CN114644085B - 水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，在超大货物的滚装滚卸过程中，不对船舶进行调排压载水,根据预先测算的船舶靠岸侧所需的向上吊力及滚装滚卸过程中力矩的变化值,仅对船舶的靠岸侧施加往上的外力，即时平衡船舶靠岸侧在滚装滚卸过程中的浮力变化,使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差一直保持于在可供超大货物进行滚装滚卸的范围内。即是说，本发明利用杠杆原理，在超大货物的滚装滚卸过程中，用相对较小的外力往上撬动船舶的靠岸侧，即时平衡船舶靠岸侧的浮力变化，从而在滚装滚卸过程中，超大货物可以不停顿地移动，从而能快速进行超大货物的滚装滚卸，进而大大缩短了超大货物的滚装滚卸操作时间。

Description

水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法

技术领域

本发明涉及水运超大货物的滚装滚卸技术领域，尤其涉及水路运输超大货物滚装滚卸时浮力的平衡方法。

背景技术

在滚装滚卸作业中，一般是等船舶一侧对码头丁字靠，并用缆绳连接船舶靠岸侧的缆桩与岸上的缆绳桩之后而使得船舶相对码头定位，在船舶靠岸侧与码头之间搭起滚卸桥以供装超大货物的车辆上下以进行超大货物的滚装滚卸(因为码头边上设置有防撞墩，所以船舶靠岸侧与码头之间会有一定距离，所以需要搭起滚卸桥)。

常规操作中,一般是在高平潮的时候进行超大货物的滚装滚卸操作，在操作过程中,随着装有超大货物的车辆的移动(包括在船舶甲板上的移动、在滚卸桥上的移动),船舶的靠岸侧与相对侧的浮力会发生改变，在没有外力的情况下,船舶会因为浮力的变化倾斜成不同的角度(车辆往船舶靠岸侧移动,船舶靠岸侧会往下倾,而船舶相对的另一侧则会往上倾)，从而使得船舶靠岸侧与码头基面之间的高度差也不同，所以无法安全进行滚装滚卸。

为使得能顺利进行滚装滚卸,目前采用的方法是通过间歇性地调排压载水来实现浮力的平衡，即当车辆移动一段距离后使得船舶靠岸侧与码头基面之间的高度差超出要求时，车辆停止用移动，根据此时船舶靠岸侧与码头基面之间的高度差，通过调排压载水来实现船舶靠岸侧浮力的平衡，使得载船舶靠岸侧与码头基面之间的高度差符合要求时，载货车辆再移动一点距离，而载货车辆再移动一点距离后，船舶倾斜度又产生不同变化，从而要再根据此时船舶靠岸侧与码头基面之间的高度差来再次通过调排压载水来实现浮力的平衡，使得载船舶靠岸侧与码头基面之间的高度差符合要求时，载货车辆再移动一点距离，如是反复循环。就是说，调一点，车辆移动一点，车辆一直在移动-停顿-移动-停顿之间循环直至滚装滚卸完成,没法一直移动至滚装滚卸完成,从而滚装滚卸速度慢,所需要的操作时间太长；而且随着车辆移动,调排压载水的量还不同，如此，使得超大货物的滚装滚卸操作更慢了。时间代表的就是成本，操作时间长，代表成本越高。此外，因为传统的滚装滚卸操作需要较长时间，从而无法在大潮差/特大潮差的地方进行滚装滚卸作业。而且传统技术中，因为滚装滚卸作业都是通过船舶本身的调排压载水进行船舶的浮力平衡，从而对船舶的调排压载水能力要求很高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其可大大缩短滚装滚卸操作所需要的时间。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，在船舶停靠后，在船舶靠岸侧与卸货平台之间搭载滚卸桥，在超大货物的滚装滚卸过程中，不对船舶进行调排压载水,根据预先测算的船舶靠岸侧所需的向上吊力及滚装滚卸过程中力矩的变化值,仅对船舶的靠岸侧施加往上的外力，即时平衡船舶靠岸侧在滚装滚卸过程中的浮力变化,使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差一直保持于在可供超大货物进行滚装滚卸的范围内。

在轴线车车轴56cm的悬浮调节范围内，铺设不同长度的滚卸桥，且滚卸桥的坡度不超过正负8°；所述滚卸桥包括至少两旋转连接的单片，并在滚卸桥与船舶甲板之间架设可对单片的高度进行调整的调整装置，所述调整装置包括支撑梁以及与两液压缸，所述支撑梁支撑于其中一单片或者支撑于相邻两单片旋转连接的部位下方，两液压缸一端分别连接于支撑梁的两侧，另一端支撑于船舶甲板上。

在超大货物的滚装滚卸过程中，对船舶的靠岸侧施加往上的外力，使得滚卸桥的坡度一直不超过正负8°，直至超大货物的滚装滚卸完成。

在超大货物移动开始时，给船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

在超大货物移动前，先对船舶的靠岸侧进行预调排压载水，使得船舶靠岸侧高于船舶靠岸侧的相对侧，在船舶靠岸侧不高于卸货平台基面的前提下,使得船舶靠岸侧往上倾斜至不能再往上倾斜为止；在超大货物的滚装过程中，对船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

