居惠紅

(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)

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適用于中小型船舶上墩、下水的變坡?lián)u架設(shè)計(jì)

居惠紅1，2

(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)

摘要本文結(jié)合中船西江造船公司千噸級下水滑道改造工程，介紹了中小型船舶在平地建造，利用液壓頂升搖架變坡并結(jié)合滑道下水的工藝方案。搖架方案經(jīng)濟(jì)、可靠，操作靈活方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小，具有較好的應(yīng)用前景，廣泛適用于公務(wù)船、游艇、漁輪等制造企業(yè)下水設(shè)施的新建、改造工程。

關(guān)鍵詞船舶下水千噸級滑道設(shè)計(jì)創(chuàng)新

1項(xiàng)目背景

中船西江造船公司(以下簡稱“公司”)地處廣西省柳州市西江路，1965年建廠時(shí)由我院設(shè)計(jì)，為滿足山洞船臺船舶下水而建設(shè)，下水滑道分一級、二級滑道，其中一級滑道為弧形軌道，半徑R=1 124 m，水平投影長度230 m，二級滑道為坡度1∶10直線軌道，與該滑道配套的下水排車承重350 t，長度32 m，軌距3.0 m。

90年代后，在原一級下水滑道中部西側(cè)，先后建設(shè)了兩座水平室內(nèi)船臺，室內(nèi)船臺之間建設(shè)了橫移區(qū)。從此造船建設(shè)的重點(diǎn)從山洞轉(zhuǎn)向了室內(nèi)車間，但同時(shí)下水工藝也因此而復(fù)雜起來，其下水工藝流程是：(1) 通過船排小車將船舶從室內(nèi)車間拉曳至橫移區(qū)；(2) 在橫移區(qū)通過換墩使船舶轉(zhuǎn)由橫移小車承載，并將船舶橫移到滑道區(qū)下水排車上落墩；(3) 下水船排小車進(jìn)入并坐落在排車上，通過換墩使船由下水船排小車承載；(4) 由絞車曳引，通過下水排車和一級滑道(船架坑)將船送至二級滑道接口處(坡度1∶10的直線滑道)，最后通過下水船排小車和二級滑道繼續(xù)將船送入水中[1]。

該方式下水操作繁復(fù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，持續(xù)周期長，安全風(fēng)險(xiǎn)大，為了從根本上改進(jìn)目前較落后的下水方式，提高下水操作安全性，急需對原弧形滑道相關(guān)設(shè)施進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

2滑道設(shè)施概況

2.1滑道改造情況

2005 年，因柳州市紅花水電站建成蓄水，水位大幅抬高，對下水滑道產(chǎn)生影響而進(jìn)行了改造。改造主要是將一級滑道0+145～0+230 m 樁段(注：系指距離滑道陸域端“0”軸線水平投影長度)弧形軌改造為坡度1∶10 的直線軌道，并與原二級滑道相銜接。在2008 年，公司對下水滑道0+76～0+145 m樁段弧線軌又進(jìn)行了改造，在保留原有軌距3.0 m ，半徑R=1 124 m弧線軌下水功能前提下，在0+76～0+145 m 樁段增設(shè)了一組軌距4.2 m，半徑R=381.45 m 的弧形軌，并新建了一臺軌距4.2 m，長50 m 的1 000 t 下水排車。該下水排車和改建的軌距4.2 m，半徑R=381.45 m 的弧形軌可滿足重量為1 000 t 的船舶下水，其中：

(1) 新建50 m下水排車最大下水重量1 000 t，運(yùn)行軌道軌距4.2 m，軌道圓弧半徑R=381.45 m，弧形軌道所處樁段范圍0+76～0+145 m。

50 m下水排車技術(shù)參數(shù)：外形尺寸50 m×5.8 m×2.028 m，輪距1.2 m，架面橫移軌距0.8 m，船架最大輪壓310 kN，共84 個(gè)走輪(單根軌道42 個(gè)走輪)。架面上設(shè)置軌距3.0 m 軌道，與弧形軌道相接。

(2) 配制下水船排小車14 臺，載重量120 t，軌距3 m，輪距1 100 mm。

(3) 配制下水滾輪車1 臺，載重量350 t，軌距3 m，輪距1 250 mm。

(4) 設(shè)置拉力為500 kN 的絞車一臺，通過滑輪組成三道鋼絲繩受力牽引，牽引力1 500 kN。

2.2存在問題

船舶采用弧形滑道方式下水是特定歷史、廠址地形及水文條件下的產(chǎn)物，當(dāng)時(shí)下水設(shè)計(jì)船舶總長僅40 m，型寬4 m，下水重量不大于300 t。之后，根據(jù)發(fā)展需要，在原山洞船臺(110 m×20 m)下方，滑道西側(cè)又陸續(xù)建設(shè)了室內(nèi)船臺車間(60 m×24 m×2 跨)兩座，兩座船臺相隔橫移區(qū)對稱布置，每跨均設(shè)置縱移軌道及船臺建造工位。

