某型船专用曲面墩木优化设计

陈满意 陈涛 梁金柱

摘    要：船舶建造或修理进出坞（或船台上下排）坐墩过程中，因船体靠近肶部或者首尾部区域的外板线型变化较大，该处外板设计布墩坐墩时，存在因受力不均而导致船体外板局部变形的风险。针对该问题，本文以某型船为依托设计制作曲面墩木，与船舶外板线型相匹配，既避免船体外板因受力不均产生变形，又可提高该型船进出坞（或船台上下排）作业前布墩施工效率。

关键词：进出坞；外板变形；曲面墩木

中图分类号：U663.9                                 文献标识码：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

船舶建造或修理進出坞（或船台上下排）作业过程中，均需按船舶《布墩图》进行布墩，即使用墩木垫于主船体底部外板区域，起到柔性支撑船体外板的作用。常见的墩木有楔形墩木、扁形墩木等。通常，靠近船体外板舭部区域墩位称为边墩，选用若干块宽300 mm、长1 000 mm楔形墩木、扁形墩木等相互叠加成某一角度及高度的组合墩位后，用码钉相互连接固定，经三检（自检、互检、专检）确认并报船检确认后再进行船舶坐坞（或船台上下排）作业。

然而，该组合墩位在使用过程中存在以下现象：一是靠近船体舭部区域的边墩，其部分楔形墩木、扁形墩木等会受力不均衡或受力过大；二是部分边墩顶面与船体舭部预留接触位置出现离空现象，导致船体舭部区域局部外板发生变形；因此，在其墩位布置、墩位数据调整、墩位码钉固定及三检过程中，墩位型值设计很重要，必须准确。例如，布墩图中每一个肋位墩木水平数值、距中数值、四角高度数值等均需逐一校对，确保船舶墩木数据准确有效。

2    现状分析

2.1   设计现状

以某型船为例，其《布墩图》典型剖面如图1所示：以船坞底部为基面，水平放置钢墩，钢墩上放置与船体外板接触的墩木，防止船体外板直接与钢墩刚性接触。

以船舶中心线为中心，依次布置中墩、边墩。该中墩、边墩均由一个钢墩及多个楔形墩木、扁形墩木等相互叠加并用码钉固定而成。

通常，选取船体底部肋位强结构（包括强肋骨框架、肋板、横舱壁）及纵向强结构下方位置布置墩木，即船坞底部布置钢墩，钢墩上端面布置墩木，墩木上表面（见图2）与船体板外表面做接触面，利用木材可塑性，确保船体外板墩木接触位置不产生变形，如图2所示。

在实际中应用的墩木为长方形形体，只能以片、面的方式接触船体的外板曲面，这样的墩木在平底外板结构或斜面结构，很容易达到设计效果，而对于曲面外板，就难以保证与船体外板的包裹性接触，因船体曲面处墩木均为片、面的接触，造成船体曲面接触不均匀，容易产生船体外板受力不均匀，如图3所示。此外，如图1所示的某船型的边墩均为曲面接触，容易造成主受力平面不统一，墩木布置误差或测量误差，均会引起外板受力不均匀而产生船体外板变形或墩木被挤压失效的情况。

2.2   使用现状

以某型船进出坞边墩为例，随着船舶缓慢坐墩，船体外板舭部区域外表面与楔形墩木表面出现不贴合（见图4），部分边墩位受力不均匀，导致部分边墩位楔形墩木、扁形墩木被压损坏（见图5）；另一方面，其部分边墩顶面与船体舭部预留接触位置出现局部墩位接触面离空现象。以上现象均存在船体舭部外板与墩木接触不良而导致船体舭部局部外板发生变形的风险；对于船舶坐墩之后，少量墩位离空或损坏的现象，应待船舶坐墩后，立刻把离空的墩木打紧，并将损坏的墩位更换或补墩，确保船舶坐墩可靠安全。

本厂对该型船坐墩处外板区域，依据船体曲面绘制该处船体曲面线型，设计该处曲面墩木，一方面更有效的提高墩木接触面积，另一方面更可靠的布置该处墩木，有效解决该型船有线型处墩木与外板接触问题。

3    设计改进与应用

以上述某型船建造或修理进出坞（或船台上下排）为例，根据船体线型，在需布置墩木的船体舭部处的墩木，将其制作成曲面墩木，在作业时使其紧密接触，既可确保与船体外板具有良好的包裹性接触，又能便于检验，减少墩木布置施工时间，缩短该型船舶建造或修理进出坞（或船台上下排）作业周期。

