船舶橡膠護舷應(yīng)用與安裝技術(shù)探討

鄧盛志

(福建省莆田市海洋與漁業(yè)局，福建 莆田 351100)

船舶橡膠護舷一般來說包含了剪切型、轉(zhuǎn)動型、壓縮型以及充氣型等幾種不同類型，而壓縮型橡膠護舷表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)便利以及安裝維護方便等優(yōu)勢，近年來在國內(nèi)外得以非常普遍地應(yīng)用。另外根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式還能夠?qū)⑵鋭澐譃镈型、V型、拱形、H型等，當前D型橡膠護舷逐漸淘汰，V型從20世紀60年代開始得以推廣應(yīng)用，而拱形和H型、鼓型橡膠護舷屬于專門針對大型船舶研制生產(chǎn)的新品種。

1 橡膠材料特性

船舶橡膠護舷的基本材料為橡膠，它屬于一種高分子化合物，橡膠的分子結(jié)構(gòu)決定了它是高黏性和高彈性的阻尼材料。橡膠材料的高黏彈性一般來說反映在如下兩個方面：一方面是彈性模量小、形變較大。這是因為大分子的鏈段在承受外力作用之后能夠發(fā)生運動，分子順著受力方向運動，可以讓橡膠彈性形變達到1000%。船舶防撞橡膠護舷的主要要求便是應(yīng)當具備反作用力小、形變大的特性，從而提供更好的碰撞性能，因此橡膠材料在船舶防撞護舷中得以普及應(yīng)用。另一方面是形變需要時間，彈性形變以及塑性形變同時進行屬于高分子材料的形變特性，也可稱其為黏彈性，黏彈行為需要依賴時間。形變落后于應(yīng)力而出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，導致部分彈性能轉(zhuǎn)化為熱能被損耗，把擁有較高黏彈性的橡膠制作為船舶防撞護舷，借助于其黏滯性可以有效抵消船舶受到的撞擊動能，而撞擊過程往往會經(jīng)過較長時間，有效減輕撞擊力。

2 船舶橡膠護舷應(yīng)用及制造生產(chǎn)工藝

2.1 橡膠護舷的選型設(shè)計

對船舶橡膠護舷實施選型設(shè)計的過程中，必須要充分了解船舶靠岸時的撞擊能量，選擇的橡膠護舷在設(shè)計壓縮變形時能夠吸收的能量需要超過船舶靠岸的撞擊能量，同時確保護舷反力不超過靠船建筑物的允許反力，護舷面壓力不超過船舶傍板的容許面壓力[1]。

2.2 拱形橡膠護舷選型依據(jù)

為確保能夠達到船舶撞擊能量的需要，此處應(yīng)用拱形橡膠護舷，選擇這一類型橡膠護舷的依據(jù)為：一是拱形船舶橡膠護舷自身壓縮變形較大，相對于V型橡膠護舷提升20%左右，可在很大程度上增強其吸能性。二是對于壓縮型橡膠護舷來說，拱形護舷的單位質(zhì)量吸能效率更高。三是錨固性較強，能夠廣泛應(yīng)用在船舶、碼頭等各種場景，安裝便利且維護成本低。四是前部設(shè)計防沖板以及PE貼面板，能夠有效降低面壓力且降低和船板之間的摩擦系數(shù)，能夠讓大型船舶的?？考羟辛︼@著減少。如果船舶傍板不平整的情況下，在?？窟^程中很容易出現(xiàn)橡膠護舷防沖板變形的問題，設(shè)計PE貼面板即可實現(xiàn)減少摩擦系數(shù)，降低?？考羟辛?，避免防沖板變形損壞的目標。

2.3 船舶橡膠護舷膠料選擇

船舶橡膠護舷的主要應(yīng)用標準是吸能性強、反力小、對船體的面壓低，上述要求和護舷自身結(jié)構(gòu)和橡膠緩沖件的形狀結(jié)構(gòu)存在非常密切的關(guān)系，同時和膠料自身性能也息息相關(guān)，因此對膠料進行合理選擇是非常關(guān)鍵的。膠料的硬度與定伸應(yīng)往往會影響到最終產(chǎn)品的實際性能，通常情況下硬度越高則反力與面壓相對越大，吸能越強。另外因為船舶橡膠護舷在受到?jīng)_撞的情況下是憑借其形變來實現(xiàn)有效的能量吸收，如果存在較高的壓力與面壓往往會影響其順利?？浚砸龅阶罴训牧W性能不能夠單純地考慮膠料的硬度。

