某型船專(zhuān)用曲面墩木優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳滿意 陳濤 梁金柱

摘? ? 要：船舶建造或修理進(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）坐墩過(guò)程中，因船體靠近肶部或者首尾部區(qū)域的外板線型變化較大，該處外板設(shè)計(jì)布墩坐墩時(shí)，存在因受力不均而導(dǎo)致船體外板局部變形的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)該問(wèn)題，本文以某型船為依托設(shè)計(jì)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(chǎn)生變形，又可提高該型船進(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）作業(yè)前布墩施工效率。

關(guān)鍵詞：進(jìn)出塢；外板變形；曲面墩木

中圖分類(lèi)號(hào)：U663.9? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）作業(yè)過(guò)程中，均需按船舶《布墩?qǐng)D》進(jìn)行布墩，即使用墩木墊于主船體底部外板區(qū)域，起到柔性支撐船體外板的作用。常見(jiàn)的墩木有楔形墩木、扁形墩木等。通常，靠近船體外板舭部區(qū)域墩位稱(chēng)為邊墩，選用若干塊寬300 mm、長(zhǎng)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(jīng)三檢（自檢、互檢、專(zhuān)檢）確認(rèn)并報(bào)船檢確認(rèn)后再進(jìn)行船舶坐塢（或船臺(tái)上下排）作業(yè)。

然而，該組合墩位在使用過(guò)程中存在以下現(xiàn)象：一是靠近船體舭部區(qū)域的邊墩，其部分楔形墩木、扁形墩木等會(huì)受力不均衡或受力過(guò)大；二是部分邊墩頂面與船體舭部預(yù)留接觸位置出現(xiàn)離空現(xiàn)象，導(dǎo)致船體舭部區(qū)域局部外板發(fā)生變形；因此，在其墩位布置、墩位數(shù)據(jù)調(diào)整、墩位碼釘固定及三檢過(guò)程中，墩位型值設(shè)計(jì)很重要，必須準(zhǔn)確。例如，布墩?qǐng)D中每一個(gè)肋位墩木水平數(shù)值、距中數(shù)值、四角高度數(shù)值等均需逐一校對(duì)，確保船舶墩木數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。

2? ? 現(xiàn)狀分析

2.1? ?設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

以某型船為例，其《布墩?qǐng)D》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(gè)鋼墩及多個(gè)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(qiáng)結(jié)構(gòu)（包括強(qiáng)肋骨框架、肋板、橫艙壁）及縱向強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(jiàn)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(chǎn)生變形，如圖2所示。

在實(shí)際中應(yīng)用的墩木為長(zhǎng)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(jié)構(gòu)或斜面結(jié)構(gòu)，很容易達(dá)到設(shè)計(jì)效果，而對(duì)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(chǎn)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(tǒng)一，墩木布置誤差或測(cè)量誤差，均會(huì)引起外板受力不均勻而產(chǎn)生船體外板變形或墩木被擠壓失效的情況。

2.2? ?使用現(xiàn)狀

以某型船進(jìn)出塢邊墩為例，隨著船舶緩慢坐墩，船體外板舭部區(qū)域外表面與楔形墩木表面出現(xiàn)不貼合（見(jiàn)圖4），部分邊墩位受力不均勻，導(dǎo)致部分邊墩位楔形墩木、扁形墩木被壓損壞（見(jiàn)圖5）；另一方面，其部分邊墩頂面與船體舭部預(yù)留接觸位置出現(xiàn)局部墩位接觸面離空現(xiàn)象。以上現(xiàn)象均存在船體舭部外板與墩木接觸不良而導(dǎo)致船體舭部局部外板發(fā)生變形的風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于船舶坐墩之后，少量墩位離空或損壞的現(xiàn)象，應(yīng)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(bǔ)墩，確保船舶坐墩可靠安全。

本廠對(duì)該型船坐墩處外板區(qū)域，依據(jù)船體曲面繪制該處船體曲面線型，設(shè)計(jì)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(wèn)題。

3? ? 設(shè)計(jì)改進(jìn)與應(yīng)用

以上述某型船建造或修理進(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）為例，根據(jù)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(yè)時(shí)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(yàn)，減少墩木布置施工時(shí)間，縮短該型船舶建造或修理進(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）作業(yè)周期。

