申请/专利权人：上海港复兴船务有限公司

申请日：2018-01-18

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN108058794B

主分类号：B63B59/02

分类号：B63B59/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2018.06.15#实质审查的生效;2018.05.22#公开

摘要：本发明公开一种港作拖轮艏部护舷及托架结构，包括支撑橡胶护舷的托架圆弧板，托架圆弧板上端通过过渡圆钢与托架上面板连接，托架圆弧板下端通过过渡圆钢与托架下面板连接，托架上、下面板的另一侧为主船体；还包括连接托架上面板和托架下面板之间的隔板、隔板上与托架圆弧板连接的圆弧板支撑板，托架圆弧板在与水平夹角25～30度上是一与圆弧相切的直线，且在此处设置有加强材；隔板上开有减轻孔。本发明降低了船舶的维护成本；改进了船舶建造施工工艺、提高了生产效率，降低了造船成本。

主权项：1.一种港作拖轮艏部护舷及托架结构，包括支撑橡胶护舷的托架圆弧板，托架圆弧板上端通过过渡圆钢与托架上面板连接，托架圆弧板下端通过过渡圆钢与托架下面板连接，所述托架上、下面板的另一侧为主船体；还包括连接所述托架上面板和托架下面板之间的隔板、隔板上与托架圆弧板连接的圆弧板支撑板，其特征在于：所述托架圆弧板在与水平夹角25~30度上是一与圆弧相切的直线，且该直线朝向上方，且在此处设置有加强材；所述隔板上开有减轻孔；所述减轻孔的孔壁上设有减轻孔面板；所述减轻孔的形状为腰圆孔。

