居惠紅，葉銀苗，宣廬峻

(1.中船第九設(shè)計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)管架等海工平臺組塊應(yīng)用到自升式平臺、半潛式平臺以及大中型船舶等，國內(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)是根植于國外造船業(yè)、建筑業(yè)和海洋工程的一項成熟技術(shù)，工藝先進，經(jīng)濟效益顯著，國內(nèi)船舶行業(yè)急需加以綜合運用、發(fā)展優(yōu)化。廣船國際有限公司水平船臺項目的產(chǎn)品定位為5萬噸級液貨船及平臺產(chǎn)品，為滿足廣州市區(qū)荔灣老廠區(qū)搬遷的需要，在滿足國家政策要求前提下，經(jīng)過綜合權(quán)衡，項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)項目，主要介紹其平地建造船舶采用臺車組合+調(diào)載半潛船的移船、下水系統(tǒng)設(shè)計。圖 1為船舶下水現(xiàn)場。

圖1 船舶下水現(xiàn)場

1 移船系統(tǒng)

移船系統(tǒng)的作用是將船舶產(chǎn)品從水平船臺運送至半潛船，運送過程應(yīng)安全、平穩(wěn)。移船系統(tǒng)組成有：臺車(即船臺小車)、臺架(即鋼支架，方便臺車進出，提高換墩效率)、小車平衡梁、動力電源系統(tǒng)及中央控制系統(tǒng)等。

臺車規(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補償功能，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量分布可按區(qū)域分組，并在組內(nèi)實現(xiàn)自動均載。在移船過程中臺車始終能平穩(wěn)地抬著船舶等大件產(chǎn)品行走。臺車可提供動力驅(qū)動，最大負載為250 t/臺，每兩臺小車通過平衡梁聯(lián)系，組成500 t組合臺車。

船舶坐落于臺架上，臺車組合進入臺架底部，帶動臺架作業(yè)。根據(jù)船舶產(chǎn)品下水和船臺工藝布置要求，對臺車與臺架進行排列和分組。

整個移船系統(tǒng)由柴油發(fā)電機供電，動力電源系統(tǒng)為臺車的驅(qū)動和頂升提供動力。中央控制系統(tǒng)主要用于控制臺車頂升和行走，該系統(tǒng)可實現(xiàn)油頂同步頂升，并可實時調(diào)節(jié)臺車油頂壓力、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)可實時動態(tài)控制臺車油頂壓力、行程和半潛船浮沉狀態(tài)。

2 船臺工藝布置與主要技術(shù)參數(shù)

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

水平船臺工藝與設(shè)備布置情況如圖 2所示。

圖2 水平船臺工藝與設(shè)備布置

船臺及臺車主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 船臺及臺車主要技術(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：臺車、臺架、小車平衡梁、動力電源系統(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) 臺車。臺車由車架、行走機構(gòu)、頂升機構(gòu)等組成，適用于縱移工況。

① 行走機構(gòu)。臺車行走機構(gòu)由液壓電機+行星減速器+開式齒輪驅(qū)動走輪組成。小車上設(shè)有牙嵌離合器，便于必要時人工推動小車移動。

② 頂升機構(gòu)。小車頂升機構(gòu)由電機、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補償功能：當(dāng)外負載偏小時，能主動補償壓力；當(dāng)外負載偏大時，能主動卸載壓力。自動補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。

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) 臺架。臺架根據(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 臺車與臺架示例

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

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

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

(4) 動力電源系統(tǒng)。整個移船設(shè)備由柴油發(fā)電機供電，組成動力電源系統(tǒng)，為臺車的驅(qū)動和頂升提供動力。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。

柴油發(fā)電機分為400 kW和100 kW兩種規(guī)格，其中100 kW發(fā)電機能隨臺車穿過臺架。

(5) 移船設(shè)備控制系統(tǒng)。臺車行走機構(gòu)電機功率為5 kW，工作電壓為交流380 V 50 Hz。頂升油泵電機功率為3 kW，工作電壓為交流380 V 50 Hz。臺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。臺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。

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：保證每臺臺車在船舶運移過程中保持載荷穩(wěn)定，首先需做到壓力控制，以初始壓力為參照進行調(diào)整，實現(xiàn)組內(nèi)小車之間壓力平衡；然后對行程進行監(jiān)控，若油缸行程達到極限值，則系統(tǒng)自動報警。

