30 m拖輪整體吊裝下水方案設計

胡輝輪+盧龍強+楊家倫+張大鵬

摘 要：介紹了30 m拖輪在地面大合攏建造達到下水狀態后采用整體吊裝下水的工藝技術，結合場地設施能力，通過對其受力形式分析及相關結構的強度校核，設計出一種安全可靠的下水方案，使得該小型船舶無需在船塢或船臺建造，優化了建造場地資源，有利于提高船廠產能。該吊裝技術采用船體結構充當吊耳和高強度吊帶結合的吊運方式，優于傳統焊接吊耳的吊運方式，對類似船舶吊裝具有參考意義。

關鍵詞：小型拖輪；吊裝下水；高強度吊裝帶；

中國分類號：U671.5 文獻標識碼：A

Abstract： This paper describes a launching technology of a small 30M TUG by lifting with lifting belt. Based on the stress analysis and strength check of the relevant structures， a safe and reliable launching scheme is designed， the small tug will be built without the construction site of dock or berth， it saves the shipbuilding space and improves shipbuilding capacity. With the hull structure as lifting lug and high-intensity lifting belt， the lifting technology is better than the traditional lifting by welding lifting lug.

Key words： Small Tug； Launching by lifting； High-intensity lifting belt；

1 前言

針對本廠承建的30 m拖輪，該船主尺度（總長×型寬X型深）為30.80×12.00×5.35 m，空船重量約530 t。結合600 t龍門吊資源，決定于船塢邊地面上建造，然后利用龍門吊將船舶整體吊運到船塢水上，最后直接出塢到碼頭進行作業。本文介紹整體吊裝下水的工藝流程和方案措施。

傳統吊裝形式一般采用焊接鋼性吊耳，其工作量較大，需焊接吊耳、拆除吊耳、打磨等，而且破壞油漆。對此，現改進設計以下的吊裝形式：船體首部采用高強度吊裝帶[4]繞過船底兜吊，尾部采用舷側外板伸出甲板面充當吊耳，然后掛卸扣進行吊運。該形式省去了傳統焊接吊耳、拆除吊耳的工作量，重點在于吊耳的設置和吊帶兜吊形式，同時需對各吊點進行一系列的強度計算，校核強度[1]是否達到安全要求。

2 吊裝吊點設計

2.1 吊裝參數

空船重量：530 t；重心：X=FR29+12，Y=-5.5，Z=4 025； 龍門吊起重能力：600 t；

高強度吊裝帶（合成纖維吊帶）：2條，抗拉力：100 t； 工裝墊塊：5件。

2.2 吊點形式

（1） 尾部吊點形式

采用升高舷頂列板設置成吊耳結構。根據30m拖輪船型和結構特點（見圖1），將舷頂列板設置成伸出甲板面，并改為加厚板，左右對稱，然后開出吊耳孔充當吊耳使用（見圖4）。該船的型寬12 m，剛好與龍門吊的1#、2#鉤間距相等，可使用1#和2#鉤垂直掛鋼絲繩，受垂直拉力。船舶吊裝下水完成后，可直接將舷頂列板升高的吊耳部分修割平齊即可。

（2）首部吊點形式

采用墊塊工裝和吊帶進行兜吊，具體工裝形式和安裝方式見圖2、3。

墊塊的作用是將吊帶線狀的集中勒力通過墊塊分散傳遞到船體外板，同時固定吊帶位置，分隔吊帶與外板的接觸，保護外板不受集中力而發生變形以及保護外板油漆。工裝墊塊結構見圖6，長度橫跨5檔肋位，與外板接觸的一面加裝一層橡膠，避免與外板剛性接觸。工裝另一面設置兩卡槽，承載兩根吊帶。工裝墊塊安裝時，先使用鋼絲繩串聯起來（圖3），然后掛上船外板，收緊鋼絲繩，使工裝墊塊緊貼船體外板。船舶吊裝下水完成后，在水上卸下工裝回收即可。

3 鋼絲繩和吊帶的穿掛形式

3.1 首部穿吊帶形式

先于船體外板掛好墊塊工裝，將兩條吊帶的一端從船底穿過，兩邊的兩條吊帶的端部通過環形吊索連通，使得兩條吊帶在受力時能自動平分拉力。兩條吊帶要卡到工裝墊塊上的兩個卡槽位處，使吊帶在受拉過程中不會滑動。

3.2 尾部穿鋼絲繩形式

尾部的升高結構吊耳一邊各有四個吊耳眼孔，吊耳眼孔上掛卸扣與鋼絲繩連接，為使每個吊耳受力平均，鋼絲繩需走通連接。

4 受力分析及強度校核

4.1 吊點受力分析

主要參數：空船重量530 t；重心：X=FR29+12， Y=-5.5， Z=4 025，重心在橫向偏移5.5 mm可略去不計；尾部吊點距船舶重心的縱向距離為5 512 mm，首部墊塊吊點中心距船舶重心的縱向距離為6 738 mm。

（1）尾部采用1#鉤和2#鉤掛鉤，鋼絲繩垂直，兩個吊鉤受力相同，為：

2×F1×（5 512+6 738）-530×6 738=0 ， F1=145.8 t 。在1#、2#鉤起重能力范圍內（單鉤額定起重量225 t）。

F1平均分給4個吊耳，每個吊耳受力約為36.6 t。

（2）首部3#鉤的吊鉤受力為： F2×（5 512+ 6 738）-530×5 512=0 ， F2=238.5 t ，在3#鉤起重能力范圍內（單鉤額定起重量320 t）。

