汽車渡船提高車輛通過能力的改造方案

陳松濤,薛 軍

(江蘇省通沙汽車輪渡管理處，江蘇 南通 226000)

0 引言

江蘇省通沙汽車輪渡管理處所屬的某60 m全回轉車客渡船，于2009年建成投入營運。由于其渡口設有斜坡碼頭，為保證渡船與碼頭的有效銜接，并滿足全車型通過要求[1]，在該渡船的艏艉兩端設置曲面型跳板。為了增加甲板的有效裝載長度，又能使船舶的自重最小，在船舶與跳板之間設置與主船體剛性連接的假艏(或假艉)結構，在該船滿載正浮狀態下，假艏(或假艉)結構端部與基線的距離為3.30 m，主跳板長度為10 m。隨著近年來過江車輛載重量的不斷增加，發現部分重載車輛在通過該船時，車輪會在主跳板坡度相對較大的地方出現打滑現象，這不但使車輛的通過性變差，也給安全渡運帶來不利影響。本文對這種狀況進行了分析研究并提出改造方案。

1 車輪在跳板上打滑原因分析

1.1 打滑現象的具體體現

經實船觀察，當船上沒有裝載車輛，也就是在船舶沒有艉傾的情況下，車輛在通過跳板上船時其車輪在跳板上不會出現打滑現象，見圖1；當船上已裝有載車輛，特別是當重型車輛裝載在船舶的艉部，形成一定艉傾的情況下，后續車輛上船過程中，車輛的驅動輪在跳板與假艏相連處附近與跳板間有明顯的打滑現象出現，見圖2。

1.2 打滑現象的原因分析

由圖1、圖2對比可知，β大于α。根據摩擦定理[2]，若車輛的總重量在其驅動輪上分配的重量P，當車輛通過跳板時，車輪與跳板間形成的摩擦力與P成正比，與跳板和水平面形成的夾角(α或β)成反比；當車輛的驅動輪與跳板間形成的摩擦力大于車輛通過跳板所需的牽引力時，就不會出現打滑現象，車輛就可以順利通過跳板。與此相反，當車輛的驅動輪與跳板間形成的摩擦力小于車輛通過跳板所需的牽引力時，就會出現打滑現象，車輛就無法順利通過跳板。

α—當船上未裝載車輛時，船舶艏部的跳板與水平面形成的夾角

β—當靠近船的艉部已裝有車輛時，船舶艏部的跳板與水平面形成的夾角

2 改造方案的比較和確立

由上述可知，若車輛在驅動輪上分配的重量為P，當車輛通過跳板時車輪與跳板間形成的摩擦力與P成正比，與跳板和水平面形成的夾角(α或β)成反比。因此，為防止車輛在通過跳板時驅動輪與跳板間出現打滑現象，需要減小跳板與水平面的夾角(α或β)。由圖1或圖2可知，減小跳板與水平面的夾角的途徑有三種形式：一是減少船舶主船體艏部(或艉部)的高度值；二是增加跳板長度；三是保持船舶主體結構和跳板長度不變，減少假艏(或假艉)的末端高度值。下面討論各自的優缺點。

2.1 減少船舶主船體艏部(或艉部)的高度值

由圖1可知，減少船舶主船體艏部(或艉部)的高度值是減小跳板與水平面夾角的有效途徑之一，但是此方案需要改造主船體、吊架和假艏(或假艉)。這樣做一方面改造的工程量比較大，另一方面隨著艏部(或艉部)高度值的減少，不但增加船舶上浪的可能性，而且減少船舶的有效干舷值會使船舶的儲備浮力減小，船舶的穩性也不能滿足法規要求。因此，這個方案行不通。

2.2 增加跳板長度

由圖1可知，增加跳板長度是減小跳板與水平面夾角的有效途徑之一。但隨著跳板長度的增加，若要保證跳板的強度和剛度不變，就需加大跳板的結構尺寸，這樣船舶的鋼材使用量就會增加，從而導致船舶自重也隨之增加。此外，由于跳板所增加的重量全部集中在船舶的艏艉兩端，導致船舶的轉動慣量也明顯增加，不利于船舶的操縱性。因此，增加跳板長度的方法雖然可行，但不是很理想。

2.3 減少假艏(或假艉)的末端高度值

保持船舶主體結構和跳板長度不變，減少假艏(或假艉)的末端高度值是減小跳板與水平面夾角的有效途徑之一。改造方案的內容為：保持假艏(或假艉)與主船體相連接處的高度值不變，僅減少其末端的高度值。這種方法不但改造工程量最小，而且改造后不影響船舶的儲備浮力、穩性等綜合性能，因此這個方案是比較理想的。

