30 m拖轮整体吊装下水方案设计

胡辉轮+卢龙强+杨家伦+张大鹏

摘 要：介绍了30 m拖轮在地面大合拢建造达到下水状态后采用整体吊装下水的工艺技术，结合场地设施能力，通过对其受力形式分析及相关结构的强度校核，设计出一种安全可靠的下水方案，使得该小型船舶无需在船坞或船台建造，优化了建造场地资源，有利于提高船厂产能。该吊装技术采用船体结构充当吊耳和高强度吊带结合的吊运方式，优于传统焊接吊耳的吊运方式，对类似船舶吊装具有参考意义。

关键词：小型拖轮；吊装下水；高强度吊装带；

中国分类号：U671.5 文献标识码：A

Abstract： This paper describes a launching technology of a small 30M TUG by lifting with lifting belt. Based on the stress analysis and strength check of the relevant structures， a safe and reliable launching scheme is designed， the small tug will be built without the construction site of dock or berth， it saves the shipbuilding space and improves shipbuilding capacity. With the hull structure as lifting lug and high-intensity lifting belt， the lifting technology is better than the traditional lifting by welding lifting lug.

Key words： Small Tug； Launching by lifting； High-intensity lifting belt；

1 前言

針对本厂承建的30 m拖轮，该船主尺度（总长×型宽X型深）为30.80×12.00×5.35 m，空船重量约530 t。结合600 t龙门吊资源，决定于船坞边地面上建造，然后利用龙门吊将船舶整体吊运到船坞水上，最后直接出坞到码头进行作业。本文介绍整体吊装下水的工艺流程和方案措施。

传统吊装形式一般采用焊接钢性吊耳，其工作量较大，需焊接吊耳、拆除吊耳、打磨等，而且破坏油漆。对此，现改进设计以下的吊装形式：船体首部采用高强度吊装带[4]绕过船底兜吊，尾部采用舷侧外板伸出甲板面充当吊耳，然后挂卸扣进行吊运。该形式省去了传统焊接吊耳、拆除吊耳的工作量，重点在于吊耳的设置和吊带兜吊形式，同时需对各吊点进行一系列的强度计算，校核强度[1]是否达到安全要求。

2 吊装吊点设计

2.1 吊装参数

空船重量：530 t；重心：X=FR29+12，Y=-5.5，Z=4 025； 龙门吊起重能力：600 t；

高强度吊装带（合成纤维吊带）：2条，抗拉力：100 t； 工装垫块：5件。

2.2 吊点形式

（1） 尾部吊点形式

采用升高舷顶列板设置成吊耳结构。根据30m拖轮船型和结构特点（见图1），将舷顶列板设置成伸出甲板面，并改为加厚板，左右对称，然后开出吊耳孔充当吊耳使用（见图4）。该船的型宽12 m，刚好与龙门吊的1#、2#钩间距相等，可使用1#和2#钩垂直挂钢丝绳，受垂直拉力。船舶吊装下水完成后，可直接将舷顶列板升高的吊耳部分修割平齐即可。

（2）首部吊点形式

采用垫块工装和吊带进行兜吊，具体工装形式和安装方式见图2、3。

垫块的作用是将吊带线状的集中勒力通过垫块分散传递到船体外板，同时固定吊带位置，分隔吊带与外板的接触，保护外板不受集中力而发生变形以及保护外板油漆。工装垫块结构见图6，长度横跨5档肋位，与外板接触的一面加装一层橡胶，避免与外板刚性接触。工装另一面设置两卡槽，承载两根吊带。工装垫块安装时，先使用钢丝绳串联起来（图3），然后挂上船外板，收紧钢丝绳，使工装垫块紧贴船体外板。船舶吊装下水完成后，在水上卸下工装回收即可。

3 钢丝绳和吊带的穿挂形式

3.1 首部穿吊带形式

先于船体外板挂好垫块工装，将两条吊带的一端从船底穿过，两边的两条吊带的端部通过环形吊索连通，使得两条吊带在受力时能自动平分拉力。两条吊带要卡到工装垫块上的两个卡槽位处，使吊带在受拉过程中不会滑动。

3.2 尾部穿钢丝绳形式

尾部的升高结构吊耳一边各有四个吊耳眼孔，吊耳眼孔上挂卸扣与钢丝绳连接，为使每个吊耳受力平均，钢丝绳需走通连接。

4 受力分析及强度校核

4.1 吊点受力分析

主要参数：空船重量530 t；重心：X=FR29+12， Y=-5.5， Z=4 025，重心在横向偏移5.5 mm可略去不计；尾部吊点距船舶重心的纵向距离为5 512 mm，首部垫块吊点中心距船舶重心的纵向距离为6 738 mm。

（1）尾部采用1#钩和2#钩挂钩，钢丝绳垂直，两个吊钩受力相同，为：

2×F1×（5 512+6 738）-530×6 738=0 ， F1=145.8 t 。在1#、2#钩起重能力范围内（单钩额定起重量225 t）。

F1平均分给4个吊耳，每个吊耳受力约为36.6 t。

（2）首部3#钩的吊钩受力为： F2×（5 512+ 6 738）-530×5 512=0 ， F2=238.5 t ，在3#钩起重能力范围内（单钩额定起重量320 t）。

