某型船專用曲面墩木優化設計

陳滿意 陳濤 梁金柱

摘? ? 要：船舶建造或修理進出塢（或船臺上下排）坐墩過程中，因船體靠近肶部或者首尾部區域的外板線型變化較大，該處外板設計布墩坐墩時，存在因受力不均而導致船體外板局部變形的風險。針對該問題，本文以某型船為依托設計制作曲面墩木，與船舶外板線型相匹配，既避免船體外板因受力不均產生變形，又可提高該型船進出塢（或船臺上下排）作業前布墩施工效率。

關鍵詞：進出塢；外板變形；曲面墩木

中圖分類號：U663.9? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Optimization Design on Special Curved Blocks of One-Type Ships

CHEN Manyi1，? CHEN Tao2，? LIANG Jinzhu2

（ 1.Troop Number 91412，? Zhanjiang 524000;? 2. CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： During the process of ship building or repair docking（or the upper and lower rows of shipways）， there is a risk of local deformation of the ships outer plate due to uneven stress on the contact surface between the outer plate and the pier wood when designing and arranging the pier wood， and due to the large line shape of the outer plate near the bilge or the bow and stern areas of the ships hull. In response to this issue， this article takes a certain type of ship as an example to conduct research， designing and manufacturing curved pier beams that match the line shape of the outer plate of the ship. That is to avoid the deformation of shell plating due to the uneven force and improve the efficiency of blocks arrangement before docking and undocking（or the upper and lower rows of shipways）.

Key words： Docking and Undocking;? Deformation of Shell Plating;? Curved Blocks

1? ? ?前言

船舶建造或修理進出塢（或船臺上下排）作業過程中，均需按船舶《布墩圖》進行布墩，即使用墩木墊于主船體底部外板區域，起到柔性支撐船體外板的作用。常見的墩木有楔形墩木、扁形墩木等。通常，靠近船體外板舭部區域墩位稱為邊墩，選用若干塊寬300 mm、長1 000 mm楔形墩木、扁形墩木等相互疊加成某一角度及高度的組合墩位后，用碼釘相互連接固定，經三檢（自檢、互檢、專檢）確認并報船檢確認后再進行船舶坐塢（或船臺上下排）作業。

然而，該組合墩位在使用過程中存在以下現象：一是靠近船體舭部區域的邊墩，其部分楔形墩木、扁形墩木等會受力不均衡或受力過大；二是部分邊墩頂面與船體舭部預留接觸位置出現離空現象，導致船體舭部區域局部外板發生變形；因此，在其墩位布置、墩位數據調整、墩位碼釘固定及三檢過程中，墩位型值設計很重要，必須準確。例如，布墩圖中每一個肋位墩木水平數值、距中數值、四角高度數值等均需逐一校對，確保船舶墩木數據準確有效。

2? ? 現狀分析

2.1? ?設計現狀

以某型船為例，其《布墩圖》典型剖面如圖1所示：以船塢底部為基面，水平放置鋼墩，鋼墩上放置與船體外板接觸的墩木，防止船體外板直接與鋼墩剛性接觸。

以船舶中心線為中心，依次布置中墩、邊墩。該中墩、邊墩均由一個鋼墩及多個楔形墩木、扁形墩木等相互疊加并用碼釘固定而成。

通常，選取船體底部肋位強結構（包括強肋骨框架、肋板、橫艙壁）及縱向強結構下方位置布置墩木，即船塢底部布置鋼墩，鋼墩上端面布置墩木，墩木上表面（見圖2）與船體板外表面做接觸面，利用木材可塑性，確保船體外板墩木接觸位置不產生變形，如圖2所示。

在實際中應用的墩木為長方形形體，只能以片、面的方式接觸船體的外板曲面，這樣的墩木在平底外板結構或斜面結構，很容易達到設計效果，而對于曲面外板，就難以保證與船體外板的包裹性接觸，因船體曲面處墩木均為片、面的接觸，造成船體曲面接觸不均勻，容易產生船體外板受力不均勻，如圖3所示。此外，如圖1所示的某船型的邊墩均為曲面接觸，容易造成主受力平面不統一，墩木布置誤差或測量誤差，均會引起外板受力不均勻而產生船體外板變形或墩木被擠壓失效的情況。

2.2? ?使用現狀

以某型船進出塢邊墩為例，隨著船舶緩慢坐墩，船體外板舭部區域外表面與楔形墩木表面出現不貼合（見圖4），部分邊墩位受力不均勻，導致部分邊墩位楔形墩木、扁形墩木被壓損壞（見圖5）；另一方面，其部分邊墩頂面與船體舭部預留接觸位置出現局部墩位接觸面離空現象。以上現象均存在船體舭部外板與墩木接觸不良而導致船體舭部局部外板發生變形的風險；對于船舶坐墩之后，少量墩位離空或損壞的現象，應待船舶坐墩后，立刻把離空的墩木打緊，并將損壞的墩位更換或補墩，確保船舶坐墩可靠安全。

本廠對該型船坐墩處外板區域，依據船體曲面繪制該處船體曲面線型，設計該處曲面墩木，一方面更有效的提高墩木接觸面積，另一方面更可靠的布置該處墩木，有效解決該型船有線型處墩木與外板接觸問題。

