40車(chē)位650客滾裝車(chē)客渡船跳板門(mén)設(shè)計(jì)

1、40車(chē)位650客滾裝車(chē)客渡船跳板門(mén)設(shè)計(jì)4/2oo5雨辱l-m;撥I4O車(chē)位650客滾裝車(chē)客渡船跳板門(mén)設(shè)計(jì)1前言周執(zhí)平(臺(tái)州振興船舶設(shè)計(jì)研究所浙江臺(tái)州318000)摘要艏,艉跳板門(mén)是滾裝車(chē)客渡船的特殊部件.在跳板門(mén)設(shè)計(jì)中,根據(jù)車(chē)輛荷重以及跳板門(mén)自重,采用直接計(jì)算方法對(duì)跳板門(mén)的應(yīng)力和撓度進(jìn)行了計(jì)算.計(jì)算結(jié)果表明,采用這種方法后不但計(jì)算結(jié)果是令人滿意的而的跳板門(mén)設(shè)計(jì)作了扼要介紹.隨著對(duì)外開(kāi)放的不斷深入和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,沿海運(yùn)輸業(yè)得到了蓬勃發(fā)展,沿海海島之間,海島與陸地之間的客車(chē),貨車(chē)運(yùn)輸以及旅客往來(lái)流量蒸蒸日上.對(duì)載車(chē),載客滾裝車(chē)客渡船的需求有了很大的增長(zhǎng).歷來(lái)以建造漁船和海峽滾裝車(chē)客渡船為主的

2、沿海某地區(qū)性造船廠為了加快沿海海島之問(wèn),海島與陸地之間的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和旅游業(yè)發(fā)展步伐,承接了國(guó)內(nèi)某航運(yùn)公司兩艘40車(chē)位650客中型沿海滾裝車(chē)客渡船的建造任務(wù).本文就該滾裝車(chē)客渡船船體結(jié)構(gòu)艏,艉兩塊跳板門(mén)的設(shè)計(jì),跳板門(mén)的尺寸選擇及其強(qiáng)度計(jì)算,由車(chē)輛荷重產(chǎn)生的應(yīng)力和撓度,由跳板門(mén)自重產(chǎn)生的應(yīng)力和撓度,鉸鏈的強(qiáng)度校核等作了扼要的介紹.2船型概況40車(chē)位650客滾裝車(chē)客渡船是由該廠自行設(shè)計(jì),建造并下水,于次年年初先后順利交船,投入春節(jié)營(yíng)運(yùn),建造周期為一年左右.該船是專門(mén)航行于沿海,主要用于運(yùn)送各種噸位載重汽車(chē),平板車(chē)以及大,中,小型客車(chē)等各種車(chē)輛和旅客的封閉式車(chē)客兩用滾裝車(chē)客疫船.該船為鋼質(zhì),雙底柴油機(jī)動(dòng)

3、力船,并采用雙機(jī),雙槳,雙舵,單甲板結(jié)構(gòu)形式,船體中部采用縱骨架結(jié)啕,首尾為橫骨架結(jié)構(gòu).該船按我國(guó)CCS船用規(guī)范和亥船是在國(guó)內(nèi)沿海航區(qū)航行,但仍必須按近海航區(qū)要求進(jìn)行穩(wěn)性校核21.該船的主尺度以及主要特征如下:總長(zhǎng)L0A=88.40m;設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)LwL=85.90m;垂線間長(zhǎng)Lpp=83.00m;船寬B=16.00m;型深D=5.20m;吃水d=3.40/3.5m;設(shè)計(jì)航速=14.0kn;滿載排水量:2732.2t;續(xù)航力:100013.mile;載車(chē)量:5t載重車(chē)39輛;載客量:650客;噸位:2746GT,1213NT;主機(jī):L8250ZIC一1型柴油機(jī)2臺(tái);每臺(tái)主機(jī)的最大持續(xù)功率MCR1