（3）吊带的兜吊形式及角度如图2所示，每根吊带受拉力为P，上垫块受压力为Fa，舭部垫块受压力为Fb，下垫块受压力为Fc：

2P=F2/2/cos17°=124.4 t， P=62.2 t<100 t，在吊带负荷范围内。

（4）舷侧a处，垫块对船外板的压力为 Fa=2×2P×cos78°=51.7 t。

（5）舭部b处，垫块对船外板的压力为： Fb=2×2P×cos61°=120.6 t。

（6）底部c处，垫块对船底呆木底板的压力为 Fc=2×2P×cos65°=105.1 t。

4.2 船体整体强度校核：

将船体简化成一根简支梁，将船体的重量简化为在重心处的集中载荷进行强度计算，则最大弯矩在重心位置的截面。经计算，该弯矩值为：Ma=1.574 613 04×107 kN·mm，重心位置的截面如图5所示，该截面的中和轴位置y=2 580 mm，即呆木底板到中和轴距离y1=2 580 mm ， 主甲板距中和轴最大距离y2=3 306 mm，截面惯性矩为：I=25 895.98 cm2.m2 。

由图5可知，主甲板受最大压应力σ-max，呆木底板受最大拉应力σ+max ：

最大拉应力σ+max 和最大压应力σ-max远小于抗拉强度和抗压强度（板材材质为普通碳素钢Q235），故船体强度是安全的。

4.3 船体局部强度校核

（1）工装垫块在舷侧外板的压力为Fa=51.7 t，承压区域有甲板（板厚8 mm）和5档型材（板厚均10 mm），承压面积达3.68×104 mm2，压应力为14.05 MPa，小于允许压应力78.33 MPa。

（2）工装垫块在舭部外板的压力为Fb=120.6 t，承压区域有5档T型材（T型材腹板板厚10 mm），承压面积达3.2×104 mm2，压应力为37.69 MPa，小于允许压应力78.33 MPa。

（3）工装垫块在船底呆木外板的压力为Fc=105.1 t，呆木底板板厚25 mm，承压区域有5档肋板，（板厚10 mm），两边还有10 mm厚的封板，承压面积达6.8×104 mm2，压应力为15.46 MPa，小于允许压应力78.33 MPa。

由上计算得知，工装垫块对外板的挤压应力均小于许用应力，工装垫块处的外板局部强度是安全的，外板不会变形凹陷。

4.4 垫块工装强度校核

工装垫块结构示意图见图6。

单块工装垫块受力最大的位置在呆木底板处，由上计算知呆木位置两根吊带对垫块的压力为105.1t，单根吊带施力约为52.5 t。按肋板对垫块的集中载荷计算，垫块对船体外板的压力平均分散到5档肋板处，垫块受最大拉应力在两根吊带位置的两处截面，该两处截面的最大弯矩值相等，为Mb=7.408 8×104 kN·mm。

垫块横剖面的惯性矩I=2.17×108 .mm4，ymax= 171 mm，最大拉应力为：

故垫块工装强度安全。

4.5 尾部的伸出吊环强度校核

由前面得知单个吊环受力约36.6 t，吊环示意图如图7所示，将吊环分解出单个吊环形式进行计算：

（1）吊耳拉应力

[σ]=σ/3=78.33 MPa

σ拉=36.6 t/（670×12）mm2=44.612 MPa<78.33 MPa

故吊耳抗拉强度安全。

（2）吊耳切应力

[τ]=0.6[σ]=47.00 MPa

τ=36.6 t/2/（110×16+75×20×2）mm2=37.676 MPa<47.00 MPa

故吊耳剪切强度安全。

（3）吊耳挤压应力

[σ挤压]=0.42σ=98.7 MPa，85 t

σ挤压=36.6 t/（85×56） mm2=75.353 MPa<98.7 MPa

故吊耳挤压强度安全。

4.6 吊耳焊缝强度校核

[σ焊]=0.3σ=0.3×235 MPa=70.5 MPa

σ焊=36.6 t/（12×670）mm2=44.612 MPa<70.5 MPa。

故吊耳焊缝强度安全。

整个吊环加厚板的区域有主甲板、2档横壁、5档T梁，足以将吊环受力分散到船体结构，且钢丝绳垂直往上拉，船体结构区域强度能够承受而不会发生变形。

4.7 结论

通过上述强度校核计算结果可知，30 m拖轮整体吊装强度安全，现场按该方案执行顺利完成吊装下水，实践证明该吊运方案是安全可行的。

5 結束语

本文对该吊装方案进行了介绍和分析，通过一系列的强度校核，确保方案的安全性和可行性，对类似小型船舶吊装有参考意义，也可进一步考虑首尾同时采用吊带的形式或者同时采用延伸结构作为吊耳的形式。

参考文献

[1] 范钦珊.工程力学[M].机械工业出版社.，2002，

[2] 张晓明.吊耳的设计计算及吊装[J].杭氧科技，2013.

[3] 戚占军，祁海，朱云平.起重吊索具及其应用[J].船舶标准化与质量，2004（6）：11-13.

[4] 郑延才，曲恩，王波，覃汝铭.合成纤维吊装带的研究[J]，1993（1）.