3? ? 設計改進與應用

以上述某型船建造或修理進出塢（或船臺上下排）為例，根據船體線型，在需布置墩木的船體舭部處的墩木，將其制作成曲面墩木，在作業時使其緊密接觸，既可確保與船體外板具有良好的包裹性接觸，又能便于檢驗，減少墩木布置施工時間，縮短該型船舶建造或修理進出塢（或船臺上下排）作業周期。

3.1? ?曲面墩木的制作

根據該型船布墩圖、型線圖等資料，確定哪些墩木需要單獨制作成曲面墩木。曲面墩木制作原理同曲面胎架，具體方法如下：

（1）墩木定位：根據《布墩圖》布置墩木位置，按圖中所示肋位號、距中距離布置墩木位置，提取該處所需的肋骨型值。以長寬為：800 mm×1000 mm墩位為例，在長800 mm墩木中心FRXX肋位和前后以FRXX±400位置分別設置樣條卡片（以下簡稱樣卡）;

（2）提取線型：利用CAD軟件，根據船體型線圖，提取FRXX、FRXX±400處的線型;

（3）設計木柄線型圖樣：在選取的FRXX、FRXX±400的線型條曲線上，分別根據木墩寬度截取該處曲線長度，并在端部設置分斷符號，于三條曲線中間段作垂直于該三條曲線的直線，線段長度約500 mm左右，該線段端部設置垂直線段，稱之為木柄（如圖6上圖所示）；沿著該直線依次展開該三條曲線（如圖6下圖所示）。將上述展開的三條曲線打印在膠膜紙上，以便于下一步工人制作木卡樣;

（4）制作木卡樣：放樣人員根據上面設計的有木柄線型的膠膜紙圖樣，（利用鋼釘、木板釘制出T型樣條卡片（如圖7所示），分別根據膠膜紙上的木柄長度制作出FRXX肋位及FRXX±400的樣卡;

（5）確定墩木曲面：分別以FRXX肋位及FRXX±400設置樣條，以樣卡上點為固定點，利用樣卡上端點不動、下端線型變化的原理，定出墩木曲面，最終以上三檔樣卡頂部固定點，沿著縱向為一條直線，確定墩木的曲面，如見圖8所示；

（6）墩木曲面刨型：根據FRXX肋位及FRXX±400的樣卡，木工按照樣卡上方縱向固定于一線、下方線型隨著樣卡變化，對墩木曲面刨形處理，刨出曲面墩木的形狀;

（7）增加曲面墩木識別號、墩木定位標記，對刨形曲面墩木設置墩木編號，供后續工序及報驗使用。

另外，根據布墩位置、仿真模型，當船體曲面較大時，為使該處更好接觸于船體外板，特別是該處距離基線較高時，匹配墩木下面常放置鋼墩，在鋼墩上使用角鋼固定曲面墩木位置，再用使鋼楔微調鋼墩高度，如圖9所示。

3.2? 工序前移與檢驗

制作曲面墩木時，在每個曲面墩木外側標示其肋位信息、距中數據、四角高度數據等，墩木編號與布墩圖按照對號入座的原則分類存放；檢驗人員根據《布墩圖》的墩位肋位信息、距中數據、四角高度數值等做好檢驗工作，確保船舶墩木布置位置、線型及高度準確性。

3.3? 模塊化布墩

施工單位進行布墩作業時，對于邊墩墩位，根據相關船體布墩圖提前完成已檢驗的曲面邊墩墩木對號入座至相應鋼墩上（如圖10所示），按《布墩圖》做好全船布墩工作，確保曲面墩位型值的正確，保證船舶坐墩安全可靠。

4? ? 經濟效益

船舶布墩時并非所有的墩木都需要制作成曲面墩木，一般船舶中部有平底區域，可以直接用扁形墩木；在船體肶部及首、尾部線型變化較大時，則使用特制的曲面墩木。例如，某型船《布墩圖》中，全船曲面墩木共十多個，全部提前制作完成并布置好，保證了船舶布墩坐墩的可靠性、可操作性、安全性。

使用曲面墩木的主要優點：

（1）避免了船舶進出塢（或船臺上下排）布墩時船體舭部外板坐墩時產生變形的安全隱患，提高船舶進出塢（或船臺上下排）時的產品安全可靠性；

（2）可進行布墩工作的工序前移，有效提高船臺或船塢布墩功效；

（3）有效縮減墩位布置、墩位數據調整、墩位固定、自檢、互檢、專檢、船檢等工作時間；

（4）曲面墩木同一型產品可多次循環使用，重復利用，降低成本。

5? ? 結論

船舶進出塢（或船臺上下排）肶部區域的布墩采用特制的曲面墩木，提高了船舶布墩坐墩在船體肶部及首尾部區域墩位布置的正確性、準確性，使船舶布墩坐墩操作簡便可靠，提高了效率，縮短了工期，節約了成本，避免了船體外板因坐墩偏差而產生的安全隱患，保證了船舶坐墩的安全性。同時，當工廠建造批量船舶時，其首制船布墩制作的曲面墩木使用后，其后續船可重復利用，達到增效降本的目的。本廠已推廣應用，效果良好。

參考文獻

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[2]? 黃浩.船體工藝手冊[M]. 北京：國防工業出版社， 2013.

[3]? 應長春.船舶工藝技術 [M]．上海：上海交通大學出版社， 2013.

作者簡介：陳滿意（1981-），男，工程師。主要從事船舶修理項目管理工作。

陳? 濤（1986-），男，工程師。主要從事船體設計工作。

收稿日期：2022-03-20