在滚装滚卸过程中,对船舶的靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台的基面高度平齐，需从超大货物滚装滚卸过程中力的平衡以及力矩的平衡来计算所述外力，为简化计算，假设船舶的方形系数为1,计算公式如下:

(1)力的平衡公式为：

T＝G₀-B

式中，T为施加于船舶靠岸的往上的吊力，G₀为超大货物位于船舶上的部分的重量，B为因为船舶倾斜度发生变化以及超大货物的移动，船舶自重以及还在船舶上的超大货物的重量所引起的浮力的变化值；假定超大货物的重量线性分布，则G₀的计算公式为：

式中，G为超大货物的重量，L₁为超大货物尾部到船舶靠岸侧之间的距离，x为滚装滚卸过程中超大货物移动的距离；

B可表示为：

式中，b(x)为浮力沿船体长度的分布函数，定义船舶靠岸侧的相对侧的吃水为h，船舶靠岸侧的吃水为0,则浮力沿船体长度的分布函数b(x)为：

式中，ρ_w为海水的密度，为1.025t/m3；W₀为船舶宽度，L₀为船舶长度,x为滚卸过程中超大货物移动的距离；

(2)力矩的平衡公式：

对力的作用点处取矩，

G₀*x_g＝B*x

式中，x_g为货物重心到船尾的距离，随着货物的移动x_g与滚装滚卸过程中超大货物移动的距离x和L₁的函数关系式为：

x_g＝(L₁-x)/2

故,在超大货物的滚装滚卸过程中，随着超大货物的移动，施加于船舶靠岸侧的往上的吊力为：

在超大货物的滚装滚卸过程中，可对船舶靠岸的左右两侧均施加往上的外力。

通过卸货平台上的吊车提吊船舶靠岸侧左右两侧的缆桩而对船舶靠岸侧施加往上的外力；或，在船舶靠岸侧的左右两侧焊接倒U字形吊点，通过吊车提吊所述倒U字形吊点而对船舶靠岸侧施加往上的外力；或，在船舶靠岸侧的左右两侧设置液压工作臂，所述液压工作臂的一端枢接于船舶靠岸侧，在船舶停靠岸边后，使得液压工作臂另一端支撑于卸货平台基面上；在超大货物滚装滚卸过程中，通过液压工作臂的力传递而对船舶靠岸侧施加往上的外力。

当通过卸货平台上的吊车提吊船舶靠岸侧左右两侧的缆桩而对船舶靠岸侧施加往上的外力时，将卡瓦连接到船舶靠岸侧的缆桩上，再将吊卡卡盘连接到卡瓦上，吊车通过提吊所述吊卡卡盘而对船舶靠岸侧施加往上的外力。

在所述卸货平台基面与吊车或与液压工作臂另一端接触的部分上铺设路基板。

本发明利用杠杆原理，在超大货物的滚装滚卸过程中，根据预先测算的船舶靠岸侧所需的向上吊力及滚装滚卸过程中力矩的变化值,对船舶靠岸侧施加往上的外力，用相对较小的外力往上撬动船舶的靠岸侧，即时平衡船舶靠岸侧的浮力变化,从而具有以下有益效果：

1、能即时快速实现船舶的浮力平衡，并能在超大货物的滚装滚卸过程中使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差一直保持于在可供超大货物进行滚装滚卸的范围内,从而能使得超大货物可以不停顿进行滚装滚卸，从而能快速进行超大货物的滚装滚卸，即大大缩短了超大货物的滚装滚卸操作时间；

2、因为本发明大大缩短了超大货物的滚装滚卸操作时间，从而不管是大潮差地区，还是特大潮差地区，本发明方法均能适应，从而本发明解决了大潮差和特大潮差地区超大货物滚装滚卸的问题，进而扩大了超大型超大货物滚装滚卸的范围；

3、因为本发明大大缩短了超大货物的滚装滚卸操作时间，所谓船舶完全能乘涨潮进入港口，快速进行超大货物的滚装滚卸后乘落潮退出港口，如此，只要有简易的卸货平台即可完成超大货物的滚装滚卸，无需一定要建设设施要求高的码头，从而码头建设的成本大大降低，从而大大降低了超大货物滚装滚卸的成本；

4、依靠外力而不是依靠船舶本身的调排压载水进行船舶的浮力平衡，从而对船舶调排压载水能力要求不高，如此，可以有更多的船舶能在承载范围内进行超大货物的承载、滚装滚卸，即扩大了船舶的适应范围。

