海洋船舶（平台）下水牵引力计算的影响因素分析

丁 邦 建

（南通力威机械有限公司，江苏 如皋 226500）

海洋船舶（平台）下水牵引力计算的影响因素分析

丁 邦 建

（南通力威机械有限公司，江苏 如皋 226500）

目前尚无海洋船舶（平台）下水牵引力的标准计算方法或规范，导致在计算时考虑因素不充分，选用的绞车拉力不够，出现牵引不顺畅，船舶不能顺利下水。通过对海洋船舶及海洋平台下水计算牵引力相关的诸多因素分析及选用合理的计算方法，为正确选用牵引设备提供依据。

海洋船舶；牵引力；下水；摩擦系数；摩擦式绞车

0　引 言

海洋船舶（平台）下水的方式很多，都需要牵引设备来牵引。一般选用摩擦式绞车（卷扬机），因为这种绞车由主辅机组成，主机起牵引作用，辅机起容绳作用，容绳量大，一般可达3000～5000m甚至更多。使用多倍率滑轮组，能保证定点出绳，额定速度无内外层影响，速度一致，电机功率使用合理，便于多台同步控制。

在下水过程中，遇到牵引力不能满足实际牵引的要求，甚至相差很大，导致下水不顺利的原因，是在选用绞车牵引时，只考虑船体自重和手册上理论摩擦系数、滑轮效率，忽视其他因素，导致选用牵引力不足，使船舶不能顺利下水或绞车超负荷使用，带来安全隐患。

几个明显的现象可以判断绞车的超载：1） 钢丝绳拉力传感器显示实时拉力和实时显示电流数据；数据；2） 轨道副压溃，使原摩擦面损坏，牵引力增大；3） 正常下水时，船舶被牵引作匀速运动，如果超载大，这种匀速移动就变成静止→加速运行→减速运行→静止这种周期性的运动。如果船舶搁在岸和海的交界处，牵引设备损坏不能继续牵引，不但造成人工及材料的浪费，甚至会损伤船体。所以必须重视海洋船舶下水牵引影响因素分析与计算。

1　海洋船舶下水牵引力分析与计算

1.1海洋船舶下水布置及结构

图1为两台绞车通过滑轮组同步牵引船舶下水（入坞状态）系统示意图。由牵引绞车、滑轮组、滑轮组两固定端（船体牵引另端固定端）、改向滑轮、地基（浮船压载舱）、滑道（下轨道）、上导轨、支承件及船体等组成。

图1　船舶下水布置（入坞状态）

绞车钢丝绳通过改向滑轮进入滑轮组实施牵引。由于牵引船体从静止开始，其摩擦系数很大，往往通过千斤顶在船体后部辅助作用，使绞车顺利牵引。

1.2摩擦力F

摩擦力是牵引主要受力

其中选择合适的摩擦系数是关键。查阅有关设计手册上的摩擦系数表，皆为一般情况下的试验数值，表中的数据只能作参考。船舶下水的工况只选用表中现成的摩擦系数，会造成计算不准确。实际工况中，影响摩擦系数的因素很多。

1.2.1摩擦面粗糙度影响

对于船舶下水的使用轨道摩擦面又宽又长，一般不可能进行机械加工来改善表面的粗糙度，整个导轨不平度相差大。导轨长度达200～300m，每点都在一个水平面内很困难。图2为下雨天拍摄的下轨道，一部分积水深度达15mm，一部分在水上达到10mm，最大高度差达25mm左右。

1.2.2润滑影响

一般资料介绍有润滑、无润滑下的摩擦系数，在船舶下水工况中一般都取有润滑下使用，实际使用过程中，虽然承压的导轨面上涂满了润滑油，运动不久后先前涂抹的润滑油就被挤出，由于轨道面宽并很长，中间没有润滑点，润滑油很难进入大部需要承压的润滑面，形成不了良好的油膜。所以选择有润滑状态下的摩擦系数与实际工况不完全相符，且摩擦系数相差很大。

1.2.3温度和湿度影响

1） 温度影响

在一定的温度范围条件下，随着环境温度的提升，材料的摩擦系数有一些变化，但变化的大小因材料而异。有关试验表明，制动摩擦面的适宜工作温度 100～350℃，劣质制动摩擦片在温度达到 250℃时，其摩擦系数就急剧下降。

2） 湿度影响［1］

通过对金属-金属摩擦副包括T8A-T8A，T8A-AL和AL-AL，3种分别代表了硬材料-硬材料、硬材料-软材料和软材料-软材料的试验，金属-金属副的静摩擦系数见图 3。可见随相对湿度增加，3种金属-金属摩擦副的静摩擦系数均增大。所以空气湿度对船舶下水的摩擦系数影响较大。

图2　拍摄的轨道面不平误差

图3　金属-金属副的静摩擦系数

1.2.4导轨比压对摩擦系数的影响

在大连某船舶有限公司，船舶下水中摩擦副为木材与钢件导轨，现场发现木材被压溃开裂变形。

广州中远某船务公司选用摩擦副为钢-钢，为减少摩擦系数和相同材料的咬合，采用不锈钢铁皮垫在导轨面上，在牵引过程中，发现不锈钢因受力皱起的现象。说明这种材料的比压承受不了实际压力。

压力很小时，摩擦系数为常数，与压力无关，牵引压力增大到一定数值后，润滑剂被挤掉，表面油膜被破坏，两摩擦副分子吸附作用增强，从而使摩擦系数随压力增加而增加，增加到一定程度后趋于稳定。如果出现上述原因，摩擦系数剧增，导致摩擦面损坏。表1是根据连尼氏测得滑动摩擦系数与压力关系，可见摩擦系数随压力改变变化很大，也很难确定一个合理的数值。这种情况下，其摩擦系数超过了无润滑状态下的摩擦系数，至少按无润滑摩擦系数来考虑。所以计算时首先要保证轨道承受的压力在允许的压力范围内。

