一种面向中小修船领域的物流装备系统设计及应用

摘 要：文章结合重大件物流搬运的特点，设计了一种面向中小修船领域的物流装备。该装备通过液压平板车潜入水下后将船舶夹紧托起，采用一体化控制技术，运用自动变量泵对平板的下潜、上移、升举、潜降、刹车进行控制，将船舶安全平稳地从水中移载到陆地进行维修改造或从陆地移运到水域，填补了国内10 000吨级以下船舶无需进船坞便可进行有效修理的市场空白。通过船厂应用，表明该物流装备能大大降低中小船厂承接修船业务的门槛，有效改善修船作业环境，缩短船舶维修和保养周期。

关键词：修船；物流装备；液压平板车；系统设计

中图分类号：F253.9 文献标识码：A

Abstract： This paper proposes a logistics equipment used in small and medium shipyards. The equipment is designed according to the characteristics of heavy-lifts material handling. In this system， a hydraulic pallet transporter can dive to be under a ship， clamp it and push it up. With integrated control technology， automatic variable pumps are used to control the diving， floating， lifting， depressing and braking of the transporter flatbeds. The ship can be moved from water to land safely and smoothly for repair or maintenance， or moved from land back to water. This system allows ships of under 10 000 tons to be repaired and maintained without docking. The system has been implemented in a shipyard. The case study demonstrates that the logistics equipment can help bring in new business opportunities in ship maintenance and repair for small and medium shipyards， effectively improve ship maintenance and repair environment， and reduce maintenance and repair cycle time.

Key words： ship maintenance and repair； logistics equipment； hydraulic pallet transporter； system design

随着我国装备制造、石化、冶金、能源等产业的快速发展，重大件物流需求日益增长[1]。目前，常用的重大件物流移运装备有辊轮小车、船台小车、气囊和自行式液压模块组合运输车（SPMT）等[2]。辊轮小车单车载重能力强，尺度小，在某些不宜布置过多移运设施的工程上是一种很好的选择；船台小车是一种传统的移运设施，功能相对完备，工厂对其操作熟悉，虽然受轨道限制，但在批量建造领域仍不失一种较好的选择；气囊虽然价格便宜，场地要求低，但由于其安全隐患以及不确定性多，一般仅限于在小型或临时性工程运用；SPMT功能完备，安全性、操作性均较好，且移动速度较快，组合灵活，载荷分配均匀，是较理想的移运设施，但价格高昂，限制了其大面积推广运用。

现有的重大件物流装备虽各具特色，并在一定范围和领域得到应用，然而在性价比方面都难以满足受当前激烈的市场竞争影响而急需转型的中小造船企业的需求。在船舶运营中，与船舶维修与保养相关的影响因素包括成本、周期、质量、安全、环境和市场等[3]。美国《船舶维修与保养手册》为此提供了全面而具体的船上维修解决方案以及指南[4]。国外学者如Dev and Saha[5-6]，

Apostolidis， Koakarakis and Merikas[7]等通过建模，对船舶维修与保养过程中的时间消耗、人工成本、船坞费用等开展了相关的分析和研究工作，研究表明，船坞费用是船舶总运营费用中重要的因素。因此，在缺乏船坞等大型修船设施的情况下，能否利用现有条件（地域、岸线和水域等条件），通过低成本流程优化或技术改造，提出一种经济高效的重大件物流装备或系统，既能满足修船行业规范要求，又能顺利完成产业转型升级，成为中小造船企业非常关注的话题。

1 系统总体结构

该装备主要包括控制系统、液压管路、平板车等系统，由泵房、集控室、液压管路、液压马达、液压千斤顶、平板车等设备组成。其结构示意图详见图1。

平板车系统通过对重大件的顶升和移动，实现不同位置的物流移运功能，由液压顶升平板车和平移平板车组成。液压顶升平板车包括艏板、舯板和艉板三部分，每一部分由一个中顶升平台和左右两侧两个可调式顶升平台组成，负责将维修船舶依次顶起从码头移运至陆地船台区，主要执行顶升功能（详见图2）。