附图说明

图1为采用吊车提吊方式实现本发明平衡方法的俯视示意图；

图2为装载有超大货物的船舶停靠于卸货平台边上的示意图；

图3为根据图3中A部分的放大示意图；

图4为根据图3中滚卸桥、卸货平台、调整装置的俯视放大示意图；

图5为根据图3中滚卸桥的背面放大示意图；

图6为在滚装滚卸过程中通过本发明方法使得船舶的靠岸侧与卸货平台的基面大致平齐的状态示意图；

图7为本发明第三种方式中在滚装滚卸过程中通过本发明方法使得船舶的靠岸侧与卸货平台的基面大致平齐的状态示意图；

图8为根据本发明方法中超大货物移动距离与外力的曲线关系图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种水路运输超大货物滚/装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，在船舶1停靠后，在船舶1靠岸侧与卸货平台之间搭载滚卸桥在超大货物7的滚装滚卸过程中，不对船舶进行调排压载水,根据预先测算的船舶靠岸侧所需的向上吊力及滚装滚卸过程中力矩的变化值,仅对船舶1的靠岸侧施加往上的外力，即时平衡船舶靠岸侧在滚装滚卸过程中的浮力变化,使得船舶靠岸侧与卸货平台2基面之间的高度差一直保持于在可允许超大货物进行滚装滚卸的范围内。船舶停靠卸货平台2后，一般是通过缆绳3连接船舶靠岸侧左右两侧的缆桩51与卸货平台上对应的缆绳桩5之后而使得船舶1停靠于卸货平台2边上。然后在船舶1靠岸侧与卸货平台2之间搭滚卸桥6以供超大货物7(该“超大货物”实质指的是载货车辆+车辆上的超大货物，全文中提及的超大货物都指的该同一个意思)上下以进行滚装滚卸。

要在超大货物的滚装滚卸过程中，使得船舶靠岸侧与卸货平台2基面之间的高度差一直保持于在可供超大货物进行滚装滚卸的范围内，无需往上提起整艘船,只需对船舶1的靠岸侧施加往上的外力,使得船舶靠岸侧往上翘起来即可,要实现该目的,可以采用但不局限于以下几种方式：

第一种方式，如图2至图5所示，在轴线车车轴56cm的悬浮调节范围内，铺设不同长度的滚卸桥6，且滚卸桥6的坡度不超过正负8°；所述滚卸桥包括至少两旋转连接的单片61，并在滚卸桥6与船舶甲板之间架设可对单片61的高度进行调整的调整装置62，所述调整装置62包括支撑梁621以及与两液压缸622，所述支撑梁621支撑于其中一单片61或者支撑于相邻两单片61旋转连接的部位下方，两液压缸622一端分别连接于支撑梁621的两侧，另一端支撑于船舶甲板上；在超大货物的滚装滚卸过程中，对船舶的靠岸侧施加往上的外力，使得滚卸桥的坡度一直不超过正负8°，直至超大货物的滚装滚卸完成。

所述两单片61可通过销轴或百叶等任意公知可行的方式旋转连接。

优选地，所述支撑梁621的长度大于单片61的宽度，从而支撑梁621支撑于单片61下方时，支撑梁621的两端均伸出于滚卸桥的两侧外。如此设置，使得调整装置62的安装更方便。

在国标中，公路运输坡度的最大允许值为正负8°，从而在滚装滚卸的过程中,滚卸桥坡度的最大允许值为正负8°。即是说,只要施加于船舶靠岸侧的往上的外力使得滚卸桥的坡度一直保持不超过正负8°，超大货物都能持续移动而进行不断的滚装滚卸。在卸货平台基面不变的情况下，使得滚卸桥的坡度一直不超过正负8°，也即是使得船舶靠岸侧有卸货平台之间的高度差一直在一定的范围内，该高度差范围允许超大货物持续性移动。

所述长度不同的滚卸桥，因为在滚卸桥搭载后，滚卸桥、船舶甲板、卸货平台之间会形成为三角形形状(如图2所示)，在知道三角形其中一条边的长度在56cm以内(轴线车车轴56cm的悬浮调节范围内，即两条边船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差在56cm以内，也即该对应的边长在56cm以内)与另外两条边之间的夹角(不超过正负8°)，即可以知道三角形另外两条边的长度，即知道滚卸桥的长度与滚卸桥搭载船舶甲板上一端与卸货平台之间的直线距离。

在搭滚好上述滚卸桥后，在滚卸过程中，随着超大货物的移动，船舶的靠岸侧会往下倾斜，对船舶靠岸侧施加往上的外力，同时调整液压缸622，即调整单片61与船舶甲板之间的夹角，也调整两单片61之间的夹角过大，从而避免超大货物上了滚卸桥后，因为超大货物的重量导致两单片61之间形成过大的V角，也避免滚卸桥被压垮。

第二种方式，如图6所示,在超大货物移动开始时，即超大货物开始进行滚卸时，给船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。因为随着超大货物的移动，超大货物对船舶靠岸侧的压力不同，从而导致船舶的倾斜度发生变化，即使得船舶靠岸侧与卸货平台之间的高度差产生变化，从而要使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，施加于船舶靠岸侧的往上的外力需根据超大货物的移动随时调整大小，直至超大货物全部上岸，滚卸完成。

第三种方式，如图7所示，在超大货物移动前，先对船舶的靠岸侧进行预调排压载水，使得船舶靠岸侧高于船舶靠岸侧的相对侧，即先对船舶的靠岸侧进行预调排压载水，在船舶靠岸侧不高于卸货平台基面的前提下,使得船舶靠岸侧往上倾斜至不能再往上倾斜为止；在超大货物的滚装过程中，对船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

