危險。查表1得知，絞車檔位切換時產(chǎn)生的加速度小于a1和a2，船舶向下移動過程平穩(wěn)安全可靠。此計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則還需計算支撐墩架的穩(wěn)定性。

3.5 浮船

經(jīng)過計算，船舶完全浮起后首尾吃水分別為4.5 m和5 m，此時船舶尾傾角度為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。

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）（上接第頁）

需在船舶被牽引至碼頭處距碼頭邊一個船寬位時將鐵墩放落水中，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械牽引、勻速運動，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。此下水工藝還可根據(jù)不同的船型作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對于類似制造企業(yè)具有借鑒意義。

參考文獻

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[3] 機械工程師版簡明機械設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2017.endprint