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新型H3000鼓型橡胶护舷的研制
- 2019-12-19-

摘要:介绍了h3000鼓式橡胶护舷的发展。根据船舶靠泊校正系数,位移和正常靠泊速度,计算出靠泊的有效冲击能量,确定橡胶护舷的压缩变形,反作用力和能量吸收。挡泥板橡胶的主要材料主要是天然橡胶,并使用SBR,Br或EPDM。 CZ和CTP用作后效促进剂,CTP用于硫磺硫化系统。硬碳黑例如高耐磨碳黑或中等超耐磨碳黑被用作增强剂,并且通用碳黑被使用。挡泥板采用定制的单壁夹紧罐进行硫化。成品护舷的反应变形性能和能量吸收符合设计要求。随着中国综合国力的不断增长,经济的快速发展,特别是海上物流的迅猛发展,大型船舶的吨位不断增加,港口码头的靠泊安全要求也在不断提高。鼓式橡胶护舷具有弹性好,吸能大,维修方便,使用寿命长,批量生产的特点。它是近年来为大型船舶开发的新型挡泥板,并在国外广泛使用。为了适应大港口停泊特种船舶的要求,沉阳化工大学与橡胶护舷生产企业共同承担了h3000鼓式橡胶护舷的生产,教学和研究项目。通过详细的现场检查,根据港口的具体情况,停泊船舶的吨位,速度,流速和浪涌高度等数据,综合考虑其他影响因素,研制出新型的h3000桶式橡胶护舷减慢船舶停泊的影响并保护码头和船舶免受碰撞。

1设计要求及相关计算

1.1设计要求

根据港口的实际情况和设计要求,根据交通部发布的《港口工程负荷规范》计算出船舶靠泊的有效碰撞能量,然后根据实际情况选择合适的护舷设施。碰撞能量。所选橡胶护舷在设计压缩变形过程中的能量吸收应大于船舶的有效冲击能,且护舷的反作用力应小于停泊建筑物的允许反作用力,以及护舷表面应小于船舶侧板的允许表面压力。根据实际情况,参照英国标准(高安全指数),适用于传统鼓式橡胶

创新橡胶护舷的设计思路,提出在现有的鼓式护舷的基础上设计尼龙单板防冲刷板,以承受挡泥板压缩时产生的反作用力,分散挡泥板产生的反作用力。船体上的挡泥板。当带盖的正常泊位速度为0.10-0.12 m·S-1且无盖的正常泊位速度为0.12-0.25 m·s-1时,反作用力为0.12-0.25 m·s-1

能量吸收,反作用力和表面压力均符合设计要求。

1.2船舶靠泊有效碰撞能量的计算

船上岸时有效碰撞能量的计算方法不同,通常根据公式(1)。

E = 1 / 2Cm 1 V 2(1)

在公式中,e是船舶的有效碰撞能量kJ; C为泊位修正因子,C = C1·C2·C3,其中C1为附加水量影响因子,C2为船舶泊位点的偏心影响因子,C3为船舶停泊建筑物的影响因子; m 1为船舶排水量,t; V是船舶的正常靠泊速度,m·s-1。

1.2.1附加水质影响因子C1

当大型船在水中航行时,船体周围的水体(称为附加水体)将随船的驱动而移动。当船停在码头时,船体周围的水体将随船一起移动,并通过船在码头上产生冲击能量。这部分水体的质量称为附加水体质量,而C1是附加水体质量的影响因素,

通常,它是根据公式(2)计算的:

C 1 = 1 + m 2 / m 1 = 1 + ∏D 2 LP w / 4m 1(2)

其中,M 2是附加水体的质量,t; D是船的吃水深度,m; L是船长,m; PW是海水密度,PW = 1.025×103 kg·m-3。对于普通货船C 1 = 1.59,对于矿石船C 1 =

1.31-1.54,对于油船C 1 = 1.35-1.67,但对于栈桥型,码头型和其他敞开型码头,可以不考虑附加水体的影响,

C 1 = 1.00。在该设计中,码头是重力型,C 1 = 1.59。

1.2.2船舶靠泊点C 2的偏心影响因素

当船停泊在倾斜方向时,船的纵轴与码头前方的线之间的角度θ小于10°(如图1所示)。根据泊位的实际情况,有船头泊位和船尾泊位。由于受力点的位置通常与船的重心不一致,因此停泊时船会转动或翻滚,这也可以减少某些船的冲击能,耗散能可以用C2表示。 。通常,仅考虑船的平面旋转所消耗的能量,并且根据公式(3)来计算C2。

C 2 = r 2 /(r 2 + l 2)(3)

式中,R为船舶绕重心在水平面上的转弯半径,一般为r = 0.25L; L是从船舶重心到码头着陆点的距离(沿图1所示)的投影。

在此设计中,综合考虑了船舶的吨位和长度,船舶的停泊点可以为1/4,C2 = 0.5。

1.2.3建筑物C 3停靠的影响因素

栈桥码头和柔性靠码头等靠泊结构在船舶冲击力(等于护舷反作用力)的作用下产生弹性变形,并吸收一部分船舶冲击能。 此时,C 3小于1.0。 这种设计是针对大刚度的重力码头,变形的能量吸收效果可以忽略不计,C 3 = 1.0。