3.1   曲面墩木的制作

根据该型船布墩图、型线图等资料，确定哪些墩木需要单独制作成曲面墩木。曲面墩木制作原理同曲面胎架，具体方法如下：

（1）墩木定位：根据《布墩图》布置墩木位置，按图中所示肋位号、距中距离布置墩木位置，提取该处所需的肋骨型值。以长宽为：800 mm×1000 mm墩位为例，在长800 mm墩木中心FRXX肋位和前后以FRXX±400位置分别设置样条卡片（以下简称样卡）;

（2）提取线型：利用CAD软件，根据船体型线图，提取FRXX、FRXX±400处的线型;

（3）设计木柄线型图样：在选取的FRXX、FRXX±400的线型条曲线上，分别根据木墩宽度截取该处曲线长度，并在端部设置分断符号，于三条曲线中间段作垂直于该三条曲线的直线，线段长度约500 mm左右，该线段端部设置垂直线段，称之为木柄（如图6上图所示）；沿着该直线依次展开该三条曲线（如图6下图所示）。将上述展开的三条曲线打印在胶膜纸上，以便于下一步工人制作木卡样;

（4）制作木卡样：放样人员根据上面设计的有木柄线型的胶膜纸图样，（利用钢钉、木板钉制出T型样条卡片（如图7所示），分别根据胶膜纸上的木柄长度制作出FRXX肋位及FRXX±400的样卡;

（5）确定墩木曲面：分别以FRXX肋位及FRXX±400设置样条，以样卡上点为固定点，利用样卡上端点不动、下端线型变化的原理，定出墩木曲面，最终以上三档样卡顶部固定点，沿着纵向为一条直线，确定墩木的曲面，如见图8所示；

（6）墩木曲面刨型：根据FRXX肋位及FRXX±400的样卡，木工按照样卡上方纵向固定于一线、下方线型随着样卡变化，对墩木曲面刨形处理，刨出曲面墩木的形状;

（7）增加曲面墩木识别号、墩木定位标记，对刨形曲面墩木设置墩木编号，供后续工序及报验使用。

另外，根据布墩位置、仿真模型，当船体曲面较大时，为使该处更好接触于船体外板，特别是该处距离基线较高时，匹配墩木下面常放置钢墩，在钢墩上使用角钢固定曲面墩木位置，再用使钢楔微调钢墩高度，如图9所示。

3.2  工序前移与检验

制作曲面墩木时，在每个曲面墩木外侧标示其肋位信息、距中数据、四角高度数据等，墩木编号与布墩图按照对号入座的原则分类存放；检验人员根据《布墩图》的墩位肋位信息、距中数据、四角高度数值等做好检验工作，确保船舶墩木布置位置、线型及高度准确性。

3.3  模块化布墩

施工单位进行布墩作业时，对于边墩墩位，根据相关船体布墩图提前完成已检验的曲面边墩墩木对号入座至相应钢墩上（如图10所示），按《布墩图》做好全船布墩工作，确保曲面墩位型值的正确，保证船舶坐墩安全可靠。

4    经济效益

船舶布墩时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区域，可以直接用扁形墩木；在船体肶部及首、尾部线型变化较大时，则使用特制的曲面墩木。例如，某型船《布墩图》中，全船曲面墩木共十多个，全部提前制作完成并布置好，保证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优点：

（1）避免了船舶进出坞（或船台上下排）布墩时船体舭部外板坐墩时产生变形的安全隐患，提高船舶进出坞（或船台上下排）时的产品安全可靠性；

（2）可进行布墩工作的工序前移，有效提高船台或船坞布墩功效；

（3）有效缩减墩位布置、墩位数据调整、墩位固定、自检、互检、专检、船检等工作时间；

（4）曲面墩木同一型产品可多次循环使用，重复利用，降低成本。

5    结论

船舶进出坞（或船台上下排）肶部区域的布墩采用特制的曲面墩木，提高了船舶布墩坐墩在船体肶部及首尾部区域墩位布置的正确性、准确性，使船舶布墩坐墩操作簡便可靠，提高了效率，缩短了工期，节约了成本，避免了船体外板因坐墩偏差而产生的安全隐患，保证了船舶坐墩的安全性。同时，当工厂建造批量船舶时，其首制船布墩制作的曲面墩木使用后，其后续船可重复利用，达到增效降本的目的。本厂已推广应用，效果良好。

参考文献

[1]  肖子熙，霍润炽. 船体放样[M]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 2010.

[2]  黄浩.船体工艺手册[M]. 北京：国防工业出版社， 2013.

[3]  应长春.船舶工艺技术 [M]．上海：上海交通大学出版社， 2013.

作者简介：陈满意（1981-），男，工程师。主要从事船舶修理项目管理工作。

陈  涛（1986-），男，工程师。主要从事船体设计工作。

收稿日期：2022-03-20