(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：移上半潛船每臺小車的載荷及其離開水平船臺的距離；

半潛船傳遞給移船系統(tǒng)的信息：半潛船與水平船臺的高差(水平船臺高于半潛船為正)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)動方面，系統(tǒng)安全性、啟動驅(qū)動力以及外界環(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；在最大風(fēng)速(24 m/s)下啟動(工作工況要求不大于16 m/s)；小車獨立驅(qū)動，即使部分小車驅(qū)動出現(xiàn)故障也仍能保證移船進行；驅(qū)動機構(gòu)裝有制動器，能夠電動剎車。

須提前準(zhǔn)備備用臺車準(zhǔn)備隨時更換。頂升時，多種傳感器同時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 臺車支撐系統(tǒng)

在建造階段，目標(biāo)船型由臺架即鋼支架結(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的臺車組成的陣列將目標(biāo)船型頂升起來。臺車系統(tǒng)的布置應(yīng)使計算得到的載荷能夠滿足目標(biāo)產(chǎn)品的強度、變形要求，碼頭出運段相關(guān)設(shè)計應(yīng)滿足臺車走輪輪壓集中荷載要求。在本項目目標(biāo)船型的移船下水作業(yè)中共布置80臺250 t臺車。作業(yè)所需的起重能力與臺車的最大起重能力之比控制在70%以下。

在建造場地中，臺車沿軌道縱向布置，按船體底部線形被分為前后左右共4組以補償由重心偏移引起的載荷分布，每組臺車實現(xiàn)組內(nèi)均載。在下水作業(yè)前，這些臺車被用來稱量目標(biāo)船型的重量。臺車分組的實施使船體受力更均勻，提高了作業(yè)過程中的安全因數(shù)；而臺車、臺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)時間。整個移船下水過程(整船抬移、過駁、坐墩、臺車退出)用時不足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小車方式。絞車-鋼絲繩方式需要在半潛船遠離碼頭一端的甲板上焊接固定2臺絞車，牽引用的鋼絲繩一端連接在絞車上，另一端連接在臺車陣列的末端(其上設(shè)置錨具)。由于考慮到臺車需要退出，穿繞鋼絲繩較為繁瑣費力，因此設(shè)計采用了另一種自行式船臺小車的移船方式，并適當(dāng)加大自行船臺小車的比例，以最大程度減少操作時間、減小操作人員的作業(yè)強度，確保安全。

4.3 半潛船與碼頭間的連接

建造場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)場如圖 6所示。

圖6 半潛船與碼頭連接處現(xiàn)場圖

當(dāng)目標(biāo)船型經(jīng)過時，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，因此連接梁需要采用活動鉸接的形式[2]。

4.4 系泊系統(tǒng)

在將目標(biāo)船型移上半潛船時，用于系泊半潛船的系泊纜繩的設(shè)計應(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荷(與絞車拉曳方式相反)，系纜樁、絞盤等系泊設(shè)施布置應(yīng)能夠滿足設(shè)計工況(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

對于本項目移船下水的操作而言，接運半潛船的重要性毋庸置疑，限于條件，目前僅能使用長度為161.6 m，下潛時甲板最大載貨量僅16 500 t的半潛船接運目標(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。針對本項目半潛船，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平穩(wěn)過渡。

5 結(jié) 語

移船、下水系統(tǒng)采用自創(chuàng)的臺架結(jié)合組合臺車支承模式，取代了國內(nèi)船廠常用的縱、橫梁支承船舶模式，為臺車分組、組內(nèi)自動均載以及船舶總段三維對接等技術(shù)提供了實施的可能，進一步優(yōu)化了水平船臺建造工藝。項目研制的移船工藝和設(shè)備系統(tǒng)參與了從船臺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)段甚至半船對接作業(yè)，突破了現(xiàn)有門式起重機搭載的噸位限制。

采用組合臺車系統(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階段都需持續(xù)不斷地監(jiān)控、精確的載荷分配計劃、精確的壓載控制以及準(zhǔn)確的系泊布置。自重萬噸級(整船或其他類似重大件)以上的產(chǎn)品運移及下水作業(yè)是一項挑戰(zhàn)性的舉措，實踐證明其是成功的，隨著臺車技術(shù)的不斷發(fā)展及進步，該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。