下水駁船實(shí)時(shí)配載關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、下水駁船是一種高效的船舶產(chǎn)品及大型海洋結(jié)構(gòu)物的下水和運(yùn)載工具，在造船業(yè)興旺的今天，可大大減輕船廠對(duì)于船塢和船臺(tái)的使用需求。隨著造船模式的發(fā)展和建造船舶噸位的增加，下水產(chǎn)品重量也在不斷增加。在使用下水駁船作為產(chǎn)品下水工具時(shí)，如何保證整個(gè)作業(yè)過程平穩(wěn)、安全和快速地完成，是一個(gè)非常值得研究的問題。本文針對(duì)下水駁船使用過程中各調(diào)載水艙調(diào)載方案的實(shí)時(shí)確定，上駁產(chǎn)品對(duì)駁船施加載荷的計(jì)算方法以及待調(diào)載水艙閥門的打開時(shí)刻確定等幾個(gè)方面作了深入的研究。<

2、br>　　 下水駁船在整個(gè)作業(yè)過程中，需要始終保持特定的、適宜的浮態(tài)，而駁船浮態(tài)的調(diào)整是通過調(diào)節(jié)各壓載水艙的水量來實(shí)現(xiàn)的。何時(shí)進(jìn)行調(diào)載，需要調(diào)節(jié)哪些壓載水艙以及調(diào)節(jié)多少水量，這都是影響整個(gè)下水過程的關(guān)鍵因素。通常采用傳統(tǒng)的人工手動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，但其主要依靠操作人員經(jīng)驗(yàn)，而且操作繁瑣，效率低下。本文首先依照力學(xué)平衡原理，分析了駁船的受力特點(diǎn)，建立了力學(xué)平衡方程組模型。針對(duì)該模型，以總調(diào)水量最小為原則，采用牛頓迭代方法求解，并引入了差商代

3、替導(dǎo)數(shù)的思想求解雅可比迭代矩陣；針對(duì)水艙按行列布置的較有規(guī)律的駁船，研究了四種特殊的有針對(duì)性的模型求解方法，并通過算例分析比較了這四種方法的特點(diǎn)，給出了方法選擇的依據(jù)和準(zhǔn)則。接著，結(jié)合上駁時(shí)間要求盡量短的特點(diǎn)，以力學(xué)平衡方程和調(diào)水艙水量的限制為約束，調(diào)水量絕對(duì)值之和為目標(biāo)函數(shù)，建立了駁船實(shí)時(shí)配載優(yōu)化模型。針對(duì)優(yōu)化模型的非線性規(guī)劃特點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行了歸一化處理，分別采用了懲罰函數(shù)法和乘子法進(jìn)行求解。通過工程實(shí)例計(jì)算分析，證明了所建模型和對(duì)應(yīng)

4、解法的正確性和適用性，同時(shí)也比較得出了兩種模型及求解方法的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于艙室布置對(duì)稱性明顯的駁船，適于采用力學(xué)平衡方程組模型求解，其計(jì)算速度快，結(jié)果穩(wěn)定。而對(duì)于艙室布置任意性較強(qiáng)的駁船，則宜于采用優(yōu)化模型求解，盡管計(jì)算速度稍慢，但其適應(yīng)性較強(qiáng)，配載結(jié)果也較為合理。
　　 在下水駁船移運(yùn)產(chǎn)品的上駁過程中，需要實(shí)時(shí)確定上駁產(chǎn)品對(duì)駁船所施加的壓力載荷，從而為配載模型的計(jì)算提供必要和準(zhǔn)確合理的已知數(shù)據(jù)。而該部分載荷的計(jì)算方法與產(chǎn)品上駁的方

5、式密切相關(guān)。本文主要分析了滑道和氣囊兩種移運(yùn)方式下的該載荷計(jì)算方法。對(duì)于滑道移運(yùn)方式，分別采用了對(duì)已上駁部分產(chǎn)品重量載荷直接積分方法、彈性基礎(chǔ)梁法和彈性支座的有限元法進(jìn)行了計(jì)算分析。實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于支承滑道覆蓋整個(gè)產(chǎn)品上駁長(zhǎng)度的情形，可采用產(chǎn)品重量載荷直接積分方法進(jìn)行計(jì)算，該計(jì)算方法具有簡(jiǎn)單和快速的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也不會(huì)與實(shí)際重量產(chǎn)生較大的誤差；而對(duì)于產(chǎn)品相對(duì)于其支承滑道存在較大懸臂端的情形，則宜采用彈性基礎(chǔ)梁法進(jìn)行計(jì)算，其公式雖然復(fù)雜

6、，但計(jì)算結(jié)果精度較高，且與實(shí)際情形較為接近：有限元法則適用于各種情形，并且計(jì)算結(jié)果具有很高的精度，但這往往又涉及到其他有限元軟件的參與，不能滿足上駁過程的實(shí)時(shí)計(jì)算要求。對(duì)于氣囊移運(yùn)方式，駁船承受產(chǎn)品的壓力載荷既與駁船上支承產(chǎn)品的各氣囊實(shí)時(shí)壓力有關(guān)，又與駁船上支承產(chǎn)品的氣囊根數(shù)及其位置密切相關(guān)。首先，本文依照力平衡原理，通過適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，給出了支承產(chǎn)品氣囊壓力的實(shí)時(shí)計(jì)算方法。接著，依照運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，分析了氣囊和產(chǎn)品的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，給出了不同的

7、產(chǎn)品上駁長(zhǎng)度時(shí)駁船上支承產(chǎn)品的氣囊根數(shù)和其對(duì)應(yīng)位置坐標(biāo)的計(jì)算公式。最后，通過相應(yīng)氣囊的合力計(jì)算和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到了駁船所承受的氣囊壓力載荷計(jì)算公式。通過實(shí)例計(jì)算分析表明，在氣囊移運(yùn)方式下，駁船所承受產(chǎn)品的載荷具有離散性、突變性和周期性的特點(diǎn)，一般不宜采用滑道移運(yùn)的方式進(jìn)行近似計(jì)算。
　　 當(dāng)配載方案確定后，如何控制閥門開關(guān)時(shí)刻來保證整個(gè)調(diào)水過程中駁船處于最佳的浮態(tài)，對(duì)于產(chǎn)品上駁作業(yè)過程具有重要的意義。通常，閥門開關(guān)操作存在兩種不同

8、的作業(yè)方式。在兩種作業(yè)方式下，閥門開關(guān)時(shí)刻都會(huì)影響調(diào)水過程中駁船的浮態(tài)。而閥門開關(guān)時(shí)刻的確定主要與產(chǎn)品的上駁速度、調(diào)水艙室的閥門流量和潮位變化密切相關(guān)。通過分析調(diào)水過程特點(diǎn)，本文選取適當(dāng)?shù)鸟g船浮態(tài)表征函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，閥門調(diào)水時(shí)間范圍作為約束條件，建立了作業(yè)過程中調(diào)水艙室閥門開關(guān)時(shí)刻的優(yōu)化模型，分別研究了懲罰函數(shù)法、網(wǎng)格法和模擬退火法在模型求解中的應(yīng)用。通過實(shí)例計(jì)算分析表明，所建的優(yōu)化模型是正確和有效的，采用的解法均可使駁船在調(diào)水過程中