4、103kW,轉(zhuǎn)速750r/min;采用GWC42.45型齒輪箱.3跳板門(mén)的設(shè)計(jì)依據(jù)跳板門(mén)是滾裝車(chē)客渡船的特殊結(jié)構(gòu),它是船體結(jié)構(gòu)的重要部件.在車(chē)客渡船的艏艉均設(shè)置跳板門(mén),它是與船舶主體分離的板架結(jié)構(gòu)部件用鉸鏈與船舶主體壓緊固定裝置將船體門(mén)框四周的橡膠帶壓緊,處于風(fēng)雨密狀態(tài).由于跳板門(mén)處在船舶的艏,艉兩端,經(jīng)常受到海浪的拍擊,因此對(duì)其強(qiáng)度有一定的要求.然而,在我國(guó)的船級(jí)社船體建造規(guī)范中,雖然常用一些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算其強(qiáng)度,但未必能反映其強(qiáng)度的真實(shí)情況.因此,對(duì)選用的跳板門(mén)構(gòu)件采用了直接計(jì)算方法來(lái)計(jì)算和校核其強(qiáng)度,這些直接計(jì)算方法是將跳板門(mén)的受技力構(gòu)件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁,這樣不僅可簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程,而且也比較接

5、近跳板門(mén)構(gòu)件的實(shí)際受力狀態(tài).實(shí)踐證明,計(jì)算結(jié)果是令人滿意的,而且也是行之有效的.(1)計(jì)算船長(zhǎng)的確定計(jì)算船長(zhǎng)的上下限分別為:及L=0.97LwL=83.32m.為便于計(jì)算,計(jì)算船長(zhǎng)取整為L(zhǎng)s=L=83.0m.(2)跳板門(mén)受力狀態(tài)的確定跳板門(mén)板架強(qiáng)度是按跳板門(mén)的一端通過(guò)鉸鏈與船體強(qiáng)橫桁材連接另一端通過(guò)鉸鏈與跳板門(mén)外接舌板相連舌板擱置在碼頭上的受力狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算的.(3)跳板門(mén)尺寸的確定跳板門(mén)尺寸按船體艏,艉開(kāi)口尺寸設(shè)計(jì)成L=5500mm和B=5900mm,見(jiàn)圖1.圖1跳板門(mén)尺寸圖(4)滾裝車(chē)客渡船的輪印荷重分布該滾裝車(chē)客渡船的跳板門(mén)設(shè)計(jì)是按汽超20型載重汽車(chē)考慮的,汽超20型載重汽車(chē)包括車(chē)輛自重在

6、內(nèi)的總重量為W.=30t,其輪印荷重分布為:前輪輪印荷重為2Pl=23t,后輪輪印荷重為22P2=226t,前輪輪印尺寸為300mm(寬)200mm(長(zhǎng)),后輪輪印尺寸為600mm(寬)200mm(長(zhǎng)),見(jiàn)圖2.圖2載重汽車(chē)前,后輪印尺寸4跳板門(mén)板架結(jié)構(gòu)的板厚計(jì)算跳板門(mén)板架結(jié)構(gòu)的板厚按以下方法選取J:(1)按船舶艏端區(qū)域的外板厚度選擇由于跳板門(mén)位于船舶的艏,艉兩端,又作為船體外板的一部分,因此,可按船舶艏端區(qū)域的外板厚度t1=9mm選取.(2)按車(chē)輛甲板板厚的要求選取由于跳板門(mén)必須承受載重汽車(chē)的荷重,其板架結(jié)構(gòu)的板厚應(yīng)符合車(chē)輛甲板板厚的要求.車(chē)輛甲板板厚可按以下公式計(jì)算:t2=ck,/7+1.