（3）吊帶的兜吊形式及角度如圖2所示，每根吊帶受拉力為P，上墊塊受壓力為Fa，舭部墊塊受壓力為Fb，下墊塊受壓力為Fc：

2P=F2/2/cos17°=124.4 t， P=62.2 t<100 t，在吊帶負荷范圍內。

（4）舷側a處，墊塊對船外板的壓力為 Fa=2×2P×cos78°=51.7 t。

（5）舭部b處，墊塊對船外板的壓力為： Fb=2×2P×cos61°=120.6 t。

（6）底部c處，墊塊對船底呆木底板的壓力為 Fc=2×2P×cos65°=105.1 t。

4.2 船體整體強度校核：

將船體簡化成一根簡支梁，將船體的重量簡化為在重心處的集中載荷進行強度計算，則最大彎矩在重心位置的截面。經計算，該彎矩值為：Ma=1.574 613 04×107 kN·mm，重心位置的截面如圖5所示，該截面的中和軸位置y=2 580 mm，即呆木底板到中和軸距離y1=2 580 mm ， 主甲板距中和軸最大距離y2=3 306 mm，截面慣性矩為：I=25 895.98 cm2.m2 。

由圖5可知，主甲板受最大壓應力σ-max，呆木底板受最大拉應力σ+max ：

最大拉應力σ+max 和最大壓應力σ-max遠小于抗拉強度和抗壓強度（板材材質為普通碳素鋼Q235），故船體強度是安全的。

4.3 船體局部強度校核

（1）工裝墊塊在舷側外板的壓力為Fa=51.7 t，承壓區域有甲板（板厚8 mm）和5檔型材（板厚均10 mm），承壓面積達3.68×104 mm2，壓應力為14.05 MPa，小于允許壓應力78.33 MPa。

（2）工裝墊塊在舭部外板的壓力為Fb=120.6 t，承壓區域有5檔T型材（T型材腹板板厚10 mm），承壓面積達3.2×104 mm2，壓應力為37.69 MPa，小于允許壓應力78.33 MPa。

（3）工裝墊塊在船底呆木外板的壓力為Fc=105.1 t，呆木底板板厚25 mm，承壓區域有5檔肋板，（板厚10 mm），兩邊還有10 mm厚的封板，承壓面積達6.8×104 mm2，壓應力為15.46 MPa，小于允許壓應力78.33 MPa。

由上計算得知，工裝墊塊對外板的擠壓應力均小于許用應力，工裝墊塊處的外板局部強度是安全的，外板不會變形凹陷。

4.4 墊塊工裝強度校核

工裝墊塊結構示意圖見圖6。

單塊工裝墊塊受力最大的位置在呆木底板處，由上計算知呆木位置兩根吊帶對墊塊的壓力為105.1t，單根吊帶施力約為52.5 t。按肋板對墊塊的集中載荷計算，墊塊對船體外板的壓力平均分散到5檔肋板處，墊塊受最大拉應力在兩根吊帶位置的兩處截面，該兩處截面的最大彎矩值相等，為Mb=7.408 8×104 kN·mm。

墊塊橫剖面的慣性矩I=2.17×108 .mm4，ymax= 171 mm，最大拉應力為：

故墊塊工裝強度安全。

4.5 尾部的伸出吊環強度校核

由前面得知單個吊環受力約36.6 t，吊環示意圖如圖7所示，將吊環分解出單個吊環形式進行計算：

（1）吊耳拉應力

[σ]=σ/3=78.33 MPa

σ拉=36.6 t/（670×12）mm2=44.612 MPa<78.33 MPa

故吊耳抗拉強度安全。

（2）吊耳切應力

[τ]=0.6[σ]=47.00 MPa

τ=36.6 t/2/（110×16+75×20×2）mm2=37.676 MPa<47.00 MPa

故吊耳剪切強度安全。

（3）吊耳擠壓應力

[σ擠壓]=0.42σ=98.7 MPa，85 t

σ擠壓=36.6 t/（85×56） mm2=75.353 MPa<98.7 MPa

故吊耳擠壓強度安全。

4.6 吊耳焊縫強度校核

[σ焊]=0.3σ=0.3×235 MPa=70.5 MPa

σ焊=36.6 t/（12×670）mm2=44.612 MPa<70.5 MPa。

故吊耳焊縫強度安全。

整個吊環加厚板的區域有主甲板、2檔橫壁、5檔T梁，足以將吊環受力分散到船體結構，且鋼絲繩垂直往上拉，船體結構區域強度能夠承受而不會發生變形。

4.7 結論

通過上述強度校核計算結果可知，30 m拖輪整體吊裝強度安全，現場按該方案執行順利完成吊裝下水，實踐證明該吊運方案是安全可行的。

5 結束語

本文對該吊裝方案進行了介紹和分析，通過一系列的強度校核，確保方案的安全性和可行性，對類似小型船舶吊裝有參考意義，也可進一步考慮首尾同時采用吊帶的形式或者同時采用延伸結構作為吊耳的形式。

參考文獻

[1] 范欽珊.工程力學[M].機械工業出版社.，2002，

[2] 張曉明.吊耳的設計計算及吊裝[J].杭氧科技，2013.

[3] 戚占軍，祁海，朱云平.起重吊索具及其應用[J].船舶標準化與質量，2004（6）：11-13.

[4] 鄭延才，曲恩，王波，覃汝銘.合成纖維吊裝帶的研究[J]，1993（1）.