當船舶處于?？繝顟B(tài)時，橡膠護舷受力不均勻，它會受到剪切、扭轉(zhuǎn)、摩擦等力作用，且會出現(xiàn)壓縮或彎曲的狀態(tài)。因此膠料必須要具備一定的強度與彈性，同時能夠擁有較強的抗海水侵蝕性。通常來說船舶橡膠護舷的含膠率應(yīng)當控制在50%左右，讓其擁有一定的彈性與低壓縮變形。一般可以使用天然膠融合少許丁苯、氯丁或三元乙丙橡膠，確保最終制作出的產(chǎn)品具備耐磨、耐寒、彈性等性能。

2.4 制造工藝

2.4.1 模具設(shè)計和工裝配置

結(jié)合拱形船舶橡膠護舷單體較大且硫化時間長的突出特征，可采取具備硫化加熱系統(tǒng)的單體夾壁罐式硫化工藝，從而促進生產(chǎn)制造效率提升，有效控制生產(chǎn)成本，確保最終產(chǎn)品質(zhì)量達標。根據(jù)實際需求設(shè)計同時能夠提供加壓加熱功能的單體夾壁罐裝備系統(tǒng)，對加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化，確保生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)節(jié)能目標的實現(xiàn)。

2.4.2 膠料收縮率的確定

膠料硫化冷卻之后尺寸開始收縮，導致成品尺寸相對于模具尺寸更小，所以進行模具設(shè)計的過程中必須要充分結(jié)合所選膠料的實際收縮率。對膠料收縮率可能帶來影響的外部因素較多，一般包括膠料的熱膨脹、制品結(jié)構(gòu)形式、斷面厚度、含膠率以及硫化環(huán)境等。由于外部影響因素太多，對膠料收縮率的計算也相對更加復雜，通常選取按照制品與模型尺寸計算公式、硫化膠邵爾A硬度計算公式以及硫化溫度計算公式，在具體生產(chǎn)活動中，選取硫化膠硬度計算的經(jīng)驗公式較為普遍，同時針對船舶橡膠護舷來說，由于其屬于大型制品，對于具體尺寸精度的要求可以適當放寬，一般公差控制在±7%左右[2]。

2.5 生產(chǎn)工藝

2.5.1 內(nèi)嵌加強板的處理

現(xiàn)階段針對鋼板和橡膠進行黏合的常見方式包括硬質(zhì)膠黏合法、硫化磷黏合法、異氰酸酯黏合法以及商品膠黏合法。對上述黏合方法進行橫向比對分析后了解到，異氰酸酯黏合法即便原料不穩(wěn)定且可能對操作人員身體健康帶來損害，但其具備更強的黏合性，相對更符合船舶橡膠護舷。該黏合方法的基本流程為：

（1）對鋼板實施噴砂處理，隨后選擇稀鹽酸進行酸洗，干燥之后選擇丙酮對表面油脂進行清理。噴砂與酸洗后的金屬表面積提高，表面活性更加集中。

（2）進行硫化處理之前4 h把合成的異氰酸酯膠黏劑涂抹在金屬表面，放置2 h左右。

（3）放置2 h后再向其表面涂抹高硬度膠料膠漿，從而產(chǎn)生黏合力增強層。

（4）把厚度在8 mm左右的高硬度膠料片黏合于表層。

（5）把高硬度膠料和成型膠混合后的緩沖膠片張貼于表層。

2.5.2 成型

此環(huán)節(jié)是結(jié)合船舶橡膠護舷結(jié)構(gòu)，把混煉膠片在成型模具內(nèi)黏貼為預制件。各類膠片最終成型之前必須嚴格遵循具體規(guī)格制作為相應(yīng)形狀，外層膠與內(nèi)層膠片的厚度也需要靈活管控。因為收縮率的影響，預制成型過程中需要合理添加膠料讓制品密實，硫化過程中多余膠料能夠從預留口流出，可有效提升最終成品的精度，促進產(chǎn)品質(zhì)量提升。針對存在嵌入件的船舶橡膠護舷，在模具設(shè)計階段需要確保嵌入件的正常定位公差，同時在成型過程中應(yīng)當確保其位置精度準確。