7、5(mm)式中:P為載重汽車(chē)輪印處的荷重;k則根據(jù)跳板門(mén)結(jié)構(gòu)構(gòu)件縱梁,橫梁的跨距和間距(表1)用以下方法確定:表1跳板門(mén)結(jié)構(gòu)構(gòu)件縱梁,橫梁的跨距和間距匯總表(a)若按前輪輪印處的荷重P.=3t來(lái)計(jì)算板厚,則:前輪輪印長(zhǎng)度l=200mm,寬度1=300mm,前輪輪印長(zhǎng)寬比l=l/1=200/300=0.67,當(dāng)前輪輪印長(zhǎng)寬比0.5l/l<1,且時(shí),取L/s=2.5,此時(shí)l=1一(0.099gl+0.013)(2.5一L/s)=1;kl:0.73(0.85一1)+5-:4.22.S1因此,按前輪輪印處荷重來(lái)計(jì)算車(chē)輛甲板板厚的結(jié)果為:t21=ClklPt+1.5=8.81mm.(b)若按后輪輪

8、印處的荷重2P2=26t來(lái)計(jì)算板厚,則:后輪輪輪印長(zhǎng)度:400mm,寬度2=600mm,后輪輪印長(zhǎng)寬比2=u2/2=400mm/600mm=0.2=1一(0.099g2+0.013)(2.5一L/s)=1;k2:0.73(0.85一2)+5-:2.96;S1(k2計(jì)算式仍按縱梁間距S.進(jìn)行計(jì)算).因此,按后輪輪印處荷重來(lái)計(jì)算車(chē)輛甲板板厚的結(jié)果為:t22=c2k2+1.5=11.8mm.(3)根據(jù)船東的建議,需將跳板門(mén)板厚加厚2mm.因此,最后將跳板門(mén)板架結(jié)構(gòu)的板厚選為t=14mmo5跳板門(mén)板架結(jié)構(gòu)的縱梁,橫梁計(jì)算跳板門(mén)板架結(jié)構(gòu)的縱梁,橫梁計(jì)算采用直接計(jì)算方法,并假定縱梁,橫梁為簡(jiǎn)支梁,根據(jù)最危

9、險(xiǎn)受力狀態(tài)來(lái)決定其構(gòu)件尺寸.(1)帶板寬度的計(jì)算在進(jìn)行縱梁和橫梁的強(qiáng)度計(jì)算之前,首先對(duì)縱梁,橫梁的帶板寬度進(jìn)行計(jì)算L4J.按船規(guī)要求,帶板系數(shù).廠按以下公式進(jìn)行計(jì)算:(Ll/61)2/3,(若/1,則取/=1)式中:Ll為梁的計(jì)算長(zhǎng)度;bl為梁的計(jì)算間距.計(jì)算得到帶板系數(shù).廠后,相應(yīng)的帶板寬度就可用以下公式進(jìn)行計(jì)算:bz=fXbl.考慮到跳板門(mén)的承載特點(diǎn)以及汽超20型載重汽的考慮,在計(jì)算橫梁帶板寬度時(shí),取LlL=2倍橫梁長(zhǎng)度:1200mm,b1.r=3s2=2280mm.經(jīng)計(jì)算,得到縱梁帶板系數(shù),=0.828,縱梁帶板寬度b2L=993mm;橫梁帶板系數(shù)fT=0.196,橫梁帶板寬度b2T=4

10、46mm.(2)縱梁計(jì)算圖3彈性支點(diǎn)縱梁簡(jiǎn)支梁載荷分布汽車(chē)進(jìn)入或離開(kāi)滾裝車(chē)客渡船的船艙,通過(guò)跳板門(mén)時(shí),跳板門(mén)的受力狀態(tài)比較復(fù)雜.從前,后車(chē)輪依次壓上直到車(chē)輪離開(kāi)跳板門(mén),跳板門(mén)承受的載荷是每時(shí)化為簡(jiǎn)支梁,當(dāng)某一側(cè)的后輪輪印荷重作用在一根縱梁上時(shí),另一側(cè)的后輪輪印荷重必然作用在相距1800的受力構(gòu)件,其一端擱在碼頭上,另一端與船體結(jié)構(gòu)上前輪輪印處的荷重大,故在縱梁強(qiáng)度計(jì)算時(shí)將后輪輪印處的荷重作用在縱梁的中間位置作為縱梁的最危險(xiǎn)受力狀態(tài),相應(yīng)的縱梁載荷分布見(jiàn)圖3.此時(shí),載重汽車(chē)一個(gè)后輪輪印處的荷重P2=6t,則F1=P2g=64.68kN.式中:不平衡系數(shù)=1.1.縱梁在兩個(gè)后輪輪印荷重作用下產(chǎn)生的

