3000t機械船臺滑道弧形變直線軌道型式分析

為滿足大型艦艇的保障要求，擴(kuò)大修理民用船舶的能力，工廠迫切需要增加上、下排能力。以某型護(hù)衛(wèi)艦和某型登陸艦以及某型破冰船作為母型進(jìn)行3000t縱向機械式船臺滑道的改造設(shè)計，設(shè)計中綜合考慮地域和水文的影響因素，為減小末端水深和增加干軌長度，采用弧形變直線的軌道型式。針對這種獨特的軌道型式，下面對其特性進(jìn)行論證分析。

1 軌道基本參數(shù)

水域和陸域高程基準(zhǔn)面均為當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面時，滑道水平投影總長度285.7m，前部分弧形滑道段半徑7000m，水平投影長度225.7m，后部分直線滑道坡度1∶30，水平投影長度60m;分界點處切線斜率1∶17.3。軌道梁起點標(biāo)高+4.156m，弧形滑道與直線滑道交點處軌頂標(biāo)高－5.263m，軌道梁終點標(biāo)高－7.263m。

1)幾種潮高時的干軌長度，見表1。

表1 幾種潮高時的干軌長度 m

2)3種船型上排停置后，末節(jié)車和船尾處的軌頂標(biāo)高及此標(biāo)高水位1天的持續(xù)時間，見表2。

表2 軌頂標(biāo)高及持續(xù)時間

2 軌道型式特性分析

本設(shè)計在前段弧形滑道的基礎(chǔ)上，尾部連接60m長，坡度1∶30的直線滑道，此種型式的軌道設(shè)計未發(fā)現(xiàn)先例，無經(jīng)驗供參考和借鑒。針對工廠上排的實際情況，對本滑道型式在使用中可能遇到的難點及問題進(jìn)行理論分析。

1)小車下水。

隨船小車之間均采用銷軸、拉桿型式的活節(jié)連接，可在相鄰兩節(jié)車所壓軌道面變坡時做適當(dāng)調(diào)整。定性分析以下幾種軌道型式中活節(jié)的作用:①直線滑道。從始至終坡度不變，小車?yán)瓧U只有在軌道梁產(chǎn)生變形的情況下才會轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行調(diào)整。②弧形滑道。從始至終坡度都在變，但任意兩小車間的坡度變化是相同的，小車?yán)瓧U角度也只有在軌道梁產(chǎn)生變形的情況下才會轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行調(diào)整。③弧形變直線滑道。在某一隨船小車通過分界點，而其后一輛小車還未通過的這段時間內(nèi)，前者的坡度保持1∶30不變，后者坡度繼續(xù)變大，從而產(chǎn)生了兩小車的坡度變化，小車自重 (去除浮力)產(chǎn)生的平衡力矩大于拉桿與銷軸之間的摩擦力矩和小車的慣性矩 (跟速度有關(guān))以及淤泥的阻力力矩，產(chǎn)生拉桿的轉(zhuǎn)動;反之，會出現(xiàn)車輪無法貼緊軌道，發(fā)生出軌。

通過以上分析得出:軌道梁不發(fā)生變形的情況下，只有第3種軌道型式才會發(fā)生拉桿的扭轉(zhuǎn)。通過改進(jìn)活節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加轉(zhuǎn)向能力，可以保證隨船小車的下水。

2)設(shè)計母型船上、下排計算。

對直龍骨船型上排，隨船小車在船臺區(qū)布墩組車后，龍骨線必須是一條直線。在直線滑道和弧形滑道上，小車組無論放到任何位置，龍骨線依然是一條直線，但在弧形變直線滑道上，小車組如果首和尾壓在了兩種軌道型式上，龍骨墩將不再是一條直線，處于直線段滑道的小車龍骨會高出龍骨線。因此，在上、下排過程中，隨船小車在直線段滑道位置是絕對不能坐墩的。

以下分別對幾種典型船型的上排過程進(jìn)行計算分析。

(1)某型護(hù)衛(wèi)艦。上排潮高1.8m，首車高(包含龍骨墩)1.7m，首車坐墩處水深4.13m;艦艇艏吃水3.03m，艉吃水3.09m;隨船小車占用長度85m;根據(jù)計算，小車組下放到軌道末端，前移水平距離約23m后，首車坐墩，此時尾車還處在分界點后大約37m處。首車坐墩后，船體將隨小車同時前移，船首部受首車支反力作用抬起，船體尾部也會因為浮力減小而降低，直至船體龍骨同時坐到首車后其余小車龍骨墩上。在這個過程中，船體首、尾吃水始終發(fā)生變化，浮力的大小和浮心位置也始終在變，同時首車的支反力也始終變化。為確定船體整體坐墩時小車所處的位置，我們考慮下水情況，下水時船體艉浮瞬間的位置必定相同于上排時整體坐墩瞬間的位置。

該船下水主要依據(jù):船長98m，下水質(zhì)量1580t，重心至首車距離40.81 m。在船臺區(qū)，潮水1.8m時，首垂線處吃水－4.420m，尾吃水－1.319m。

通過靜水力計算下水狀態(tài)數(shù)據(jù)，繪制計算表(略)和下水曲線圖 (略)。根據(jù)下水曲線圖可以得出某型護(hù)衛(wèi)艦下水時，在離船臺起始端124.5m處，船尾開始上浮，也就是說上排時尾車過分界點14.7m后，船體才會完全坐墩。因此滑道設(shè)計能滿足某型護(hù)衛(wèi)艦上、下排的要求。但對潮高和潮位持續(xù)時間有要求，上排前要準(zhǔn)備充分。

(2)按上述方法分別對某型登陸艦、某型破冰船也進(jìn)行了計算分析，在特定吃水情況下，上排整體坐墩和下排艉浮點均在分界點之前，所以滑道設(shè)計也能滿足這兩種母型船上、下排的要求?？紤]民用船舶的特點，有針對性的選取了500t冷藏船進(jìn)行了計算，也得出同樣的結(jié)論。

3 結(jié)論

通過計算和分析，弧形變直線軌道型式的機械船臺滑道設(shè)計適合工廠的實際情況，既保證了足夠的干軌長度，滿足上排船修理施工的要求，又減少了軌道末端水深，減少水下挖掘工程的施工量和清淤的難度。同時，本軌道型式又存在一定的弊端:小車運行穩(wěn)定性較其它型式差，對機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求高，同時上下排操作時，潮水高度和持續(xù)時間必須滿足要求才能進(jìn)行。

針對以上問題，要求在詳細(xì)設(shè)計和投入使用后必須注意以下問題:①主牽引絞車和倒拉絞車設(shè)計速度不宜過快，盡量降低隨船小車的下水速度，以減小通過分界點時隨船小車轉(zhuǎn)向的慣性矩。②設(shè)計排車方案時盡量減小隨船小車間距離，縮短拉桿長度，以減小通過分界點時拉桿角度的變化值。③優(yōu)化設(shè)計拉桿與銷軸之間連接的活節(jié)結(jié)構(gòu)，減小轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力。④滑道使用后定期清淤，減小淤泥對小車下水產(chǎn)生的阻力。⑤每型船上、下排操作前都要進(jìn)行計算，確定需要的最低潮水高度和持續(xù)時間，保證隨船小車與船體在分界點后不能觸壓。⑥優(yōu)化上下排操作工藝，提高塢墩安裝精度。