在滚装滚卸前进行预调排压载水，可以使得在滚装滚卸过程中施加于船舶靠岸侧的力可以相对小点。

所述先对船舶的靠岸侧进行预调排压载水，在船舶靠岸侧不高于卸货平台基面的前提下,使得船舶靠岸侧往上倾斜至不能再往上倾斜为止,具体是说,因为不同船舶的排压载水能力不同,从而有些船舶排压载水能力相对较低,从而即使其预排压载水时到极限,其舶靠岸侧还是低于卸货平台基面,而有些船排压载水能力相对较高,若预排压载水时到极限,其舶靠岸侧可能会高于卸货平台基面,这两种情况下,若是前者,就可以预调排压载水到极限,船舶靠岸侧往上倾斜多少度算多少度,直至不能再往上倾斜为止；若是后者,预调排压载水使得船舶靠岸侧与卸货平台基面平齐即可,没必要预调排压载水使得船舶靠岸侧高于卸货平台基面,因为调排压载水也需要时间,时间过长也整体操作耽误时间。

在上述第二种方式与第三种方式中，船舶靠岸侧与卸货平台基面之间可搭载上述第一种方式中的滚卸桥，也可以搭载一般的滚卸桥，因为当船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm时，滚卸桥的坡度比较平缓，大大低于8度，所以第一种方式中的滚卸桥完全没问题，一般的滚卸桥也没问题；且船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，该高度差已经非常非常低，完全处于可允许超大货物进行滚装滚卸的范围内。

在实际操作中，上述几种方式也可以根据实际需要排列组合使用，如，在超大货物滚装滚卸之前，先对船舶的靠岸侧进行预调排压载水，使得船舶靠岸侧高于船舶靠岸侧的相对侧，然后铺设第一种方式中的滚卸桥；然后在超大货物的滚装滚卸过程中，对船舶靠岸侧施加往上的外力，使得当船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

上述图6、图7中，为更好地反应船舶的靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差，未显示滚卸桥。应当知道的是，图中只是未显示滚卸桥，实际操作中，必定会有滚卸桥。且图2、图6、图7显示的为超大货物位于船舶甲板中间位置时的状态。且上述图中均是显示超大货物在滚卸前且置于船舶甲板中间位置的状态。

关于施加于船舶靠岸侧的往上的外力的具体数值以及具体变化，因为同一排水量的不同船型、同一条船不同的吃水位置，在同一载货车辆移动的过程中，船舶纵侧角度都不同；而且同一条船同一吃水位置，超大货物在船舶上的初始摆放位置不同都会使得用上述方法进行滚卸/滚装所需的平衡外力值(施加于船舶靠岸侧的往上的外力)产生变化。在滚装滚卸之前，船自重与船自重引起的浮力相等，在滚卸之前，船舶自重加上运载超大货物的重量之和与其引起的浮力相等，即在滚装滚卸之前，船舶的倾斜度为0。故,在超大货物的滚装滚卸过程中,要使得船舶靠岸侧与卸货平台2基面之间的高度差一直保持于在可允许超大货物进行滚装滚卸的范围内,施加于船舶靠岸侧的往上的外力必然要考虑两个因素,一个是在货物未滚装滚卸前,船舶靠岸侧与卸货平台基面之间存在高度差,要使得船舶靠岸侧往上翘至与卸货平台基面之间高度差在允许范围内,就必须施加一个往上的力；再一个就是力矩,因为随着货物在滚装滚卸过程中的移动,力矩势必改变。因此在超大货物的滚装滚卸过程中，仅考虑船舶姿态(因为随着超大货物的移动，在没有外力的情况下，船舶的倾斜度必然不会同)的变化及货物在船舶移动时所产生的力矩变化。故，在滚装滚卸过程中,对船舶的靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台的基面高度平齐，需从超大货物滚装滚卸过程中力的平衡以及力矩的平衡来计算所述外力，为简化计算，假设船舶的方形系数为1,计算公式如下:

(1)力的平衡公式为：

T＝G₀-B (2.1)

式中，T为施加于船舶靠岸的往上的吊力，G₀为超大货物位于船舶上的部分的重量，B为因为船舶倾斜度发生变化以及超大货物的移动，船舶自重以及还在船舶上的超大货物的重量所引起的浮力的变化值；假定超大货物的重量线性分布，则G₀的计算公式为：

式中，G为超大货物的重量，L₁为货物尾部到船舶靠岸侧之间的距离，x为滚装滚卸过程中超大货物移动的距离；

B可表示为：

式中，b(x)为浮力沿船体长度的分布函数，定义船舶靠岸侧的相对侧的吃水为h，船舶靠岸侧的吃水为0(举例说，若是船尾为靠岸侧，则h为船头的吃水),则浮力沿船体长度的分布函数b(x)为：

式中，ρ_w为海水的密度，为1.025t/m3；W₀为船舶宽度，L₀为船舶长度；代入，则浮力沿船体长度分布函数可写为:

将公式(2.3)至(2.5)代入公式(2.1)，得到

(2)力矩的平衡公式：

对力的作用点处取矩，

G₀*x_g＝B*x (2.7)

式中，x_g为货物重心到船尾的距离，随着货物的移动x_g与滚装滚卸过程中超大货物移动的距离x和L₁的函数关系式为：

x_g＝(L₁-x)/2 (2.8)

将B代入上式(2.7)

由公式(2.9)可以计算得到：

将公式(2.10)代入公式(2.6)可以得到：

将(2.2)和(2.8)代入(2.11)，整理可得，在超大货物的滚装滚卸过程中，随着超大货物的移动，施加于船舶靠岸侧的往上的吊力为：

即是说，随着超大货物的移动，施加于船舶靠岸侧的往上的外力需随时调整大小，具体在超大货物移动多少距离时该给船舶靠岸侧施加多少力，可以根据上述公式计算出。

上述各公式后带的(2.1)、(2.2)至(2.12)，是为了描述方便而给各公式编的一个序号，没实际含义。

假设船舶为长103m、宽20米、型深8米的立方体；超大货物长100米，直径10米，重量为1850吨，超大货物的初始位置为位于船舶甲板的居中位置，将上述数据代入计算T的公式(2.12),根据超大货物移动的距离计算施加于船舶靠岸侧向上的力，绘制如下表格,表格中的距离L₁代表超大货物尾端与船舶靠岸侧的距离。因为超大货物长100米,船舶甲板长103米,故超大货物位于甲板居中位置为初始位置时,超大货物尾部与船舶靠岸侧端部的距离L₁为101.5米,随着超大货物的移动,该距离越来越短,当超大货物全部上岸时,距离L₁为0：

表1

为了更直观的表示移动距离与外力(即施加于船舶靠岸侧向上的拉力)的关系,绘制如图8所示的曲线关系图。从图8曲线关系图可以看出，在滚卸过程中，当超大货物移动大约31m(超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为69米)时需要的外力最大，且最大外力为625.794吨。若从滚装看，即是长100米的超大货物在滚装过程中，大约30米在在卸货码头上、其他部分在船舶上的时候，需要对船舶靠岸侧施加的往上的外力最大。即是说，在滚装滚卸过程中，当超大货物大约三分之一的部分在卸货平台上、其他部分在船舶上的时候，需要对船舶靠岸侧施加的往上的外力最大，且最大外力为625.794吨。

以下表2为船舶为长112m、宽20米、型深8米的立方体；超大货物长100米，直径10米，重量为1850吨，且超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置下进行滚卸的过程中，根据超大货物移动的距离计算施加于船舶靠岸侧向上的拉力。

因为超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置，从而在初始位置时，超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离L1为100米，当超大货物全部上岸时,距离L1为0。

表2

从上述表2可以看出，当超大货物移动大约25m(超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为75米)时需要的外力最大，且最大外力为690.6485吨。

以下表3为船舶为长109m、宽20米、型深8米的立方体；超大货物长100米，直径10米，重量为1850吨，且超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置下进行滚卸的过程中，根据超大货物移动的距离计算施加于船舶靠岸侧向上的拉力。

因为超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置，从而在初始位置时，超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为100米，当超大货物全部上岸时,距离L1为0。

表3

从上述表3可以看出，当超大货物移动大约27m(超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为73米)时需要的外力最大，且最大外力为672.1553吨。

以下表4为船舶为长106m、宽20米、型深8米的立方体；超大货物长100米，直径10米，重量为1850吨，且超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置下进行滚卸的过程中，根据超大货物移动的距离计算施加于船舶靠岸侧向上的拉力。

因为超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置，从而在初始位置时，超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为100米，当超大货物全部上岸时,距离L1为0。

表4

从上述表4可以看出，当超大货物移动大约29m(超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为71米)时需要的外力最大，且最大外力为653.6455吨。

以下表5为船舶为长103m、宽20米、型深8米的立方体；超大货物长100米，直径10米，重量为1850吨，且超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置下进行滚卸的过程中，根据超大货物移动的距离计算施加于船舶靠岸侧向上的拉力。

因为超大货物先移动至头端与船舶甲板靠岸侧的初始位置，从而在初始位置时，超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为100米，当超大货物全部上岸时,距离L1为0。

表5

从上述表5可以看出，当超大货物移动大约31m(超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为69米)时需要的外力最大，且最大外力为635.1673吨。

从上述各表格可以看出，随着船长的不同,需要的最大外力也不同,船越长,需要的最大外力也越大；超大货物在船舶甲板上的初始位置不同,需要的最大外力也不同。但是从上述数据统计可以看出，在超大货物的滚装滚卸过程中，超大货物移动距离为货物总长度的26％-31％时，需要施加于船舶靠岸侧的往上的外力最大。