2.5.3 硫化

船舶拱形橡膠護舷屬于大型橡膠制品，需要確定相對更大的硫化壓力，比如說20～40 MPa，這一數(shù)值已經(jīng)遠超過普通橡膠制品的硫化壓力。另外因為船舶橡膠護舷的厚度更大，需要實施低溫長時間硫化處理，溫度一般保持在140～1 600 ℃之間，硫化時間可參照硫化特性曲線予以控制[3]。

根據(jù)上述生產(chǎn)制造流程最終得到的橡膠護舷，其相關(guān)指標都符合船舶橡膠護舷防撞標準。

3 船舶橡膠護舷安裝工藝優(yōu)化措施

3.1 首部圓型橡膠護舷安裝工藝

針對船舶首部位置圓型橡膠護舷的安裝來說，一般是利用Φ25的鍍鋅鏈條從中間穿過，兩旁分別用花蘭螺絲進行固定。其外圍選擇28條高強度滌綸布帶從舷底部穿過包裹護舷后回到舷墻中依靠U型拉碼緊固，所有拉碼都設(shè)置于舷墻結(jié)構(gòu)上，這樣不僅操作便利且整體外觀較為平整。

（1）因為大部分供應(yīng)商無法對圓型橡膠護舷實現(xiàn)整條生產(chǎn)制造，因此將其劃分為三段分別制作，斷口位置應(yīng)當處于弧度最小區(qū)域，切口可以預留相應(yīng)補償量。為確保接口生產(chǎn)質(zhì)量，應(yīng)當對接口位置的安裝工藝進行特殊處理。

（2）選擇Auto CAD軟件制作模型，確保舷墻開孔的精準度，開孔周圍需要設(shè)置不銹鋼圓鋼，保證光滑平順。舷墻開孔區(qū)域和圓型橡膠布帶槽位應(yīng)當一一對應(yīng)，從而有效提升安裝質(zhì)量，確保外形整體美觀。

（3）舷墻結(jié)構(gòu)開口區(qū)域配置捆綁拉碼結(jié)構(gòu)，同時焊接并打磨后進行下一道工序。

（4）針對高強度滌綸布帶應(yīng)當合理控制其大小尺寸，過長無法拉緊，過短則達不到實際需要，一般2 m的滌綸布帶可以適當預留25 mm左右的拉伸量。滌綸布帶外需要套上膠管來防止海水和日曬侵蝕，促進其使用壽命的提升。

（5）確保橡膠護舷結(jié)構(gòu)尺寸的精準度，將誤差大小控制在±5 mm之內(nèi)。

（6）等待涂抹油漆完全干燥后進行吊裝作業(yè)，橡膠護舷實施起吊時的壓縮或拉伸都可能對安裝質(zhì)量帶來影響，所以需要制作獨立的簡易三角架進行輔助，根據(jù)順序從船中朝兩側(cè)依次收緊滌綸布帶，作業(yè)人員利用電動扳手將U型碼上的螺母予以緊固，隨后收緊鏈條兩端的花蘭螺絲。

（7）橡膠護舷末端位置過去一般選擇鐵板制作為錐形喇叭口，但這樣做的成本偏高，因此將其替換為橡膠錐形頭，讓護舷端部能夠平滑過渡，在降低成本的基礎(chǔ)上還能夠讓外形更加美觀。

3.2 首尾部W型橡膠護舷安裝

船舶首位位置W型橡膠護舷在安裝過程中必須要確保外觀整齊，質(zhì)量達標，針對有弧度的船體表面怎樣更加準確地確定橡膠護舷具體安裝位扁鋼開孔，可提前制作相關(guān)簡易模具，依靠模具能夠更加快速精準地找到W型橡膠護舷在護舷扁鋼上的開孔[4]。詳細作業(yè)流程為：