11、最大彎矩為:Ml1:Fl?a=132.59kNm,式中:口=(L11400)/2=2050mm.經(jīng)計(jì)算:在圖4所示縱梁帶板寬度為993mm以及縱梁構(gòu)件尺寸為J-器時(shí),縱梁的剖面特性為:慣性矩,l=19767.63cm;剖面模數(shù)wl=1070.58cm.993X14圖4縱梁構(gòu)件剖面圖因此,在上述集中荷重作用下,縱梁的的最大彎曲應(yīng)力為:,I,IfaJRl圖5縱梁,橫梁載荷分布(3)橫梁計(jì)算一側(cè)的兩個(gè)后輪輪印荷重作用在縱梁時(shí),縱梁所受到印的荷重P2集中作用在橫梁與縱梁的交點(diǎn)A上,此時(shí),另一個(gè)后輪輪印的荷重P2必定作用在長(zhǎng)度為三倍橫梁間距,支點(diǎn)分別為A,B兩點(diǎn)的縱梁上距離A點(diǎn)1.40m的位置上(見(jiàn)圖5

12、a),則在兩個(gè)輪印荷重作用下技A點(diǎn)的支點(diǎn)反力R.可用以下方法計(jì)算:R1=F1+F1(22801400)/2280=89.64kN.由于橫梁由縱梁支承,并以相距兩個(gè)橫梁間距的兩根縱梁作為此段橫梁的彈性支點(diǎn),因此,在跨距為1200ITlm的橫梁中點(diǎn)處集中載荷為Rl(見(jiàn)圖5b).此M2l=Rl1200/4=26.89kNm.在圖6所示橫梁帶板寬度為446mm以及橫梁構(gòu)件尺寸為上謄時(shí),橫梁的剖面特性為:慣性矩I2=15078.54cm4;剖面模數(shù)硼2=1013.31cm3.446X14圖6橫梁構(gòu)件剖面圖因此,在上述集中載荷作用下,橫梁的最大彎曲應(yīng)力為:(4)跳板門(mén)自重產(chǎn)生的應(yīng)力在跳板門(mén)尺寸為5500m

13、m5900mm,上面板板厚14mm,下面板板厚9mm并考慮相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的情況下,經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算,得到跳板門(mén)板架的鋼板重量W2l=5.86t,構(gòu)件重量W22=5.99t.貝0b板f自重為W2=W2l+W22=11.85t.假設(shè)跳板門(mén)的自重載荷為均布載荷,則每平方米跳板門(mén)面積的自重載荷為:P=W2gl(LB)=3.58kNm.因此,作用在計(jì)算寬度縱梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的均布自重載荷為:ql2=P在彈性簡(jiǎn)支的縱梁上產(chǎn)生的最大彎曲力矩為:M12=ql2LlL/8=16.24kNm,由此彎曲力矩產(chǎn)生的縱梁最大彎曲應(yīng)力為:012=Ml2/硼l=15.17N/mm.同理,作用在計(jì)算寬度橫梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的均布自重載荷為:q