3 具體改造方案

3.1 改造目標

保持該船現有假艏(或假艉)與主船體連接處的高度3.30 m不變，將假艏(或假艉)的末端高度由原來的距基線3.30 m降至3.15 m。假艏(或假艉)端部改造前后的情況見圖3。

圖3 假艏(或假艉)端部調整前后(單位：mm)

3.2 改造方案

如前所述，在本次改造過程中，保持船舶的主船體結構、主跳板結構和副跳板結構不變，對吊架結構和假艏(或假艉)結構進行局部改造。

3.2.1局部加強

(1)船舶進塢(或上坡)后將船舶調整至水平狀態，然后予以可靠定位。

(2)拆除與主副跳板相連接的保險鏈、起吊鋼絲繩、鉸鏈等,拆下主副跳板。

(3)為防止并控制假艏(或假艉)產生不必要的變形，在假艏(或假艉)和吊架的適當部位等采取必要的臨時加強措施。

3.2.2假艏(或假艉)與吊架分離及主船體割離

(1)在假艏(或假艉)與吊架相連處沿甲板覆板板的上表面，將假艏(或假艉)與吊架割離。

(2)將主船體艏(或艉)封板外表面向艏(或艉)600 mm范圍內的假艏(或假艉)的底封板割除(參考圖4的底封板切割線)，以便進入假艏(或假艉)內部進行施工。

圖4 縱向構件切割線示意圖(單位：mm)

(3)在假艏(或假艉)與艏(或艉)封板相連處沿艏(或艉)封板的外表面，將假艏(或假艉)的各構件與艏(或艉)封板割離，其中甲板板在艏(或艉)封板相連的外表面向艏(或艉)延伸150 mm處進行割離(參考圖4的甲板板切割線)。

(4)將完全割離后的假艏(或假艉)移到合適的平臺進行測量、校正、加強并固定。

(5)將連接主跳板的鉸鏈全部割除，保留鉸鏈的覆板。

(6)將假艏(或假艉)與艏(或艉)封板相連處的縱向構件沿圖4的縱向構件切割線進行切割。圖4的縱向切割線定位尺寸65 mm系計算值，沒有考慮焊接變形等，施工時需要結合工廠的技術能力、工藝水平和設備條件等因素，通過放樣確定各縱向構件的實際切割線。

3.3 假艏(或假艉)等的重新安裝

⑴ 將修整完成后的假艏(或假艉)與主船體按圖3 b)的定位要求進行對接、定位，并進行臨時加強。

⑵將假艏(或假艉)的各縱向構件與艏(或艉)封板進行焊接。

⑶補齊假艏(或假艉)的底封板并進行焊接。

⑷ 將吊架結構按圖5的側板切割線割除側板，按構件切割線割除相關內部構件。

圖5 吊架側板及構件切割線示意圖(單位：mm)

⑸ 按吊架原有側板、內部結構的規格和尺寸要求，補齊側板、內部結構，并進行定位、施焊。

⑹ 假艏(或假艉)與吊架及艏(或艉)封板裝焊全部完成后，拆除臨時加強結構，并進行測量；如有變形應進行校正。

⑺測量假艏(或假艉)與主跳板相連接的各鉸鏈副，如有變形應進行校正；如磨損超過規定要求應進行更換，并現場進行鏜孔。

⑻ 安裝主副跳板。

⑼ 現場拉線，重新定位保險耳板的位置。

⑽ 安裝與主副跳板相連接的保險鏈、起吊鋼絲繩等。

4 工藝要求

(1)假艏(或假艉)和吊架在切割前內部應采用臨時加強措施，以防止變形過大；切割后的邊緣應打磨、清潔。

(2)改造結構的焊接請按現行規范要求進行。

(3)所有構件均需預處理，達到Sa2.5級。

(4)改造過的相關構件需涂防銹底漆。

5 改造效果

本船采用保持船舶的主船體結構和跳板結構均不變，對吊架結構和假艏(或假艉)進行局部改造的方法，也就是保持假艏(或假艉)與主船體相連接處的高度值不變，將假艏(或假艉)的末端的高度值減少150 mm。本船通過改造，一方面主船體與假艏(或假艉)及跳板間的過渡更加順暢，另一方面跳板與水平面的夾角減少了約1.2°。這兩方面的原因，促使本船跳板的通過能力得到很大的提升。通過一段時間的使用驗證，各種車輛都均順利通過。

6 結語

各種車輛能否順利通過汽車渡船，是衡量其安全性、經濟性和實用性等的重要標志之一。汽車渡船的車輛通過能力與車輛種類、裝載量和裝載形式和船型、跳板以及碼頭狀況及船型、跳板與碼頭間各相互間的配合等因素密切相關。對于特定的渡口，其碼頭狀況是確定的，通過和車輛是隨機的，通過的車輛是隨機的，可以改變的是船型、跳板形式以及車、船、跳板和碼頭等相互間相關參數的合理整合。