1.2.4 M 1船的排水量

船舶的吨位通常用毛重,负载质量,排水量等表示。三者之间的关系如表1所示。

1.2.5正常靠泊速度v

大型船主要依靠拖船停泊。 随着船接近码头,拖船逐渐停止前进,靠自身的惯性停泊。 尽管速度非常小,但由于大型船舶本身的吨位大,其冲击能量与船舶的质量和V呈平方关系。因此,尽管V非常小,但仍需要对其进行控制。 通过现场调查,听取船东和设计部门的意见,审查当地的水文资料和船舶设计参数,并参考海军有关水面船停泊的有关规定,建议使用大型船舶。 应配备4-5个拖船以协助停泊,应选择操作灵活,顶部和拖曳性能良好的拖船。 在这种条件下,该船的V如表2所示。

1.2.6靠泊修正系数C和安全系数

C和安全系数是根据挡泥板的选择和设计经验以及国内外数据确定的。 C是选择挡泥板时从挡泥板本身考虑的因素,除正常泊位以外的其他不利因素也应考虑为安全因素。本研究中确定的C值未考虑挡泥板材料制造工艺和物理性能的差异。与安全因素有关的因素包括:码头停泊区的风,流,浪和其他自然条件的突然变化,多轮拖船协助停泊时的沟通和意向理解不当以及船舶驾驶员失去操作

错误地等待。

2选拔基准

通过以上数据模拟计算,为满足船舶的有效冲击能量,本研究决定制备带尼龙面板的h3000鼓式橡胶护舷。 h3000鼓式橡胶护舷的结构如图2所示。

2. 1  压缩变形

在反力不增大的情况下,H3000鼓型橡胶护舷设计压缩变形大,比V型橡胶护舷的压缩变形提高18%,比M型橡胶护舷提高10%,从而使护舷吸能量大幅度增大。H3000鼓型橡胶护舷设计压缩变形为47. 5%,大压缩变形为50%,公差为10%。

2. 2  安装间距

H3000鼓型橡胶护舷被压缩时,其本体的外径将膨胀变大,所以护舷在安装时要保持适当的间距,以保证不互相碰撞。H2000~H3000鼓型橡胶护舷安装间距控制在2880~4500 mm。

2. 3反力和吸能量

通过实体成品性能测试得到,H3000鼓型橡胶护舷设计反力为5800kN,大反力为6750kN,设计吸能量为6700 kN,大吸能量为7 200 kN。H3000鼓型橡胶护舷成品侧向剪切力小,吸能量大、反力小,更换方便,适用于船舶、码头、船坞等,应用广泛并利于平时调换。

2. 4  摩擦因数

船舶前部设置防冲板和尼龙贴面板,可减小面压力,并使防冲板与船板的摩擦因数减小,从而使大型船舶的靠泊剪切力大大减小。当船舶傍板不平整时,在靠泊中常常造成橡胶护舷防冲板变形损坏。H3000鼓型橡胶护舷增加尼龙贴面板就是为了减小摩擦因数和靠泊剪切力,从而避免护舷防冲板变形损坏。

3  配方设计

橡胶护舷的基本要求是吸能量大、反力小,对船体的面压小。这些要求与护舷的总体结构及橡胶缓冲件的形状构造有关,也与胶料的性能有关,所以控制胶料的硬度很重要。一般来说,胶料硬度越高,反力和面压力越大,吸能量也大。橡胶护舷胶料的邵尔A型硬度控制在58~82度范围内。由于橡胶护舷在受冲撞时,依靠变形来吸收能量,而过大的反力和面压力对船舶靠泊不利。因此,橡胶护舷要获得好的使用性能,仅考虑胶料的硬度是远远不够的。通过实地测量,船舶靠泊时,整个橡胶护舷受力是不均匀的,橡胶护舷既被压缩、弯曲,又要承受剪切、扭转、摩擦等作用,因此应有足够的强度和弹性,并需要耐老化和耐海水侵蚀。鼓型橡胶护舷胶料的含胶率约为50%,以使橡胶护舷具有低压缩变形和足够的弹性。

3. 1  主体材料

胶料主体材料以进口或国产天然橡胶为主,并用丁苯橡胶、顺丁橡胶或三元乙丙橡胶,以平衡胶料耐磨、耐寒、弹性等性能,并降低成本。

3. 2  硫化体系

H3000鼓型橡胶护舷是厚壁制品,要求胶料硫化曲线平坦,因此胶料硫化体系中加入后效性次磺酰胺类促进剂CZ。为了提高胶料在模具内的流动性,控制胶料的早期硫化倾向,胶料硫化体系中加入适量防焦剂CTP,以达到抗焦烧的目的。

3. 3  补强体系

为提高橡胶护舷的硬度、抗撕裂性能,保持弹性,胶料补强体系以高耐磨炭黑或中超耐磨炭黑等硬质炭黑为主,并用通用炭黑来平衡胶料综合性能。

3. 4  防护体系

橡胶护舷长期受天候老化、海水侵蚀等作用,因此胶料中防护体系不可缺少。可选用的防老剂有防老剂A,D,RD等;为了提高耐紫外线性能,添加防老剂4010NA和1~4份石蜡。石蜡会不断向表面迁移,喷出后在橡胶护舷表面形成老化防护膜。