橫移區(qū)長72 m，寬度70 m，設(shè)置軌距0.8 m 橫移小車軌道14 組。在原有1#弧形軌道0+76～0+145 m 軸線位置新增了軌距4.2 m的2#弧形軌道船架坑。由于橫移區(qū)與2#弧形軌道位置的相對限制，新增配套的50 m 排車在船架坑頂端并未與橫移區(qū)保持水平(架面呈1∶20 坡度)，2008年改造時(shí)雖然增加了公司造船能力，但隨著設(shè)計(jì)船型的變化(自重最大850 t，船長約60 m)，船舶橫移及下水操作勞動(dòng)強(qiáng)度明顯加大，工時(shí)增加，安全性缺乏保障。工藝方案存在不足，效率較低，已顯落后。改造前廠區(qū)下水設(shè)施狀況如圖1～圖3所示，包括橫移區(qū)、一級滑道(弧形段)、船架坑及二級滑道等。

圖1　一級(弧形段、含船架坑)、二級滑道概貌

圖2　下水排車及船架坑現(xiàn)狀

圖3　船舶下水現(xiàn)場

3變坡?lián)u架下水滑道設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)綱領(lǐng)船型

由于受柳州地區(qū)航道、水路通航建筑物限制，公司目前及今后相當(dāng)長時(shí)間代表性產(chǎn)品主要以高附加值中小型特種船舶產(chǎn)品為主，如公務(wù)保障船，遠(yuǎn)洋漁船，甚至鋁合金游艇等，其具體參數(shù)如表1所示。

表1　典型代表產(chǎn)品參數(shù)

3.2變坡?lián)u架方案設(shè)計(jì)

為了提高下水安全性，適應(yīng)目前主要訂單產(chǎn)品的建造及下水要求，考慮采用搖架方案完成船舶的橫移及變坡下水。在二級下水滑道、水平室內(nèi)船臺及橫移區(qū)不改造的前提下，設(shè)想利用搖架替代一級下水滑道，下水船排小車坐落在搖架上，船橫移到下水船排小車上后，不必再換墩，通過擺動(dòng)搖架，使搖架架面軌道與原有二級滑道軌道相接，然后通過搖架上的下水船排小車和二級滑道將船經(jīng)鋼絲繩曳引緩緩送入水中。

針對本工程項(xiàng)目，搖架主尺度為50.0 m(長度)×5.8 m(寬度)×2.5 m(高度)，承載重量1 000 t(含下水船排小車等輔助設(shè)施重量)。搖架不同于原50 m排車，需要經(jīng)走輪在船架坑內(nèi)利用弧形軌道行走一段距離后變坡至1：10，再與二級軌道對接，省卻了走輪系統(tǒng)及其軌道，顯著縮短了船架坑長度，提高了場地利用率，并可由水平狀態(tài)利用液壓千斤頂直接將船舶調(diào)整為需要的坡度，完成鎖定后，與直線段二級下水滑道對接。本項(xiàng)目改造方案搖架架面標(biāo)高為85.65 m(1956年黃海高程，下同)，與橫移區(qū)地坪標(biāo)高相同。通過設(shè)置在搖架下端的兩個(gè)液壓頂升裝置，可實(shí)現(xiàn)與二級下水滑道的無縫對接。另外，為滿足船舶的橫移及縱移下水，搖架架面設(shè)有橫移小車及下水船排小車軌道。

搖架架面縱移軌道荷載： 350 t滾輪車輪壓450 kN/輪，輪距0.85～1.25～0.85 m，下水船排小車120 t/臺，中心距約3.5 m，連續(xù)布置，輪壓330 kN/輪，輪距1.1 m，共13臺；下水船排小車輪徑540 mm，每根滑道上共30個(gè)輪子，鋼軌型號為P38；考慮船舶尾浮時(shí)位置不在搖架上，搖架設(shè)計(jì)不考慮滾輪車輪壓。

搖架架面橫移軌道荷載：50 t橫移船臺小車軌距0.8 m，輪距1.0 m，輪壓150 kN，四個(gè)走輪。兩臺小車橫向中心距4.0 m。搖架變坡工藝方案布置如圖4所示。