不过在超大货物重量为1850吨的情况下，最大外力也没超过700吨。

为验证上述理论计算，进行了模拟试验验证。模拟试验验证相关操作如下：按照“海洋石油226(船)”的模型，以32:1的比例缩小做了试验船模，实验船模还原为实际船模的具体数据为：船长122.4米、型宽30.4米、型深7.2米、载重8601.6吨、前驾驶台船型、甲板长度103米，用32:1的比例选取试验砝码代替超大货物。

将上述装载有试验砝码的船模放在水槽中，并在船模上清晰标清楚船模满载且还未开始滚卸之前的纵向吃水线；搭架吊挂电子秤，电子秤吊挂于船模靠岸侧，从而可以直观测试验砝码滚卸过程中作用于船模靠岸侧的外力变化，同时用角度传感器测记船模在滚卸过程中的倾斜角度变化。

为验证上述理论计算，进行了在四种初始状态下进行滚卸的验证：

第一种初始状态：将试验砝码装在船模甲板的居中位置；

第二种初始状态：将试验砝码装在船模甲板的居中位置，并通过预调排压载水将船模靠岸侧调高0.65公分(按照32:1，即相当于实际船舶吃水为0.208米)；

第三种初始状态：将试验砝码装在船模甲板的居中位置，并通过预调排压载水将船模靠岸侧调高0.544公分；

第四种初始状态：将试验砝码预调至船模靠岸侧。

在上述四种初始状态下进行滚卸操作，检测到的船模在滚卸过程中的倾斜角度不超过1度，完全符合货物滚装滚卸过程中船舶倾斜度的安全要求。而作用于船模靠岸侧的往上的外力，试验得到的数据以及换算成实际值对比如下：

从上述表6、表7的数据也验证了前述理论，即使相同的船舶,超大货物在船舶甲板上的初始位置不同,超大货物移动过程中需要的外力也不同,需要的最大外力也不同。超大货物处于船舶甲板居中位置的初始状态且不预调排压载水，也是在当超大货物移动大约30m(超大货物尾端与船舶靠岸侧端部的距离为70米)时需要的外力最大，在超大货物重量为1850吨的情况下，最大外力也没超过661.91吨,约为1850吨的35.78％,没超过700吨。

即是说，上述理论计算与模拟试验的相互印证，说明了本发明提出的方法可行。

上述卸货平台可以是码头，也可以是其他简易的卸货平台。

具体的对船舶靠岸侧施加往上的外力，且为了船舶靠岸侧受到的往上的外力更均衡，在超大货物的滚装滚卸过程中，可对船舶靠岸的左右两侧均施加往上的外力。

在其中一实施例中，可通过吊车往上提吊船舶的靠岸侧，给船舶靠岸侧施加往上的外力。较佳的，为了使得起吊更加保险，可安排四台吊车，即船舶靠岸的左右两侧均安排两台掉吊车，两台吊车一起吊于船舶靠岸侧的一侧(如图1所示)。按照上述计算的最大外力的大小，一台吊车只需吊起不到200吨的重量，完全没问题。吊车可以采用市面上有售的XCA500全地面起重机，该起重机单台的最大外力为500t，完全可以信任。应当知道的是，为了超大货物的正常滚装滚卸，吊车应与滚装滚卸通道的两侧保持安全距离，超大货物体积不同，安全距离也不同，该部分为公知常识，故不在此详细赘述。

在本实施例中，若是船尾为靠岸侧，通过卸货平台2上的吊车8提吊船尾两侧的缆桩51而对船舶靠岸侧施加往上的外力。常规船舶的船尾设置有左右两个缆桩51，在搭载滚卸桥后，两缆桩51分别位于滚卸桥左右两侧。四台吊车，每两台提吊一缆桩51。具体的说，当船舶靠岸并相对卸货平台2定位后，将卡瓦连接到船舶靠岸侧的缆桩51上，再将与所述卡瓦配套的吊卡卡盘连接到卡瓦上，吊车8的吊臂81与吊卡卡盘连接，并在船尾与卸货平台2基面之间架设滚卸桥6。这是利用船舶原有设计，从而更节省成本。

在超大货物滚装滚卸过程中，吊车8可通过提吊所述吊卡卡盘而对船尾施加往上的外力。所述卡瓦与卡盘可以采用钻井提升钻铤等钻具时用的配套的卡瓦、吊卡卡盘，卡瓦、吊卡卡盘可以根据船舶缆桩的尺寸大小进行设计制造，船舶靠岸侧自带缆桩型号通常为A250或A315，其垂直方向可承受最大拉力分别为：361.7吨、583.5吨,而根据上述计算的数值，一台吊车只需吊起不到350吨的重量，完全没问题。

在本实施例中，所述卡瓦可采用型号为DCS系列，所述吊卡卡盘可采用SE500系列型号。所述卡瓦与吊卡卡盘的具体结构以及卡瓦与缆桩的连接、吊卡卡盘与卡瓦的连接、吊车8与吊卡卡盘的提为公知技术，故不在此详细赘述。

