|
船舶縱向氣囊下水工藝的特點(diǎn)
采用本工藝的船舶下水根據(jù)其運(yùn)行特點(diǎn)分為4
個(gè)階段,類(lèi)同于滑道下水的4 個(gè)階段[3],但也有其不
同點(diǎn)。
1) 下水第1 階段。該階段從船舶在氣囊的滾
動(dòng)下開(kāi)始下水至船體艉部接觸水面為止。整個(gè)過(guò)
程船舶只承受重力、氣囊對(duì)船舶的支撐力及船底
板與氣囊之間的摩擦力。船的運(yùn)動(dòng)方向平行于船
臺(tái),運(yùn)動(dòng)特征可能為加速或者勻速[4],因?yàn)榇_(tái)的
坡度較?。ㄈf(wàn)噸級(jí)船臺(tái)坡度一般在2%以?xún)?nèi)),摩擦
力可能等于下滑力。受力情況如圖1 所示。
自重力作為下滑力的下滑條件是:
WGsinβ≥
n
i = 1 Σfm1,i WG
n cosβ+
n
i = 1 Σfm2,i WG
n cosβ (1)
式中:WG 為船舶下水時(shí)的重力;β 為船臺(tái)坡度;
fm1 為船底板與氣囊的滾動(dòng)摩擦系數(shù);fm2 為船臺(tái)板
與氣囊的滾動(dòng)摩擦系數(shù);n 為氣囊個(gè)數(shù)。
該階段船舶受力可按寬支座彈性方法計(jì)算[5],
在船體底板快要接觸水面時(shí),艉部的部分氣囊半進(jìn)
入水中,產(chǎn)生一定的浮力,減少了對(duì)船臺(tái)板的壓
力,但是船舶受力還是不變的。
2) 下水第2 階段。自船艉艉端接觸水面到
船艉開(kāi)始上浮為第二階段。船舶運(yùn)動(dòng)方向仍與
船臺(tái)平行,該階段的運(yùn)動(dòng)特征是變速運(yùn)動(dòng),隨
著下滑里程增大,船舶所受的浮力與對(duì)船艏支
點(diǎn)的力矩迅速上升,當(dāng)浮力對(duì)艏支點(diǎn)力矩加上
仍參加作用的氣囊對(duì)艏支點(diǎn)的力矩等于自重對(duì)
艏支點(diǎn)力矩時(shí),船艉開(kāi)始浮起,受力情況如圖2
所示。
該階段力與力矩的平衡方程是:
(2)
式中:lG,lw,li 為各作用力到艏支點(diǎn)的力臂;rw 為
船體排水產(chǎn)生的浮力。
在該階段,必須注意防止出現(xiàn)艉落現(xiàn)象,造
成應(yīng)力集中,使船臺(tái)與坡道之間拐點(diǎn)處的氣囊受
力過(guò)大,造成破裂,使船體觸地受損。在滑道下
水中,解決這個(gè)問(wèn)題主要有增加滑道水下部分長(zhǎng)
度、船艏加壓、等更高水位、增加滑道坡度。然
在采用本工藝船臺(tái)設(shè)計(jì)中坡道長(zhǎng)度是有限的,如
加長(zhǎng)則需增加投資,且不便施工,圖3 為筆者參
與設(shè)計(jì)的某船廠萬(wàn)噸級(jí)船臺(tái)船臺(tái)末端設(shè)計(jì)示意圖,
其坡道設(shè)計(jì)為弧形結(jié)構(gòu),坡道長(zhǎng)度為10 m,該船
臺(tái)現(xiàn)已投入使用。因此筆者認(rèn)為只要?dú)饽以跐L動(dòng)
中能保證在坎梁附近兩只氣囊之間的船底板不觸
及船臺(tái)或坡道即可,這需要在船舶下水時(shí)氣囊間
距的合理布置及防止氣囊在該處打滑被擠走。
船艏加壓具有可操作性,但增加了在第4 階
段出現(xiàn)的艏沉深度,有一定的弊端。
