汽车渡船提高车辆通过能力的改造方案

陈松涛,薛 军

(江苏省通沙汽车轮渡管理处，江苏 南通 226000)

0 引言

江苏省通沙汽车轮渡管理处所属的某60 m全回转车客渡船，于2009年建成投入营运。由于其渡口设有斜坡码头，为保证渡船与码头的有效衔接，并满足全车型通过要求[1]，在该渡船的艏艉两端设置曲面型跳板。为了增加甲板的有效装载长度，又能使船舶的自重最小，在船舶与跳板之间设置与主船体刚性连接的假艏(或假艉)结构，在该船满载正浮状态下，假艏(或假艉)结构端部与基线的距离为3.30 m，主跳板长度为10 m。随着近年来过江车辆载重量的不断增加，发现部分重载车辆在通过该船时，车轮会在主跳板坡度相对较大的地方出现打滑现象，这不但使车辆的通过性变差，也给安全渡运带来不利影响。本文对这种状况进行了分析研究并提出改造方案。

1 车轮在跳板上打滑原因分析

1.1 打滑现象的具体体现

经实船观察，当船上没有装载车辆，也就是在船舶没有艉倾的情况下，车辆在通过跳板上船时其车轮在跳板上不会出现打滑现象，见图1；当船上已装有载车辆，特别是当重型车辆装载在船舶的艉部，形成一定艉倾的情况下，后续车辆上船过程中，车辆的驱动轮在跳板与假艏相连处附近与跳板间有明显的打滑现象出现，见图2。

1.2 打滑现象的原因分析

由图1、图2对比可知，β大于α。根据摩擦定理[2]，若车辆的总重量在其驱动轮上分配的重量P，当车辆通过跳板时，车轮与跳板间形成的摩擦力与P成正比，与跳板和水平面形成的夹角(α或β)成反比；当车辆的驱动轮与跳板间形成的摩擦力大于车辆通过跳板所需的牵引力时，就不会出现打滑现象，车辆就可以顺利通过跳板。与此相反，当车辆的驱动轮与跳板间形成的摩擦力小于车辆通过跳板所需的牵引力时，就会出现打滑现象，车辆就无法顺利通过跳板。

α—当船上未装载车辆时，船舶艏部的跳板与水平面形成的夹角

β—当靠近船的艉部已装有车辆时，船舶艏部的跳板与水平面形成的夹角

2 改造方案的比较和确立

由上述可知，若车辆在驱动轮上分配的重量为P，当车辆通过跳板时车轮与跳板间形成的摩擦力与P成正比，与跳板和水平面形成的夹角(α或β)成反比。因此，为防止车辆在通过跳板时驱动轮与跳板间出现打滑现象，需要减小跳板与水平面的夹角(α或β)。由图1或图2可知，减小跳板与水平面的夹角的途径有三种形式：一是减少船舶主船体艏部(或艉部)的高度值；二是增加跳板长度；三是保持船舶主体结构和跳板长度不变，减少假艏(或假艉)的末端高度值。下面讨论各自的优缺点。

2.1 减少船舶主船体艏部(或艉部)的高度值

由图1可知，减少船舶主船体艏部(或艉部)的高度值是减小跳板与水平面夹角的有效途径之一，但是此方案需要改造主船体、吊架和假艏(或假艉)。这样做一方面改造的工程量比较大，另一方面随着艏部(或艉部)高度值的减少，不但增加船舶上浪的可能性，而且减少船舶的有效干舷值会使船舶的储备浮力减小，船舶的稳性也不能满足法规要求。因此，这个方案行不通。

2.2 增加跳板长度

由图1可知，增加跳板长度是减小跳板与水平面夹角的有效途径之一。但随着跳板长度的增加，若要保证跳板的强度和刚度不变，就需加大跳板的结构尺寸，这样船舶的钢材使用量就会增加，从而导致船舶自重也随之增加。此外，由于跳板所增加的重量全部集中在船舶的艏艉两端，导致船舶的转动惯量也明显增加，不利于船舶的操纵性。因此，增加跳板长度的方法虽然可行，但不是很理想。

2.3 减少假艏(或假艉)的末端高度值

保持船舶主体结构和跳板长度不变，减少假艏(或假艉)的末端高度值是减小跳板与水平面夹角的有效途径之一。改造方案的内容为：保持假艏(或假艉)与主船体相连接处的高度值不变，仅减少其末端的高度值。这种方法不但改造工程量最小，而且改造后不影响船舶的储备浮力、稳性等综合性能，因此这个方案是比较理想的。