14、22=P由此均布自重載荷在彈性簡(jiǎn)支的橫梁上產(chǎn)生的最大彎曲力矩為:M22=q22Ll/8=1.47kN/mm,由此彎曲力矩產(chǎn)生的橫梁最大彎曲應(yīng)力為:022=M22/W2=1.47N/mm.根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,并按線性疊加原理,可得到:縱梁最大合成彎曲應(yīng)力為:01=011+012=139.02N/mm:橫梁最大合成彎曲應(yīng)力為:02=021+022=2799N/mm.CCSA級(jí)船用鋼材的屈服應(yīng)力為:=235N/mm,因此,l<以及2<.6撓度校核在載重車(chē)輛荷重和跳板門(mén)自重載荷的作用下,跳板門(mén)的縱梁或橫梁構(gòu)件都會(huì)產(chǎn)生彈性變形,產(chǎn)生一定量的撓度.在跳板門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,需按有關(guān)的撓度計(jì)算公式進(jìn)行

15、校核,使撓度不大于許用的范圍,確保跳板門(mén)的安全和可靠,保證車(chē)客渡船能正常裝載車(chē)輛和旅客.(1)在載重車(chē)輛兩個(gè)后輪輪印荷重P2作用下,縱梁的最大撓度可按下列公式計(jì)算:=(3-4a),式中:Fl,口,LlL和Il的數(shù)值見(jiàn)上文;10N/ram;系數(shù)口=a/LlL=0.373.經(jīng)計(jì)算,撓度f(wàn)ll=6.193mm.在跳板門(mén)均布自重載荷作用下,縱梁的最大撓度可按下列公式計(jì)算:,l2=群_1_257mm.(2)在集中載荷Rl作用下,橫梁的最大撓度可按下列公式計(jì)算:,2.=-0.010mm.在跳板門(mén)均布自重載荷作用下,橫梁的最大撓度可按下列公式計(jì)算:根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,并按線性疊加原理,可得到:縱梁最大合成撓度

16、為:,l=,ll+,l2=7.450mm;橫梁最大合成撓度為:f2=f21+f22=0.017mm.縱梁許用撓度值廠1=LlL/400=13.75ram;橫梁許用撓度值=LlL/400=3.00mm.因此,fl=f1;2>2.7跳板門(mén)的實(shí)際結(jié)構(gòu)根據(jù)上述跳板門(mén)強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果,且按車(chē)輛甲板的強(qiáng)度要求以及船東的建議,將跳板門(mén)板架結(jié)構(gòu)上面板的板厚取為14mm;其縱梁構(gòu)件和橫梁構(gòu)件按計(jì)算結(jié)果選用截面尺寸為上的上型材;跳板門(mén)的另外一面,即外側(cè)面采用與外板厚度相同的9mm鋼板作為封板.外側(cè)面封板與縱梁,橫梁間采用如圖7所示的18mm90mmR9間距為200mm的塞焊接頭形式來(lái)連接.圖7跳板門(mén)結(jié)構(gòu)圖8鉸

17、鏈強(qiáng)度校核滾裝車(chē)客渡船的跳板門(mén)是采用4組鉸鏈與船體結(jié)構(gòu)連接的.由于跳板門(mén)的長(zhǎng)度為5.50m,而載重汽車(chē)的前后輪印間距為5.40m,所以,鉸鏈必須能經(jīng)受載重汽車(chē)整體重量以及跳板f-j自重在鉸鏈處所產(chǎn)生的剪切力作用.(1)鉸鏈軸直徑的確定鉸鏈軸承受的最大剪切力為T(mén)I=(wl+W2)g/2=205.07kN.鉸鏈軸選用45鋼材料,調(diào)質(zhì)處理后的屈服點(diǎn)ds2=355N/mm,許用剪切應(yīng)力r1=0.4a:142N/mm.鉸鏈軸直徑可根據(jù)下列公式計(jì)算:d.=lL=42.88mm,選取鉸鏈軸直徑為d=55mm.(2)鉸鏈耳板剪切應(yīng)力的校核(圖8)(a)鉸鏈中間一塊耳板的剪切應(yīng)力校核鉸鏈中間一塊耳板的寬度b0=