全文数据：一种港作拖轮艏部护舷及托架结构技术领域[0001]本发明涉及一种港作拖轮艏部护舷及托架结构。背景技术[0002]港口拖带作业作为船舶运输和港口生产相连接的一个纽带，在其中发挥着十分重要的作用。大多数进出港口的大型船舶是由拖轮协助完成靠泊、离泊、移泊的。因此拖轮拖带对保证船舶在港口的航行安全、船舶周转速度、港口作业效率、维护航行秩序以及保护港口水域环境都具有重要的意义。国内港口港作全回转拖轮在协靠大轮时主要是顶推作业形式，海面无浪涌时，拖轮顶推作业相对平稳。但在恶劣天气下作业时，拖轮与协靠大轮产生相对上下窜动。窜动的频率幅度与浪涌有关，浪涌大则拖轮窜动幅度大。顶推作业时的相对窜动会使托架由于挤压而脱焊，进而直接影响拖轮作业和橡胶靠把的使用寿命。因此，有必要计算存在浪涌时拖轮托架的受力状态，分析托架损坏原因。以降低船舶的维护成本;改进船舶建造施工工艺、提高生产效率，降低造船成本。[0003]现有的托架艏部线型及隔板分布如图1所示。其截面剖视图如图2所示，托架由隔板1，板厚为8mm、减轻孔面板2,规格为10X100扁钢、托架上面板3,板厚为12mm、加强材4,板厚为12_和过渡圆钢5,板厚为IOmm等结构组成，由于制作工艺限制横撑板与圆弧托板无法焊接。发明内容[0004]本发明的目的是提出一种港作拖轮艏部护舷及托架结构，以解决现有的托架艏部线型及托架结构存在的问题。[0005]下面通过计算存在浪涌时拖轮托架的受力状态，分析托架损坏原因。本计算基于有限元计算软件FemapNXNastran建立托架计算模型，托架采用Plate和Bar等单元进行仿真，对托架结构的受力进行计算及分析，根据计算结果对托架结构进行优化并验证优化方案的可行性。[0006]1、建立拖轮艏部几何模型，如图3所示；[0007][0008]由于船体左右对称，为提高计算效率，因此建立了拖轮右舷一侧的模型。托架有限元模型使用Plate、Bar、Rigid以及Gap等类型的单元。[0009]IPlate单元[0010]船体如甲板、横舱壁、横向强框架等钢板而积尺寸远远大于厚度尺度，可简化为薄板结构，采用Plate单元；[0011]2Bar单元[0012]—些纵骨、桁材、扶强材的长度尺寸远远大于截而尺寸，可简化为杆梁结构，采用Bar单元。[0013]3Rigid单元[0014]刚体单元，模拟碰撞力传递到橡胶护舷上的过程。[0015]⑷Gap单元[0016]考虑到橡胶护舷受到挤压时变形与吸能的作用，在各隔板与Rigid单元间添加Gap单元模拟橡胶护舷的变形过程。[0017]根据《中华人民共和国化工行业标准》中有关橡胶护舷的规范：[0018]对于800X1000的橡胶护舷，当变形量达到50%时，其反力大小为237.4KN。变形量：A=50%D=400mm;[0019]反力:F=237.4KN=237400N[0020]压缩刚度：[0021]各隔板处Gap单元个数:η=15[0022]每个Gap单元压缩刚度：[0023]因此，模型中Gap单元的压缩刚度取值39Nmm。[0024]2、约束[0025]船体的中纵剖面上施加对称面约束;模型尾端横剖面上施加固定约束;各Rigid单元的independent节点处施加托架纵向方向的固定约束。[0026]3、载荷[0027]“2942kW”拖轮最大顶推力为52吨。正常进行顶推作业时不会使用最大顶推力，出于安全考虑，载荷选取52t最大顶推力。拖轮的橡胶靠10把与被拖船外板之间有上下滑移趋势，钢与橡胶存在静摩擦力，考虑到有水的润滑作用其摩擦系数μ取〇.6。[0028]沿隔板方向的法向力FN等于最大顶推力，即[0029]FN=509.6kN[0030]竖直分力Fz=yFN=305.76kN[0031]4、计算结果及分析[0032]隔板和圆弧托板是托架主要传力结构。在实际作业中，拖轮摆位与大船垂直或接近垂直，拖轮中纵剖面附近的托架结构主要承受载荷作用，相应位置的隔板和圆弧托板均出现了损坏和变形。因此主要对P0-P3之间的隔板及相邻两隔板间的圆弧托板进行强度校核。[0033]5、隔板强度校核[0034]分为2种工况对隔板进行校核:工况1一一仅由一个隔板承受载荷;工况2—一由隔板及相邻两列圆弧托板单元承受载荷。[0035]⑴工况1强度校核[0036]考虑到橡胶护舷受到挤压时变形与吸能的作用，在各隔板与Rigid单元间添加Gap单元模拟橡胶护舷的变形过程，Gap单元压缩刚度取39Nmm。在各隔板响应位置Rigid单元Independent节点上分别施加同上序号3载荷。为便于观察将托架上面板隐藏显示，计算结果如下表所示。[0037][0038]从而可知，最大应力集中于隔板顶端与托架上面板相连位置，且超过材料的屈服强度。此种情况与托架实际损坏情况相符。[0039]2工况2强度校核[0040]考虑隔板及左右相邻一列圆弧托板单元同时承受作用力时，即在隔板及左右相邻圆弧托板共三个Rigid单元Independent节点上分别施加同上序号3载荷的13。计算结果如下表所示。[0041][0042]由计算结果可知，工况2下隔板的最大应力在屈服强度之内，即隔板不会被破坏。工况1下仅有一个隔板承受载荷作用时，隔板结构会被破坏;工况2下有相邻R板圆弧托板）与隔板共同承受载荷作用时，隔板结构不会被破坏。因此，有必要修改拖轮艏部托架线型以避免相对尖角，使橡胶护舷与被顶推大轮间接触更加均匀，从而通过橡胶护舷将碰撞力更加均匀的分散到托架上，避免作用力集中在一个隔板上。[0043]6、R板强度校核[0044]分为两种工况对R板进行校核：[0045]即工况3—由相邻两隔板间R板中部一列单元承受载荷；[0046]工况4一由相邻两隔板间R板中部相邻两列单元承受载荷。[0047]工况3强度校核[0048]在相邻两隔板间的圆弧托板中部一列单元即两列节点上施加同序号3的载荷，计算结果如下表所示。[0049][0050]由计算结果可知，工况3下应力最大位置位于R板中上部，与实际损坏情况相一致，且R板上最大Von-Mises应力已超出屈服强度。[0051]工况4强度校核[0052]在相邻两隔板间的圆弧托板中部两列列单元即两列节点上施加同上序号3的载荷，计算结果如下表所示。[0055]由计算结果可知，工况4下圆弧托板的最大应力在屈服强度之内，即圆弧托板不会被破坏。[0056]7、托架原始方案结论[0057]当仅由一个隔板承受载荷时，隔板结构会被破坏。因此，有必要优化拖轮艏部托架线型以避免相对尖角，使橡胶护舷与被顶推大轮间接触更加均匀，从而通过橡胶护舷将碰撞力更加均匀的分散到托架上。[0058]隔板的最大应力位于隔板顶端与托架上面板相连位置，这是由于橡胶护舷与被顶推大轮间的摩擦力作用，使碰撞力沿水平向上方向传递。因此，有必要优化隔板形状，减缓隔板上端应力集中。[0059]工况3下R板上的应力已到达屈服强度，需对R板进行结构和板材优化。[0060]通过以上试验，本发明提出以下技术方案以实现本发明的目的：[0061]本发明的一种港作拖轮艏部护舷及托架结构，包括支撑橡胶护舷的托架圆弧板，托架圆弧板上端通过过渡圆钢与托架上面板连接，托架圆弧板下端通过过渡圆钢与托架下面板连接，所述托架上、下面板的另一侧为主船体;还包括连接所述托架上面板和托架下面板之间的隔板、隔板上与托架圆弧板连接的圆弧板支撑板，所述托架圆弧板在与水平夹角25〜30度上是一与圆弧相切的直线，且在此处设置有加强材;所述隔板上开有减轻孔。[0062]其中，所述减轻孔的孔壁上设有减轻孔面板。[0063]其中，所述减轻孔的形状为腰圆孔，腰圆长及圆孔直径由隔板尺寸确定。[0064]其中，所述减轻孔面板为扁钢，厚度大于隔板厚度Imm〜2_。[0065]其中，所述横撑板与上面板之间的加强材为角钢。[0066]其中，所述隔板的厚度为IOmm〜12mm。[0067]其中，所述圆弧托板的厚度为12mm〜14mm。[0068]由于采用以上技术方案，本发明的一种港作拖轮艏部护舷及托架结构降低了船舶的维护成本;改进了船舶建造施工工艺、提高了生产效率，降低了造船成本。附图说明[0069]图1现有的托架艏部线型及隔板分布；[0070]图2现有托架截面剖视图；[0071]图3拖轮艏部几何模型；[0072]图4艏部型线优化前后对比图；[0073]图5本发明托架截面剖视图。[0074]其中：I，隔板;2，减轻孔面板;3，托架上面板;4，加强材;5，过渡圆钢;6，圆弧板支撑板;7,托架下面板;8,托架圆弧板;9,主船体;10,橡胶靠;11，优化线型；12,原线型。具体实施方式[0075]下面根据附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明：[0076]如图4，5所示，本发明的一种港作拖轮艏部护舷及托架结构，包括支撑橡胶护舷的托架圆弧板8,托架圆弧板8上端通过过渡圆钢5与托架上面板3连接，托架圆弧板8下端通过过渡圆钢5与托架下面板7连接，托架上、下面板的另一侧为主船体9;还包括连接托架上面板3和托架下面板7之间的隔板1、隔板1上与托架圆弧板8连接的圆弧板支撑板6,托架圆弧板8在与水平夹角25〜30度上是一与圆弧相切的直线，且在此处设置有加强材4;隔板1上开有减轻孔，减轻孔的形状为腰圆孔，腰圆长及圆孔直径由隔板尺寸确定，减轻孔的孔壁上设有减轻孔面板，减轻孔面板为扁钢，厚度大于隔板厚度Imm〜2mm。[0077]其中，横撑板与上面板之间的加强材为角钢。[0078]其中，隔板的厚度为IOmm〜12mm。[0079]其中，圆弧托板的厚度为12mm〜14mm。[0080]但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