3.1? ?曲面墩木的制作

根據(jù)該型船布墩?qǐng)D、型線圖等資料，確定哪些墩木需要單獨(dú)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(jù)《布墩?qǐng)D》布置墩木位置，按圖中所示肋位號(hào)、距中距離布置墩木位置，提取該處所需的肋骨型值。以長(zhǎng)寬為：800 mm×1000 mm墩位為例，在長(zhǎng)800 mm墩木中心FRXX肋位和前后以FRXX±400位置分別設(shè)置樣條卡片（以下簡(jiǎn)稱(chēng)樣卡）;

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

（3）設(shè)計(jì)木柄線型圖樣：在選取的FRXX、FRXX±400的線型條曲線上，分別根據(jù)木墩寬度截取該處曲線長(zhǎng)度，并在端部設(shè)置分?jǐn)喾?hào)，于三條曲線中間段作垂直于該三條曲線的直線，線段長(zhǎng)度約500 mm左右，該線段端部設(shè)置垂直線段，稱(chēng)之為木柄（如圖6上圖所示）；沿著該直線依次展開(kāi)該三條曲線（如圖6下圖所示）。將上述展開(kāi)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(jù)上面設(shè)計(jì)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(jù)膠膜紙上的木柄長(zhǎng)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(shè)置樣條，以樣卡上點(diǎn)為固定點(diǎn)，利用樣卡上端點(diǎn)不動(dòng)、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(diǎn)，沿著縱向?yàn)橐粭l直線，確定墩木的曲面，如見(jiàn)圖8所示；

（6）墩木曲面刨型：根據(jù)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(duì)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(shí)別號(hào)、墩木定位標(biāo)記，對(duì)刨形曲面墩木設(shè)置墩木編號(hào)，供后續(xù)工序及報(bào)驗(yàn)使用。

另外，根據(jù)布墩位置、仿真模型，當(dāng)船體曲面較大時(shí)，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(shí)，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(diào)鋼墩高度，如圖9所示。

3.2? 工序前移與檢驗(yàn)

制作曲面墩木時(shí)，在每個(gè)曲面墩木外側(cè)標(biāo)示其肋位信息、距中數(shù)據(jù)、四角高度數(shù)據(jù)等，墩木編號(hào)與布墩?qǐng)D按照對(duì)號(hào)入座的原則分類(lèi)存放；檢驗(yàn)人員根據(jù)《布墩?qǐng)D》的墩位肋位信息、距中數(shù)據(jù)、四角高度數(shù)值等做好檢驗(yàn)工作，確保船舶墩木布置位置、線型及高度準(zhǔn)確性。

3.3? 模塊化布墩

施工單位進(jìn)行布墩作業(yè)時(shí)，對(duì)于邊墩墩位，根據(jù)相關(guān)船體布墩?qǐng)D提前完成已檢驗(yàn)的曲面邊墩墩木對(duì)號(hào)入座至相應(yīng)鋼墩上（如圖10所示），按《布墩?qǐng)D》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(jīng)濟(jì)效益

船舶布墩時(shí)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(qū)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(shí)，則使用特制的曲面墩木。例如，某型船《布墩?qǐng)D》中，全船曲面墩木共十多個(gè)，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(yōu)點(diǎn)：

（1）避免了船舶進(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）布墩時(shí)船體舭部外板坐墩時(shí)產(chǎn)生變形的安全隱患，提高船舶進(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）時(shí)的產(chǎn)品安全可靠性；

（2）可進(jìn)行布墩工作的工序前移，有效提高船臺(tái)或船塢布墩功效；

（3）有效縮減墩位布置、墩位數(shù)據(jù)調(diào)整、墩位固定、自檢、互檢、專(zhuān)檢、船檢等工作時(shí)間；

（4）曲面墩木同一型產(chǎn)品可多次循環(huán)使用，重復(fù)利用，降低成本。

5? ? 結(jié)論

船舶進(jìn)出塢（或船臺(tái)上下排）肶部區(qū)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(qū)域墩位布置的正確性、準(zhǔn)確性，使船舶布墩坐墩操作簡(jiǎn)便可靠，提高了效率，縮短了工期，節(jié)約了成本，避免了船體外板因坐墩偏差而產(chǎn)生的安全隱患，保證了船舶坐墩的安全性。同時(shí)，當(dāng)工廠建造批量船舶時(shí)，其首制船布墩制作的曲面墩木使用后，其后續(xù)船可重復(fù)利用，達(dá)到增效降本的目的。本廠已推廣應(yīng)用，效果良好。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：陳滿意（1981-），男，工程師。主要從事船舶修理項(xiàng)目管理工作。

陳? 濤（1986-），男，工程師。主要從事船體設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2022-03-20