18、65mm,厚度絲籩船;t032.5mm.因此lnTl-26.70N/mm,式中:不平衡系數(shù)n=1.1.眼板材料的屈服應(yīng)力.l=235N/mm,r2=0.4a.l=94.0kNmm,因此,r2l>r2,且b0>d.(b)鉸鏈兩側(cè)耳板的剪切應(yīng)力校核鉸鏈兩側(cè)耳板的寬度bl=30mm,厚度t1=32.5mm,因此2=_28.92N/ram,式中:不平衡系數(shù)n=1.1.因此,r22<r2,且bl>d/2.blbO圖8鉸鏈尺寸圖9壓緊固定裝置鋼絲繩的強(qiáng)度校核滾裝車(chē)客渡船在起航前需關(guān)閉跳板門(mén).此時(shí),在鋼絲繩的收緊力作用下,壓緊固定裝置將船體門(mén)框四處于拉伸狀態(tài),需對(duì)它進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核

19、.鋼絲繩的工作狀態(tài)見(jiàn)圖9.圖9鋼絲繩受力分析跳板放下位置的極限工作角度:一10.;跳板收取位置的極限工作角度:74.;主跳板重:11850kg,力臂:2751mm;(下轉(zhuǎn)第2頁(yè))一按氣囊式隔振技術(shù)就是在動(dòng)力機(jī)械設(shè)備與艇體結(jié)構(gòu)之間設(shè)置各種氣囊式隔振器,氣囊內(nèi)部是壓力空氣,外構(gòu)成了一個(gè)非線性彈性系統(tǒng),動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)引起氣囊內(nèi)空氣和外殼的橡膠內(nèi)阻尼就會(huì)吸收一部分振動(dòng)能量,從而減少向艇外海水中傳播的噪聲能量.為了控制水下中,低速航行時(shí)的動(dòng)力機(jī)械結(jié)構(gòu)噪特點(diǎn)和動(dòng)力機(jī)械布置要求,將每個(gè)動(dòng)力機(jī)械和整體中間機(jī)座之間用各自的隔振器連接,整體中間機(jī)座和艇體之間再用一組隔振器連接,對(duì)動(dòng)力機(jī)械與艇體結(jié)構(gòu)實(shí)施雙層隔離,這

20、樣組成的彈性系統(tǒng)即浮筏,經(jīng)過(guò)理論的隔振器,調(diào)節(jié)阻尼,使其固有頻率同動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)速或主要諧振錯(cuò)開(kāi),可使激振力傳遞較好控制在設(shè)計(jì)要求允許的范圍內(nèi).螺旋槳噪聲的產(chǎn)生主要依賴潛艇艇體線型及流入螺旋槳的艉流,以及槳葉形狀,角度,結(jié)構(gòu)和表面光潔槳以較高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),周?chē)乃蜁?huì)產(chǎn)生對(duì)螺旋槳槳葉的激振力,同時(shí)螺旋槳槳葉還會(huì)受到液壓沖擊力的作用,導(dǎo)致空化現(xiàn)象和螺旋槳振動(dòng),此時(shí)螺旋槳噪聲是水場(chǎng),推遲空化產(chǎn)生,提高螺旋槳臨界轉(zhuǎn)速,減少由于螺旋槳引起的脈動(dòng)壓力,潛艇上廣泛采用了低噪聲大側(cè)斜螺旋槳.另外,還可以從艇體螺旋槳區(qū)域向水中泵水動(dòng)力空化現(xiàn)象產(chǎn)生,改善艉流性能,減少艉波的形成,從而可以大幅度降低螺旋槳噪聲.消聲瓦作為潛艇聲學(xué)設(shè)計(jì)的最后一道聲隱蔽屏障,在盡力降低和控制艇內(nèi)主要噪聲源的同時(shí),不但可以使艇內(nèi)噪聲向艇外海水中的輻射達(dá)到最小,而且可以將敵方反潛偵察聲納發(fā)出的聲波能量吸收后變成熱