（1）根據(jù)橫截面為450 mm×500 mm的W型制作對應(yīng)的立體模具，可選擇鋁板或者鋁管進行制作。

（2）選擇Φ57×6 mm的不銹鋼管進行加工，得到20×Φ57×6 mm的不銹鋼環(huán)，將其嵌入護舷扁鋼。

（3）制作12×Φ70×Φ42 mm不銹鋼墊圈，用于Φ40 mm插桿封固。

（4）進行劃孔、開孔操作，將不銹鋼套環(huán)嵌入其中。從船中逐漸朝著左右依次使用立體模具靠攏擺放劃線，進而得到橡膠護舷在護舷扁鋼上的具體安裝位置。在選擇應(yīng)用立體模具時必須要確保和基線之間的垂直，兩個模具按順序靠攏擺放，避免出現(xiàn)留空或者重疊的現(xiàn)象。扁鋼開孔嵌入不銹鋼套環(huán)，確保套環(huán)處于扁鋼中間，隨后選擇Φ40圓管對上中下各個護舷扁鋼的開口是否同心進行檢查，隨后實施焊接打磨作業(yè)。

（5）Φ40不銹鋼圓鋼插桿進行編號，其中一端加工倒角45×5，另外一端提前焊接好，橡膠護舷安裝環(huán)節(jié)時確保對號入座。

（6）安裝位置油漆完全干燥后即可進行W型橡膠護舷安裝，同時安裝不銹鋼插桿，下端選擇12×Φ70×Φ42 mm的不銹鋼墊圈。

3.3 D型護舷橡膠護舷工藝

D型護舷扁鋼一般在分段制作時同步進行安裝作業(yè)，有效避免交叉作業(yè)，船體合攏后再對斷口位置予以補齊。將D型橡膠護舷中的孔位取到護舷扁鋼上，隨后開孔嵌入不銹鋼環(huán)，作業(yè)過程中需要確保上下扁鋼開孔保持垂直。不銹鋼插桿、不銹鋼套環(huán)以及點券安裝處理流程和W型橡膠護舷安裝工藝基本相同，此處不再進行贅述。

3.4 船舶橡膠護舷安裝工藝優(yōu)化成效

首先，優(yōu)化之后的橡膠護舷安裝工藝即便涉及到較多工序流程，然而實現(xiàn)了分布推進，在分段制作過程中不會對其他作業(yè)造成干擾。尤其是W型橡膠護舷選擇模具劃線開孔方式，保證了孔位的精準度，相對于過去的安裝工藝來說工效更高。其次，借助于計算機模擬軟件設(shè)計制作模型從而實現(xiàn)更加準確的定位，進一步提升安裝作業(yè)效率，降低失誤成本，有效減少了安裝周期。再次，優(yōu)化之后的橡膠護舷安裝工藝，各個工藝環(huán)節(jié)安裝到位，安裝質(zhì)量得以顯著提升，整個護舷結(jié)構(gòu)外觀整體美感度更加。護舷扁鋼嵌入不銹鋼套環(huán)屬于其中的亮點，從而避免出現(xiàn)水銹的問題，也能夠有效防止橡膠護舷位置的銹跡不滿船殼而影響船體整體形象。最后，優(yōu)化后的橡膠護舷安裝工藝，相對于過去的安裝流程增設(shè)了不銹鋼套環(huán)和焊接環(huán)節(jié)，但整體安裝成本增長不明顯，增加的成本遠遠低于橡膠護舷實際應(yīng)用之后能夠產(chǎn)生的效益[5]。

4 結(jié)語

總而言之，近年來我國航運業(yè)得以飛速發(fā)展，船舶、碼頭所需要的防撞橡膠護舷日益增多，對護舷防撞性能也提出了更高的要求。橡膠護舷借助于自身較強的韌性和抗沖擊力而得以普及運用，在實際應(yīng)用安裝和生產(chǎn)制造過程中，必須要嚴格遵循相關(guān)標準規(guī)范，進一步優(yōu)化制造安裝工藝流程，促進橡膠護舷質(zhì)量性能不斷提升，為航運業(yè)與造船業(yè)的發(fā)展帶來更多助力。