横移平板车负责将维修船舶从船台区域移至修船区，主要执行移动功能（详见图3）。

2 系统关键技术

（1）液压驱动控制

驱动系统的关键技术包括液压系统与机械系统的参数匹配、差力控制及差速控制、全局功率匹配、功率极限载荷控制等。该装备主液压系统供油采用比例排量调节变量泵，其主要目的是使系统供油随工况不同而实时改变，降低液压系统的能力损失，减少液压系统的发热量。通过液压管路远距离输送控制，液压系统总油量达6 000升，油箱总容积达7 000升，采用风冷循环冷却，液压管路控制长度100米，最大控制长度可调节到130米，液压管路累计总长度1 000米。管路间采用硬管与软管相结合的方式实现快速联接，硬管最大口径3迹最小口径1.5迹系统最高工作压力32MPa，正常工作压力15MPa。每个系统设有断电、泄压、超压自动保护装置，确保液压系统各机构工作安全可靠。图4为该物流装备的液压驱动原理图。

（2）悬挂调平控制

悬挂调平系统是由液压缸和液压泵组成的开式系统，关键技术主要包括支撑方式的选择与设计、调平技术及管路防爆技术。该悬挂系统除了要承受较大的重量外，还需根据平板车的运行工况自动修正车身高度，因此采用液压主动悬挂调平系统。一方面能提供承载平台的升降功能；另一方面，当地面出现单向或双向横坡和不平坦情况，液压悬挂和车桥可由悬挂液压缸提供补偿或进行摆动，保证平板车受载均匀，提高运行的安全性。此外，由于载重量大，在对悬挂液压软管及接头提出较高性能要求的同时，设置了防爆阀，防止当液压管路突然爆裂时液压缸因失压而导致的平板车侧倾等事故。

（3）平板夹紧控制

不同类型船舶因其行驶航线及功能要求，其船底线型差异很大，如渔船为满足操纵性其底部线型尖而瘦，散货船为满足大装载量其底部线型较为平直，为了在移运中确保船舶安全稳定，要求平板能充分夹紧船底。为此，该物流装备的艏板、舯板、艉板各设计了一个中顶升平台和左右两侧两个可调式顶升平台，当移运散货船时，由于底部较为平直，可调式顶升平台的千斤顶工作幅度较小，与中顶升平台几乎处于同一平面；当移运渔船或双体船等底部较为尖瘦的船舶时，为了充分夹紧，左右两个顶升平台顶升幅度较大。图5为渔船类尖底船舶平板工作示意图。

3 移船操作流程

面向中小修船领域的重大件物流移运方案通过将平板车潜入水下，将船舶夹紧托起，利用液压马达驱动，将船舶安全平稳地从水中移载到陆地进行维修改造，实现了平地修船，平地修船可以不受船厂原有修船场地限制，进一步节约修船成本，大大降低了中小造船企业承接修船业务的门槛。整个操作过程视不同船型周期稍有不同，5 000～10 000吨级船舶总耗时约为60分钟左右，5 000吨级以下船舶总耗时约为50分钟左右，采用该设备比进船坞时间节省80%左右，工作效率提高约4倍。移船系统操作流程如图6所示。

该装备采用机、电、液一体化控制技术，由6台自动变量泵对平板车的下潜、上移、升举、潜降、刹车分别进行控制，实现将船舶从水中移载到陆地进行改造维修的目的，其主要技术指标：

（1）设备总功率360千瓦，最大长度130米，最小长度60米，宽度8米，最大高度5米；

（2）平板车移动平均速度10米/分钟，调速范围0～20米/分钟，爬坡能力3.9度，制动精度±0.05米；

（3）系统正常载荷3 000吨，最大载荷3 600吨，平板车〔液压首板、中板、尾板〕升举、潜降有效距离90CM，可充分满足130M以下各种船型上下水需要。

4 应用案例

某船厂成立于1999年，占地面积380 000平方米，有大小船台10座，年造船能力35万吨，成立至今，已成功为国内外客户建造散货船、集装船、多用途工程船、远洋捕捞船等产品。近年来，受国际金融危机深层次影响，船舶市场持续低迷，新船订单严重不足，建造业务日渐萎缩，为有效应对市场变化，该企业决定向修船领域转型。该船厂虽拥有众多船台，但没有船坞，按照中国修船规范和环保要求，不具备大型船舶的修船条件和资质[8]。