1.2.5摩擦系数与速度的关系

表2（中国百科网提供的数据）列出的数据虽然不适合船舶下水的速度。从表2可知，速度与摩擦系数的关系较大，特别是船舶下水速度比较慢，摩擦系数将更大。

经上述几个方法对摩擦系数的分析，可见不同工况场合摩擦系数相差很大，甚至成倍叠加差别，计算出的牵引力也就会有显著差别。

1.3坡度影响

在坡度上牵引船舶受力状况见图4。

式中：G——移动船体总质量； FP——牵引力。

表1　滑动摩擦因素与压力变化关系

表2　摩擦系数与速度的关系

1.4风力载荷影响

由于海边经常遇到风力较大，不可忽略，对牵引力的影响也比较大，在《起重机设计手册》［2］有详细的计算参考。

1.5几个牵引点牵引力［3］不均匀性

船舶下水由各公司根据各自实际设计的牵引点的数量，少则两点，多则达到二十几个点，理论上保证各牵引点的拉力相同且同步，实际上不可能理想化，有的相差还很大。即使采用两牵引点进行牵引，理论上同步，且拉力相等，实际两牵引点移动有超前和滞后现象，两套滑轮组钢丝绳，拉伸长度不一致。牵引点越多，牵引力更不均匀。

机械设计手册［4］中双键强度计算，只能按1.5个键的数量计算，又如计算牙嵌离合器的强度时计算齿数只能按设计齿数的1/3～1/2计算，这些都是考虑实际受力过程双键和多个点不均匀受力，而船舶牵引多点受力的不确定性更大。

1.6上下摩擦运行时的水平侧向力阻力

上下导轨相对运动时，其侧面（导向）相互摩擦也产生一定的阻力从而增加牵引力。

图4　坡度上船舶牵引受力

1.7滑轮组

滑轮组倍率和效率的计算都是应用规范性的计算，需要注意的是实际存在的状况对传动效率的影响。

1） 应考虑滑轮内轴承是滑动轴承还是滚动轴承，轴承有无损坏；2） 是否有完全的润滑；3） 润滑油能否进入润滑点，特别是滑动轴承的润滑，在重载的情况能否保证完全润滑，在现场遇到过一端滑轮随着涨潮全部设在海水中，另一端听到滑轮轴承与轴因失油摩擦而产生的尖叫声；4） 润滑剂的选用。

2　计算牵引力

牵引力计算一定要从实际工况出发进行计算，为了简化计算，先分析影响牵引的因素，再分析这些因素对该工况的影响，如影响不大，可忽略不计，如影响敏感的就必须要考虑，比如：尽管实际计算摩擦系数工作较复杂，但对于摩擦系数选择，有的最好进行试验得出。有些地方基本上没有多大风力就可不考虑，有些地方风力很大则必须考虑风力的影响。

由于计算与实际牵引过程间还有些不确定因素，建议在计算牵引力增加10%～15%的安全系数。

3　牵引力不足的处理措施

对于已经配置的、已经超负荷牵引过的绞车建议采用以下措施改善。

1） 改善轨道的润滑，将承压导轨面涂满润滑油，并建议在上轨道全长上设若干润滑点，不断补充润滑油改善其润滑（见图5）；

2） 对绞车进行保养，因为经受过严重的超载，要仔细检查各零件的变型、磨损情况，连接螺栓的松动、失效情况，对一些需要更换的零件作更换处理；

3） 重新设计下水牵引方案，如果绞车牵引不够，可以选择相应的措施：（1） 增加牵引绞车的数量来增加牵引力；（2） 增加滑轮组倍率，用此方法增加了牵引力，但速度会随倍率增加而下降。

图5　上轨道增加润滑点

［1］ 盛选禹，雒建斌，温诗铸. 相对湿度对几种摩擦副静摩擦系数的影响［J］. 摩擦学学报，2001 （1）： 42-46.

［2］ 张质文，虞和谦，王金诺，等. 起重机设计手册［M］. 北京：中国铁道出版社，1998.

［3］ 崔永平. 掘进机牵引力和牵引阻力分析［J］. 煤矿机械，2010 （2）： 69-70.

［4］ 成大先. 机械设计手册［M］. 北京：化学工业出版社，2010.

Analysis of the Influencing Factors on Traction Calculation of Ocean-going Vessel （Platform） Launching

DING Bang-jian

（Nantong Liwei Machinery Co.，Ltd.， Jiangsu Rugao 226500）

There is no standard calculation method or rules regarding the traction for launching of ocean-going ships or platforms up till now， which may lead to insufficient consideration of influencing factors in calculation， or the w inches to be used having insufficient pulling force， or unsmooth ship launching due to poor traction and so on. Through analyzing various influencing factors concerning traction calculation for the launching of ocean-going vessels and platforms， and through application of proper calculation methods， this paper w ill provide basis for correct selection of traction equipment.

ocean-going vessels； traction； launching； friction coefficient； friction type w inch

轮机与辅机

U671.5

A

2095-4069 （2016） 02-0027-05

10.14056/j.cnki.naoe.2016.02.006

2015-03-11

丁邦建，男，高级工程师，1963年生。1986年毕业于江苏工学院机械制造工艺及设备专业，现为江苏省海洋作业平台系泊定位系统工程技术研究中心主任，从事海洋工程系泊定位系统、工程船起重绞车和甲板机械等研究开发。