在实际操作中，缆桩与船体连接部分的强度通常比缆桩自身强度大，如缆装连接强度不足，可与就近甲板下面的纵、横舱壁一起做加强联结或用联结立柱垂直与上下甲板强化加固。

在其他实施例中，若是用了船尾没有缆桩，或者船舶靠岸侧不是船尾，则可在船舶靠岸侧上焊接两左右间隔设置的倒U字形吊点，吊车8通过提吊所述倒U字形吊点而对船舶靠岸侧施加往上的外力。优选地，两间隔设置的倒U字形吊点可参考常规船舶船尾两缆桩的位置设置，即常规船舶船尾两缆桩的位置在哪，即可在船舶靠岸测的对应位置处焊接倒U字形吊点。为保证倒U字形吊点与船舶甲板的连接强度，可在船舶靠岸侧的纵、横仓壁处焊接所述倒U字形吊点。

根据上述的计算结果(公式2.4)与试验结果,可知,用本发明的方法对在超大货物的滚装滚卸过程中对船舶靠岸侧施加往上的外力，在超大货物的滚装滚卸过程中，船舶的倾斜度约为1度，符合船舶操作安全规定。

在其他实施例中，也可在船舶靠岸侧的左右两侧设置液压工作臂，所述液压工作臂的一端枢接于船舶靠岸侧，在船舶停靠岸边后，使得液压工作臂另一端支撑于卸货平台2基面上；在超大货物滚装滚卸过程中，通过液压工作臂的力传递而对船舶靠岸侧施加往上的外力。具体的说，当船舶靠岸侧低于卸货平台2基面时，液压工作臂支撑于卸货平台2基面的一端往下压，船舶靠岸侧即会往上移动；反之，船舶靠岸侧往下移动，从而平衡因为超大货物的移动而导致的船舶浮力变化，也即平衡因为超大货物的移动而导致的船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差。

所述液压工作臂可以为挖沟机液压工作臂，液压工作臂的结构及其工作原理为公知技术，故不在此赘述。为增加所述液压机械臂的一端与船舶靠岸侧连接的强度，所述液压机械臂的一端也可连接于船舶靠岸侧的纵、横仓壁处。进一步说，可以在船舶靠岸侧的纵、横仓壁处固定焊接底座，再使得所述液压机械臂的一端万向旋转地连接于所述底座。

优选地，可以在卸货平台2基面与吊车8、液压工作臂接触的部位铺设路基板9来分解吊车8、液压工作臂工作时的压力，从而满足卸货平台2单位面积承重的要求。即是说，在卸货平台基面上铺设路基板9，吊车8及其千金腿82都立于路基板9上，液压工作臂另一端也是支撑于路基板9上。如此，不但能保证吊车8工作时的稳定性与安全性，而且大大降低了超大型超大货物对卸货平台2设施配置的要求，卸货平台2无需一定是大型正规码头配置，有简易的卸货平台2(没有港池、没有航道、没有防波堤，船舶乘潮停靠卸货平台2)即可实现超大货物的滚装滚卸，从而进一步大大降低了对卸货平台2设施配置的要求，从而扩大了超大型超大货物滚装滚卸的范围。

综上所述，本发明方法实质是利用杠杆原理，在超大货物的滚装滚卸过程中，根据预先测算的船舶靠岸侧所需的向上吊力及滚装滚卸过程中力矩的变化值,对船舶的靠岸侧施加向上的外力，即用相对较小的外力往上撬动船舶的靠岸侧(而不是吊起整件超大货物)，即时平衡船舶靠岸侧的浮力变化，使得在超大货物的滚装滚卸过程中，船舶靠岸侧与卸货平台2基面之间的高度差一直保持于在可供超大货物进行滚装滚卸的范围内，从而在滚装滚卸过程中，超大货物可以不停顿地移动，从而能快速进行超大货物的滚装滚卸，进而大大缩短了超大货物的滚装滚卸操作时间，故大大降低了滚装滚卸整体的作业费用；因为本发明方法能大大缩短了超大货物的滚装滚卸操作时间，从而不管是大潮差地区，还是特大潮差地区，本发明方法均能适应，从而本发明解决了大潮差和特大潮差地区超大货物滚装滚卸的问题，进而扩大了超大型超大货物滚装滚卸的范围；而且因为超大货物的滚装滚卸操作时间短，从而船舶完全能乘涨潮进入港口，快速进行超大货物的滚装滚卸后乘落潮退出港口，如此，只要有简易的卸货平台即可完成超大货物的滚装滚卸，无需一定要建设设施要求高的码头，从而码头建设的成本大大降低，进一步大大降低了超大货物滚装滚卸的成本；再者，因为本发明方法是依靠外力而不是依靠船舶本身的调排压载水进行船舶的浮力平衡，从而对船舶调排压载水能力要求不高，如此，可以有更多的船舶能在承载范围内进行超大货物的承载、滚装滚卸，即扩大了船舶的适应范围。

Claims (13)

1.一种水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，在船舶停靠后，在船舶靠岸侧与卸货平台之间搭载滚卸桥，其特征在于：在超大货物的滚装滚卸过程中，不对船舶进行调排压载水，根据预先测算的船舶靠岸侧所需的向上吊力及滚装滚卸过程中力矩的变化值，仅对船舶的靠岸侧施加往上的外力，即时平衡船舶靠岸侧在滚装滚卸过程中的浮力变化，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差一直保持于在可供超大货物进行滚装滚卸的范围内。