企业所在地航运业发达，拥有数百艘万吨级以内的货轮，修船市场前景广阔，而本地并没有相应的维修基地，需要到舟山进行维修，给船东带来了很大的不便。企业虽然能通过传统的钢索牵引50米级别的小型船只上岸修理，想要进入万吨级100米以上的船舶维修业务就受到了限制。

面向中小修船领域的物流装备通过将船舶从码头移至陆上进行维修保养，一方面消除了现有规范对修船场地的限制，另一方面大大改善了工作环境，减少修船过程中的成本消耗，提高资源利用率[9]。为此，该企业首先根据现有工厂地域、岸线和水域条件，按照绿色修船原则，对船台区域进行了技术改造，以精益生产为导向，对修船流程进行了优化布置[10]。如图7所示。

进入船厂的船舶维修保养完成后，首先通过横移平板车将船舶从维修区域横移至下水区域，液压平板车通过顶升平板承载，为防止钢制平板破坏船底油漆涂层，在接触处垫上枕木，然后，启动开关，各系统开始工作，平板车安全平稳地将船舶移运至码头区域。图8为该厂某已完成维修的工作船通过该物流装备移运下水全过程，整个过程耗时约半小时。

该系统节能环保，可靠性好，工作效率高，经济效益显著。实施后，该企业除了维持少量的渔船建造，将业务重点转向了渔船、货船及特种设备船舶的维修。实施前后效果对比详见表1。

5 结 论

当前，船舶产业正努力推进供给侧结构性改革[11]。重大件物流装备的快速发展，有力地推动了船舶及海洋工程装备建造领域的技术进步。本文提出的物流移运装备不仅只限于牵引维修船舶上岸，通过改造，还可用于海工重大件（如海工模块、钻井平台等产品）在不同工位之间、或从陆域场地至码头区域或半潜驳（浮船坞）间的移运。海工装备制造企业可根据自己的工艺装备条件，进一步优化建造工艺，选择最佳分段尺寸，提升巨型构件和超级模块的物流能力，从而摆脱价格昂贵的大型起重机的限制，具有很强的应用价值。

参考文献：

[1] 安宇鸣，张仁颐. 重大件海洋物流的典型货盘及装运方式[J]. 物流科技，2007（12）：37-39.

[2] 闻鸣. 船舶、海洋工程重大件平移技术[C] // 第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集，2011.

[3] Boris Butman. Fundamentals of ship maintenance and repair for future marine engineers[EB/OL]. 2005[2014-07-15]. http：///wp-content.

[4] Dieter Mergner. Ship Repair and Maintenance Handbook[S]. Lloyd's Register-Fairplay Limited， 2004.

[5] Arun Kr DEv and Makaraksha Saha. Modeling and Analysis of Ship Repairing Time[J]. Journal of Ship Production and Design， 2015，31（2）：129-136.

[6] Arun Kr Dev and Makaraksha Saha. Modeling and Analysis of Ship Repairing Labor[J]. Journal of Ship Production and Design， 2016，32（1）：1-14.

[7] Agamemnon Apostolidis， John Kokarakis， Andreas Merikas. Modeling the Dry-Docking Cost-The Case of Tankers[J]. Journal of Ship Production and Design， 2012，28（3）：134-143.

[8] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 船舶维修保养体系（The ship maintenance system）， GB/T 16558-2009[Z]. 2009.

[9] Lorenzo Ros-McDonnell， M. Victoria de-la-Fuente-Aragon， Marija Bogataj.： An approximate algorithm for optimal logistics of heavy and variable size items[J]. Central European Journal of Operations Research， 2012，20（1）：1-17.

[10] Ge Jiang， Dingzhong Feng， Weihang Zhu. Toward Efficient Merchant Shipbuilding Based on the Lean Production Methodology[J]. Journal of Ship Production and Design， 2016，32（2）：1-13.

[11] 王倩. 供给侧结构性改革 船舶工业须主动作为[N]. 中国船舶报，2016-03-11（01）.