圖4　搖架變坡工藝方案布置

3.3滑道主要參數(shù)

(1) 設(shè)計(jì)下水水位。

2005年柳州紅花水電站建成蓄水，使得公司臨西江水位提高了十多米，并常年保持在77.5 m。

(2) 滑道標(biāo)高。

室內(nèi)船臺及橫移區(qū)地坪標(biāo)高為85.65 m，滑道末端標(biāo)高為設(shè)計(jì)下水水位與滑道末端水深之差，直線船排滑道末端水深應(yīng)按公式計(jì)算：H= Tf1+a+h1+ht1+(0.8～0.9)Lbp.i。

式中：H為滑道末端水深的數(shù)值， m； Tf1為首節(jié)船排處船舶吃水，m； a為裕度，取0.3 m；h1為首節(jié)船排上的曲線邊墩高度， m； ht1為首節(jié)船排及墊木高度，m；Lbp為船舶垂線間長度，m；i 為滑道坡度。

經(jīng)計(jì)算，滑道末端水深為9.5 m，滑道設(shè)計(jì)下水水位77.5 m，則滑道末端標(biāo)高為68 m。搖架變坡至1∶10坡度后，首端高出橫移區(qū)地坪2.24 m，尾端低于地坪2.74 m，即二級直線滑道頂端標(biāo)高為82.91 m。

3.4拉曳系統(tǒng)

船舶經(jīng)滑道上坡時(shí)，總的牽引力根據(jù)機(jī)械化滑道設(shè)計(jì)規(guī)范(CB/T8523-2011)相關(guān)公式計(jì)算。由于移船距離較長，要求牽引速度恒定，應(yīng)采用帶儲(chǔ)繩筒的摩擦式絞車[2]。船舶上墩時(shí)總曳船力包括：

(1) 沿滑道上排時(shí)，設(shè)計(jì)船舶下水重量及移船設(shè)備自重沿斜面的分力T1；

(2) 走輪的摩擦阻力T2；

(3) 啟動(dòng)時(shí)的慣性力T3；

(4) 風(fēng)壓作用在船舶和移船設(shè)備上的阻力T4。

經(jīng)計(jì)算總曳船力為1 385.2 kN，主拉點(diǎn)設(shè)置在下水滾輪車上，絞車鋼絲繩出繩拉力500 kN，在滑輪上繞三道組成拉點(diǎn)，拉力1 500 kN。下水船排小車之間采用拉桿連接緊固，確保安全。

3.5水工結(jié)構(gòu)

(1) 水工結(jié)構(gòu)改造工程內(nèi)容。

① 二級下水滑道向上延伸，水平投影長度23 m，標(biāo)高為80.605～82.905 m；

② 改建搖架坑及搖架基礎(chǔ)；

③ 在搖架頂端增設(shè)1 500 kN地牛。

(2) 安全等級及使用年限。

工程等級為Ⅱ級，結(jié)構(gòu)改造后使用年限為50年。

(3) 結(jié)構(gòu)改造方案。

① 滑道接長。

滑道水平投影長度23 m，標(biāo)高為80.605～82.905 m，采用現(xiàn)澆倒T形梁結(jié)構(gòu)，梁下設(shè)素砼墊層和碎石墊層，分段長度為5 m。

② 改建搖架坑和搖架基礎(chǔ)。

改建搖架坑采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)，擋土墻外側(cè)為直立式結(jié)構(gòu)。坑內(nèi)底板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

搖架基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)墩臺結(jié)構(gòu)。

③ 增設(shè)1 500 kN地牛。

增設(shè)1 500 kN地牛，采用天然地基基礎(chǔ)上的鋼筋混凝土墩臺結(jié)構(gòu)。

3.6搖架設(shè)備工作原理及組成

3.6.1概述

新建1 000 t搖架為公司滑道改造中的設(shè)備部分，用于替代原一級下水滑道，下水船排小車坐落在搖架上，船舶通過橫移小車橫移到下水船排小車上后，不必再換墩，通過擺動(dòng)搖架，使搖架架面上軌道與二級滑道軌道相對接，然后通過搖架上的船排小車和二級滑道通過拉曳絞車鋼絲繩緩緩將船送入水中。

3.6.2主要技術(shù)參數(shù)

