汽車渡船提高車輛通過(guò)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(zhuǎn)車客渡船，于2009年建成投入營(yíng)運(yùn)。由于其渡口設(shè)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(guò)要求[1]，在該渡船的艏艉兩端設(shè)置曲面型跳板。為了增加甲板的有效裝載長(zhǎng)度，又能使船舶的自重最小，在船舶與跳板之間設(shè)置與主船體剛性連接的假艏(或假艉)結(jié)構(gòu)，在該船滿載正浮狀態(tài)下，假艏(或假艉)結(jié)構(gòu)端部與基線的距離為3.30 m，主跳板長(zhǎng)度為10 m。隨著近年來(lái)過(guò)江車輛載重量的不斷增加，發(fā)現(xiàn)部分重載車輛在通過(guò)該船時(shí)，車輪會(huì)在主跳板坡度相對(duì)較大的地方出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，這不但使車輛的通過(guò)性變差，也給安全渡運(yùn)帶來(lái)不利影響。本文對(duì)這種狀況進(jìn)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(xiàn)象的具體體現(xiàn)

經(jīng)實(shí)船觀察，當(dāng)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(guò)跳板上船時(shí)其車輪在跳板上不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，見圖1；當(dāng)船上已裝有載車輛，特別是當(dāng)重型車輛裝載在船舶的艉部，形成一定艉傾的情況下，后續(xù)車輛上船過(guò)程中，車輛的驅(qū)動(dòng)輪在跳板與假艏相連處附近與跳板間有明顯的打滑現(xiàn)象出現(xiàn)，見圖2。

1.2 打滑現(xiàn)象的原因分析

由圖1、圖2對(duì)比可知，β大于α。根據(jù)摩擦定理[2]，若車輛的總重量在其驅(qū)動(dòng)輪上分配的重量P，當(dāng)車輛通過(guò)跳板時(shí)，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(dāng)車輛的驅(qū)動(dòng)輪與跳板間形成的摩擦力大于車輛通過(guò)跳板所需的牽引力時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，車輛就可以順利通過(guò)跳板。與此相反，當(dāng)車輛的驅(qū)動(dòng)輪與跳板間形成的摩擦力小于車輛通過(guò)跳板所需的牽引力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，車輛就無(wú)法順利通過(guò)跳板。

α—當(dāng)船上未裝載車輛時(shí)，船舶艏部的跳板與水平面形成的夾角

β—當(dāng)靠近船的艉部已裝有車輛時(shí)，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(qū)動(dòng)輪上分配的重量為P，當(dāng)車輛通過(guò)跳板時(shí)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(guò)跳板時(shí)驅(qū)動(dòng)輪與跳板間出現(xiàn)打滑現(xiàn)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(zhǎng)度；三是保持船舶主體結(jié)構(gòu)和跳板長(zhǎng)度不變，減少假艏(或假艉)的末端高度值。下面討論各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

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(huì)使船舶的儲(chǔ)備浮力減小，船舶的穩(wěn)性也不能滿足法規(guī)要求。因此，這個(gè)方案行不通。

2.2 增加跳板長(zhǎng)度

由圖1可知，增加跳板長(zhǎng)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(zhǎng)度的增加，若要保證跳板的強(qiáng)度和剛度不變，就需加大跳板的結(jié)構(gòu)尺寸，這樣船舶的鋼材使用量就會(huì)增加，從而導(dǎo)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(dǎo)致船舶的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也明顯增加，不利于船舶的操縱性。因此，增加跳板長(zhǎng)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(jié)構(gòu)和跳板長(zhǎng)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(nèi)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(chǔ)備浮力、穩(wěn)性等綜合性能，因此這個(gè)方案是比較理想的。

3 具體改造方案

3.1 改造目標(biāo)

保持該船現(xiàn)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(lái)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(diào)整前后(單位：mm)

3.2 改造方案

如前所述，在本次改造過(guò)程中，保持船舶的主船體結(jié)構(gòu)、主跳板結(jié)構(gòu)和副跳板結(jié)構(gòu)不變，對(duì)吊架結(jié)構(gòu)和假艏(或假艉)結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改造。

3.2.1局部加強(qiáng)

(1)船舶進(jìn)塢(或上坡)后將船舶調(diào)整至水平狀態(tài)，然后予以可靠定位。

(2)拆除與主副跳板相連接的保險(xiǎn)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(chǎn)生不必要的變形，在假艏(或假艉)和吊架的適當(dāng)部位等采取必要的臨時(shí)加強(qiáng)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(nèi)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(jìn)入假艏(或假艉)內(nèi)部進(jìn)行施工。

圖4 縱向構(gòu)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(gòu)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(jìn)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(tái)進(jìn)行測(cè)量、校正、加強(qiáng)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(gòu)件沿圖4的縱向構(gòu)件切割線進(jìn)行切割。圖4的縱向切割線定位尺寸65 mm系計(jì)算值，沒有考慮焊接變形等，施工時(shí)需要結(jié)合工廠的技術(shù)能力、工藝水平和設(shè)備條件等因素，通過(guò)放樣確定各縱向構(gòu)件的實(shí)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(jìn)行對(duì)接、定位，并進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)。

⑵將假艏(或假艉)的各縱向構(gòu)件與艏(或艉)封板進(jìn)行焊接。

⑶補(bǔ)齊假艏(或假艉)的底封板并進(jìn)行焊接。

⑷ 將吊架結(jié)構(gòu)按圖5的側(cè)板切割線割除側(cè)板，按構(gòu)件切割線割除相關(guān)內(nèi)部構(gòu)件。

圖5 吊架側(cè)板及構(gòu)件切割線示意圖(單位：mm)

⑸ 按吊架原有側(cè)板、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)格和尺寸要求，補(bǔ)齊側(cè)板、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并進(jìn)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(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行測(cè)量；如有變形應(yīng)進(jìn)行校正。

⑺測(cè)量假艏(或假艉)與主跳板相連接的各鉸鏈副，如有變形應(yīng)進(jìn)行校正；如磨損超過(guò)規(guī)定要求應(yīng)進(jìn)行更換，并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鏜孔。

⑻ 安裝主副跳板。

⑼ 現(xiàn)場(chǎng)拉線，重新定位保險(xiǎn)耳板的位置。

⑽ 安裝與主副跳板相連接的保險(xiǎn)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(nèi)部應(yīng)采用臨時(shí)加強(qiáng)措施，以防止變形過(guò)大；切割后的邊緣應(yīng)打磨、清潔。

(2)改造結(jié)構(gòu)的焊接請(qǐng)按現(xiàn)行規(guī)范要求進(jìn)行。

(3)所有構(gòu)件均需預(yù)處理，達(dá)到Sa2.5級(jí)。

(4)改造過(guò)的相關(guān)構(gòu)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(jié)構(gòu)和跳板結(jié)構(gòu)均不變，對(duì)吊架結(jié)構(gòu)和假艏(或假艉)進(jìn)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(guò)改造，一方面主船體與假艏(或假艉)及跳板間的過(guò)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(guò)能力得到很大的提升。通過(guò)一段時(shí)間的使用驗(yàn)證，各種車輛都均順利通過(guò)。

6 結(jié)語(yǔ)

各種車輛能否順利通過(guò)汽車渡船，是衡量其安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性等的重要標(biāo)志之一。汽車渡船的車輛通過(guò)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(guān)。對(duì)于特定的渡口，其碼頭狀況是確定的，通過(guò)和車輛是隨機(jī)的，通過(guò)的車輛是隨機(jī)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(guān)參數(shù)的合理整合。