3 具体改造方案

3.1 改造目标

保持该船现有假艏(或假艉)与主船体连接处的高度3.30 m不变，将假艏(或假艉)的末端高度由原来的距基线3.30 m降至3.15 m。假艏(或假艉)端部改造前后的情况见图3。

图3 假艏(或假艉)端部调整前后(单位：mm)

3.2 改造方案

如前所述，在本次改造过程中，保持船舶的主船体结构、主跳板结构和副跳板结构不变，对吊架结构和假艏(或假艉)结构进行局部改造。

3.2.1局部加强

(1)船舶进坞(或上坡)后将船舶调整至水平状态，然后予以可靠定位。

(2)拆除与主副跳板相连接的保险链、起吊钢丝绳、铰链等,拆下主副跳板。

(3)为防止并控制假艏(或假艉)产生不必要的变形，在假艏(或假艉)和吊架的适当部位等采取必要的临时加强措施。

3.2.2假艏(或假艉)与吊架分离及主船体割离

(1)在假艏(或假艉)与吊架相连处沿甲板覆板板的上表面，将假艏(或假艉)与吊架割离。

(2)将主船体艏(或艉)封板外表面向艏(或艉)600 mm范围内的假艏(或假艉)的底封板割除(参考图4的底封板切割线)，以便进入假艏(或假艉)内部进行施工。

图4 纵向构件切割线示意图(单位：mm)

(3)在假艏(或假艉)与艏(或艉)封板相连处沿艏(或艉)封板的外表面，将假艏(或假艉)的各构件与艏(或艉)封板割离，其中甲板板在艏(或艉)封板相连的外表面向艏(或艉)延伸150 mm处进行割离(参考图4的甲板板切割线)。

(4)将完全割离后的假艏(或假艉)移到合适的平台进行测量、校正、加强并固定。

(5)将连接主跳板的铰链全部割除，保留铰链的覆板。

(6)将假艏(或假艉)与艏(或艉)封板相连处的纵向构件沿图4的纵向构件切割线进行切割。图4的纵向切割线定位尺寸65 mm系计算值，没有考虑焊接变形等，施工时需要结合工厂的技术能力、工艺水平和设备条件等因素，通过放样确定各纵向构件的实际切割线。

3.3 假艏(或假艉)等的重新安装

⑴ 将修整完成后的假艏(或假艉)与主船体按图3 b)的定位要求进行对接、定位，并进行临时加强。

⑵将假艏(或假艉)的各纵向构件与艏(或艉)封板进行焊接。

⑶补齐假艏(或假艉)的底封板并进行焊接。

⑷ 将吊架结构按图5的侧板切割线割除侧板，按构件切割线割除相关内部构件。

图5 吊架侧板及构件切割线示意图(单位：mm)

⑸ 按吊架原有侧板、内部结构的规格和尺寸要求，补齐侧板、内部结构，并进行定位、施焊。

⑹ 假艏(或假艉)与吊架及艏(或艉)封板装焊全部完成后，拆除临时加强结构，并进行测量；如有变形应进行校正。

⑺测量假艏(或假艉)与主跳板相连接的各铰链副，如有变形应进行校正；如磨损超过规定要求应进行更换，并现场进行镗孔。

⑻ 安装主副跳板。

⑼ 现场拉线，重新定位保险耳板的位置。

⑽ 安装与主副跳板相连接的保险链、起吊钢丝绳等。

4 工艺要求

(1)假艏(或假艉)和吊架在切割前内部应采用临时加强措施，以防止变形过大；切割后的边缘应打磨、清洁。

(2)改造结构的焊接请按现行规范要求进行。

(3)所有构件均需预处理，达到Sa2.5级。

(4)改造过的相关构件需涂防锈底漆。

5 改造效果

本船采用保持船舶的主船体结构和跳板结构均不变，对吊架结构和假艏(或假艉)进行局部改造的方法，也就是保持假艏(或假艉)与主船体相连接处的高度值不变，将假艏(或假艉)的末端的高度值减少150 mm。本船通过改造，一方面主船体与假艏(或假艉)及跳板间的过渡更加顺畅，另一方面跳板与水平面的夹角减少了约1.2°。这两方面的原因，促使本船跳板的通过能力得到很大的提升。通过一段时间的使用验证，各种车辆都均顺利通过。

6 结语

各种车辆能否顺利通过汽车渡船，是衡量其安全性、经济性和实用性等的重要标志之一。汽车渡船的车辆通过能力与车辆种类、装载量和装载形式和船型、跳板以及码头状况及船型、跳板与码头间各相互间的配合等因素密切相关。对于特定的渡口，其码头状况是确定的，通过和车辆是随机的，通过的车辆是随机的，可以改变的是船型、跳板形式以及车、船、跳板和码头等相互间相关参数的合理整合。