搖架主尺寸：50 m×5.8 m×2.5 m(長×寬×高)；

承載重量：1 000 t；

下水船排小車軌距：3 m；

橫移船臺小車軌距：0.8 m；

搖架上鋪設(shè)軌道型號：P38；

兩側(cè)頂升柱塞缸壓力(單個(gè))：400 t；

柱塞缸行程：1.36 m；

柱塞缸工作壓力：25 MPa；

柱塞缸柱塞直徑：@450 mm；

柱塞缸外徑：@800 mm；

下水滑道坡度：1∶10。

3.6.3搖架設(shè)備總體布置

搖架總體布置及油缸柱塞落位、頂升狀態(tài)如圖5所示。

圖5　搖架總布置及油缸柱塞落位、頂升狀態(tài)

3.6.4設(shè)備工作原理

本工程新建的1 000 t搖架其上下擺動(dòng)主要通過設(shè)置在搖架下端水域側(cè)的兩臺液壓柱塞缸的頂升及回落使搖架能繞著支鉸旋轉(zhuǎn)一定的角度。

當(dāng)柱塞頂升到最高位置時(shí)，此時(shí)搖架擺動(dòng)到最高位置，搖架面與橫移區(qū)面平齊，隨后橫移小車承船可通過橫移區(qū)上下?lián)u架。當(dāng)柱塞缸回落到低位時(shí)，此時(shí)搖架擺動(dòng)到最低位置，搖架面坡度與下水滑道坡度一致，此時(shí)下水船排小車承載船舶經(jīng)上端絞車鋼絲繩牽引可縱向上、下?lián)u架，完成船舶的下水或者上墩操作。

3.6.5設(shè)備組成

1 000 t搖架主要由架體結(jié)構(gòu)、鉸支座、頂升機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)等組成。架體結(jié)構(gòu)主要由兩根變截面箱型梁縱向布置組成，兩箱梁中心距3 m，下水船排小車軌道布置在兩箱梁上，中心距也為3 m。兩變截面箱形梁之間設(shè)有多條橫向聯(lián)系梁，該聯(lián)系梁也采用箱型結(jié)構(gòu)，橫移小車軌道布置在橫向聯(lián)系梁上，軌距0.8 m。

架體中部兩側(cè)設(shè)有2個(gè)鉸支座，用于支撐搖架及搖架的擺動(dòng)，鉸支座采用開口形式，方便架體安裝。頂升機(jī)構(gòu)主要由兩個(gè)液壓頂升柱塞缸組成，柱塞行程約1 360 mm，即能夠?qū)u架抬升1 360 mm。單個(gè)頂升柱塞缸頂升力400 t。

搖架縱剖面即船舶橫移上搖架及船舶下水時(shí)搖架狀態(tài)如圖6所示。

圖6　船舶橫移上搖架及船舶下水時(shí)搖架狀態(tài)

4結(jié)語

船舶在水平船臺建造完工后，利用液壓頂升搖架變坡并結(jié)合傾斜滑道下水的方案，豐富了機(jī)械化滑道下水的方案選擇，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，設(shè)計(jì)有一定創(chuàng)新。該項(xiàng)目成功的關(guān)鍵是搖架平臺足夠輕巧，造價(jià)合理，其液壓油缸設(shè)備運(yùn)行安全可靠，易維護(hù)。采用搖架設(shè)備下水船舶，場地布局緊湊，勞動(dòng)強(qiáng)度小，安全可靠，具有較好的應(yīng)用前景，可廣泛適用于沿?；騼?nèi)河高水位差地區(qū)中小型制造企業(yè)(如公務(wù)船、游艇、漁輪等)的規(guī)劃、新建或改擴(kuò)建工程。

參考文獻(xiàn)

[1]中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司. 中船西江造船有限公司基礎(chǔ)設(shè)施和節(jié)能減排項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)[R]. 上海：中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，2011.

[2]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.CB/T 8523-2011機(jī)械化滑道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 2011.

Design Innovation on Cradle Suitable for Small and Medium Ship

JU Hui-hong1，2

(1. China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd., Shanghai 200063, China;2. Shanghai Research Center of Ocean & Shipbuilding Engineering, Shanghai 200063, China)

AbstractBased on Xi-Jiang Shipbuilding Company reconstruction project of the kiloton ship slipway, this paper demonstrates and illustrates the construction method of small and medium ship on the berth built, and launch into water by applying longitudinal cradle combing with slide-way. Owing to the characteristics of economy, reliable, flexible and easy to operate, cradle scheme owns good prospects, and is capable of widely using in the new building and renovation projects for official boats, yachts, and fishing boats manufacturing companies.

KeywordsVessel launchingKiloton scale slide-wayDesign innovation

中圖分類號U673

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡介：居惠紅(1979-)，男，高級工程師，主要從事船塢、船臺、滑道等工程設(shè)計(jì)。