增加坡道坡度在該類(lèi)船臺(tái)設(shè)計(jì)中是不可取的。
首先,該類(lèi)船臺(tái)坡度已經(jīng)很大,如再增加,則船
臺(tái)末端結(jié)構(gòu)不易穩(wěn)定,在船舶下水時(shí)容易產(chǎn)生滑
坡或崩塌事件,坡道一般不是樁基梁板結(jié)構(gòu)的。
其次,氣囊在滾動(dòng)中相互之間的距離是很難控制
的。即使布置得很密,也可能在坎梁處出現(xiàn)前一
個(gè)氣囊已經(jīng)滾入水中,不對(duì)船體起支撐作用,后
一個(gè)氣囊又未及時(shí)的滾到坎梁附近或者被擠回,
注:R 為單個(gè)氣囊對(duì)船舶的支撐力,F(xiàn) 為全部氣囊的摩阻力
(包括對(duì)船底板及船臺(tái)板)。
圖1 下水第1 階段船舶受力
圖2 下水第2 階段船舶受力
圖3 某萬(wàn)噸級(jí)船臺(tái)末端設(shè)計(jì)示意
陳邦桿,司太生:船舶縱向氣囊下水工藝船臺(tái)末端水位定性分· 29 ·
水運(yùn)工程2009年
使傾斜的船體船底與末端船臺(tái)板刮擦,使船體受
損。坡度越大,這種機(jī)率也越大。最后,坡度越
大,船艉入水深度越大,對(duì)船臺(tái)前沿水域最小水
深的要求也越高。
等待高水位是個(gè)可取的辦法,半塢式船臺(tái)就
是間接地增高了船舶下水水位,但半塢式一般在
4萬(wàn),5 萬(wàn)噸級(jí)以上船舶建造中使用,如潮差較大、
枯水期水位很低,等待水位會(huì)耽誤生產(chǎn)周期。
3) 下水第3 階段。自船艉上浮到船艏?xì)饽也?br />
與船臺(tái)接觸為第3 階段。該階段中船舶不僅沿著船
臺(tái)下滑,另船艉不斷繞著艏支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),而船艏此時(shí)
只有少數(shù)幾個(gè)氣囊支撐著,有可能使氣囊壓力過(guò)大
致使破裂,或者氣囊對(duì)船體艏部產(chǎn)生較大的反力,
不利于船艏結(jié)構(gòu)安全,但是由于氣囊是大變形體,
可隨著應(yīng)力的變化隨時(shí)自動(dòng)調(diào)整,擴(kuò)散壓力,減小
船舶的應(yīng)力集中,產(chǎn)生“柔性支撐效應(yīng)”,在氣囊
不破損的前提下對(duì)船艏底板產(chǎn)生應(yīng)力比滑道式小得
多。按滑道下水計(jì)算,船艉開(kāi)始艉浮時(shí),滑道反力
約為0.25~0.3,此時(shí)對(duì)氣囊的承壓能力及氣囊間距
均有較高的要求,受力情況如圖4 所示。
因艏支點(diǎn)基本上由幾個(gè)氣囊支撐著,且力矩相
對(duì)很小,故該階段力與力矩的平衡方程可表示為:
(3)
在該階段,另一種可能是船舶在部分船體入
水后,速度加快,在慣性的作用下,船艏可能已
在坡道距離內(nèi),而氣囊在摩擦力的作用下,艉部
及中部氣囊已隨著船舶一起運(yùn)動(dòng),在氣囊運(yùn)動(dòng)速
度小于船舶運(yùn)動(dòng)速度時(shí),船艏已經(jīng)擱置在原先擱
置艉部或中部的氣囊上,因此船艏是通過(guò)氣囊與
坡道接觸的。
4) 下水第4 階段。該階段船舶自重與浮力相
互平衡。受力情況如圖5 所示,此時(shí)注意船艏處
的水深是否符合船艏吃水加慣性下落的吃水深度,
即艏沉深度,以免船艏觸底損傷,這也是對(duì)下水
水位的要求。 |
|