权利要求：1.一种港作拖轮艏部护舷及托架结构，包括支撑橡胶护舷的托架圆弧板，托架圆弧板上端通过过渡圆钢与托架上面板连接，托架圆弧板下端通过过渡圆钢与托架下面板连接，所述托架上、下面板的另一侧为主船体;还包括连接所述托架上面板和托架下面板之间的隔板、隔板上与托架圆弧板连接的圆弧板支撑板，其特征在于:所述托架圆弧板在与水平夹角25〜30度上是一与圆弧相切的直线，且在此处设置有加强材;所述隔板上开有减轻孔。2.根据权利要求1所述的港作拖轮艏部护舷及托架结构，其特征在于:所述减轻孔的孔壁上设有减轻孔面板。3.根据权利要求1所述的港作拖轮艏部护舷及托架结构，其特征在于:所述减轻孔的形状为腰圆孔。4.根据权利要求2所述的港作拖轮艏部护舷及托架结构，其特征在于:所述减轻孔面板为扁钢，厚度大于隔板厚度Imm〜2mm。5.根据权利要求1所述的港作拖轮艏部护舷及托架结构，其特征在于:所述横撑板与上面板之间的加强材为角钢。6.根据权利要求1所述的港作拖轮艏部护舷及托架结构，其特征在于:所述隔板的厚度为IOmm〜12mm〇7.根据权利要求1所述的港作拖轮艏部护舷及托架结构，其特征在于:所述圆弧托板的厚度为12mm〜14mm。

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