2.根据权利要求1所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在轴线车车轴56cm的悬浮调节范围内，铺设不同长度的滚卸桥，且滚卸桥的坡度不超过正负8°；所述滚卸桥包括至少两旋转连接的单片，并在滚卸桥与船舶甲板之间架设可对单片的高度进行调整的调整装置，所述调整装置包括支撑梁以及与两液压缸，所述支撑梁支撑于其中一单片或者支撑于相邻两单片旋转连接的部位下方，两液压缸一端分别连接于支撑梁的两侧，另一端支撑于船舶甲板上。

3.根据权利要求2所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在超大货物的滚装滚卸过程中，对船舶的靠岸侧施加往上的外力，使得滚卸桥的坡度一直不超过正负8°，直至超大货物的滚装滚卸完成。

4.根据权利要求1 所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在超大货物移动开始时，给船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

5.根据权利要求2所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在超大货物移动开始时，给船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

6.根据权利要求1所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在超大货物移动前，先对船舶的靠岸侧进行预调排压载水，使得船舶靠岸侧高于船舶靠岸侧的相对侧，在船舶靠岸侧不高于卸货平台基面的前提下，使得船舶靠岸侧往上倾斜至不能再往上倾斜为止；在超大货物的滚装过程中，对船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

7.根据权利要求2所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在超大货物移动前，先对船舶的靠岸侧进行预调排压载水，使得船舶靠岸侧高于船舶靠岸侧的相对侧，在船舶靠岸侧不高于卸货平台基面的前提下，使得船舶靠岸侧往上倾斜至不能再往上倾斜为止；在超大货物的滚装过程中，对船舶靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台基面之间的高度差不超过±15cm，直至超大货物的滚装滚卸完成。

8.根据权利要求1至7任一项所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在滚装滚卸过程中，对船舶的靠岸侧施加往上的外力，使得船舶靠岸侧与卸货平台的基面高度平齐，需从超大货物滚装滚卸过程中力的平衡以及力矩的平衡来计算所述外力，为简化计算，假设船舶的方形系数为1，计算公式如下：

（1）力的平衡公式为：

式中， T为施加于船舶靠岸的往上的吊力，G ₀ 为超大货物位于船舶上的部分的重量，B为因为船舶倾斜度发生变化以及超大货物的移动，船舶自重以及还在船舶上的超大货物的重量所引起的浮力的变化值；假定超大货物的重量线性分布，则G ₀ 的计算公式为：

式中，G 为超大货物的重量，L ₁ 为超大货物尾部到船舶靠岸侧之间的距离，x为滚装滚卸过程中超大货物移动的距离；

B可表示为：

式中，b(x)为浮力沿船体长度的分布函数，定义船舶靠岸侧的相对侧的吃水为h，船舶靠岸侧的吃水为0，则浮力沿船体长度的分布函数b(x)为：

式中，

为海水的密度，为1.025t/m³；W ₀ 为船舶宽度，L ₀ 为船舶长度；

（2）力矩的平衡公式：

对力的作用点处取矩，

式中，x _g 为货物重心到船尾的距离，随着货物的移动x _g 与滚装滚卸过程中超大货物移动的距离x和L ₁ 的函数关系式为：

故，在超大货物的滚装滚卸过程中，随着超大货物的移动，施加于船舶靠岸侧的往上的吊力为：

。

9.根据权利要求1至7任一项所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在超大货物的滚装滚卸过程中，可对船舶靠岸的左右两侧均施加往上的外力。

10.根据权利要求8所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在超大货物的滚装滚卸过程中，可对船舶靠岸的左右两侧均施加往上的外力。

11.根据权利要求10所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：通过卸货平台上的吊车提吊船舶靠岸侧左右两侧的缆桩而对船舶靠岸侧施加往上的外力；或，在船舶靠岸侧的左右两侧焊接倒U字形吊点，通过吊车提吊所述倒U字形吊点而对船舶靠岸侧施加往上的外力；或，在船舶靠岸侧的左右两侧设置液压工作臂，所述液压工作臂的一端枢接于船舶靠岸侧，在船舶停靠岸边后，使得液压工作臂另一端支撑于卸货平台基面上；在超大货物滚装滚卸过程中，通过液压工作臂的力传递而对船舶靠岸侧施加往上的外力。

12.根据权利要求11所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：当通过卸货平台上的吊车提吊船舶靠岸侧左右两侧的缆桩而对船舶靠岸侧施加往上的外力时，将卡瓦连接到船舶靠岸侧的缆桩上，再将吊卡卡盘连接到卡瓦上，吊车通过提吊所述吊卡卡盘而对船舶靠岸侧施加往上的外力。

13.根据权利要求11或12所述的水路运输超大货物滚装滚卸时船舶浮力的快速平衡方法，其特征在于：在所述卸货平台基面与吊车或与液压工作臂另一端接触的部分上铺设路基板。

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