鄧盛志

(福建省莆田市海洋與漁業(yè)局，福建 莆田 351100)

船舶橡膠護(hù)舷一般來說包含了剪切型、轉(zhuǎn)動(dòng)型、壓縮型以及充氣型等幾種不同類型，而壓縮型橡膠護(hù)舷表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)便利以及安裝維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，近年來在國內(nèi)外得以非常普遍地應(yīng)用。另外根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式還能夠?qū)⑵鋭澐譃镈型、V型、拱形、H型等，當(dāng)前D型橡膠護(hù)舷逐漸淘汰，V型從20世紀(jì)60年代開始得以推廣應(yīng)用，而拱形和H型、鼓型橡膠護(hù)舷屬于專門針對(duì)大型船舶研制生產(chǎn)的新品種。

1 橡膠材料特性

船舶橡膠護(hù)舷的基本材料為橡膠，它屬于一種高分子化合物，橡膠的分子結(jié)構(gòu)決定了它是高黏性和高彈性的阻尼材料。橡膠材料的高黏彈性一般來說反映在如下兩個(gè)方面：一方面是彈性模量小、形變較大。這是因?yàn)榇蠓肿拥逆湺卧诔惺芡饬ψ饔弥竽軌虬l(fā)生運(yùn)動(dòng)，分子順著受力方向運(yùn)動(dòng)，可以讓橡膠彈性形變達(dá)到1000%。船舶防撞橡膠護(hù)舷的主要要求便是應(yīng)當(dāng)具備反作用力小、形變大的特性，從而提供更好的碰撞性能，因此橡膠材料在船舶防撞護(hù)舷中得以普及應(yīng)用。另一方面是形變需要時(shí)間，彈性形變以及塑性形變同時(shí)進(jìn)行屬于高分子材料的形變特性，也可稱其為黏彈性，黏彈行為需要依賴時(shí)間。形變落后于應(yīng)力而出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致部分彈性能轉(zhuǎn)化為熱能被損耗，把擁有較高黏彈性的橡膠制作為船舶防撞護(hù)舷，借助于其黏滯性可以有效抵消船舶受到的撞擊動(dòng)能，而撞擊過程往往會(huì)經(jīng)過較長時(shí)間，有效減輕撞擊力。

2 船舶橡膠護(hù)舷應(yīng)用及制造生產(chǎn)工藝

2.1 橡膠護(hù)舷的選型設(shè)計(jì)

對(duì)船舶橡膠護(hù)舷實(shí)施選型設(shè)計(jì)的過程中，必須要充分了解船舶靠岸時(shí)的撞擊能量，選擇的橡膠護(hù)舷在設(shè)計(jì)壓縮變形時(shí)能夠吸收的能量需要超過船舶靠岸的撞擊能量，同時(shí)確保護(hù)舷反力不超過靠船建筑物的允許反力，護(hù)舷面壓力不超過船舶傍板的容許面壓力[1]。

2.2 拱形橡膠護(hù)舷選型依據(jù)

為確保能夠達(dá)到船舶撞擊能量的需要，此處應(yīng)用拱形橡膠護(hù)舷，選擇這一類型橡膠護(hù)舷的依據(jù)為：一是拱形船舶橡膠護(hù)舷自身壓縮變形較大，相對(duì)于V型橡膠護(hù)舷提升20%左右，可在很大程度上增強(qiáng)其吸能性。二是對(duì)于壓縮型橡膠護(hù)舷來說，拱形護(hù)舷的單位質(zhì)量吸能效率更高。三是錨固性較強(qiáng)，能夠廣泛應(yīng)用在船舶、碼頭等各種場景，安裝便利且維護(hù)成本低。四是前部設(shè)計(jì)防沖板以及PE貼面板，能夠有效降低面壓力且降低和船板之間的摩擦系數(shù)，能夠讓大型船舶的?？考羟辛︼@著減少。如果船舶傍板不平整的情況下，在停靠過程中很容易出現(xiàn)橡膠護(hù)舷防沖板變形的問題，設(shè)計(jì)PE貼面板即可實(shí)現(xiàn)減少摩擦系數(shù)，降低?？考羟辛?，避免防沖板變形損壞的目標(biāo)。

2.3 船舶橡膠護(hù)舷膠料選擇

船舶橡膠護(hù)舷的主要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是吸能性強(qiáng)、反力小、對(duì)船體的面壓低，上述要求和護(hù)舷自身結(jié)構(gòu)和橡膠緩沖件的形狀結(jié)構(gòu)存在非常密切的關(guān)系，同時(shí)和膠料自身性能也息息相關(guān)，因此對(duì)膠料進(jìn)行合理選擇是非常關(guān)鍵的。膠料的硬度與定伸應(yīng)往往會(huì)影響到最終產(chǎn)品的實(shí)際性能，通常情況下硬度越高則反力與面壓相對(duì)越大，吸能越強(qiáng)。另外因?yàn)榇跋鹉z護(hù)舷在受到?jīng)_撞的情況下是憑借其形變來實(shí)現(xiàn)有效的能量吸收，如果存在較高的壓力與面壓往往會(huì)影響其順利?？浚砸龅阶罴训牧W(xué)性能不能夠單純地考慮膠料的硬度。

當(dāng)船舶處于停靠狀態(tài)時(shí)，橡膠護(hù)舷受力不均勻，它會(huì)受到剪切、扭轉(zhuǎn)、摩擦等力作用，且會(huì)出現(xiàn)壓縮或彎曲的狀態(tài)。因此膠料必須要具備一定的強(qiáng)度與彈性，同時(shí)能夠擁有較強(qiáng)的抗海水侵蝕性。通常來說船舶橡膠護(hù)舷的含膠率應(yīng)當(dāng)控制在50%左右，讓其擁有一定的彈性與低壓縮變形。一般可以使用天然膠融合少許丁苯、氯丁或三元乙丙橡膠，確保最終制作出的產(chǎn)品具備耐磨、耐寒、彈性等性能。

2.4 制造工藝

2.4.1 模具設(shè)計(jì)和工裝配置

結(jié)合拱形船舶橡膠護(hù)舷單體較大且硫化時(shí)間長的突出特征，可采取具備硫化加熱系統(tǒng)的單體夾壁罐式硫化工藝，從而促進(jìn)生產(chǎn)制造效率提升，有效控制生產(chǎn)成本，確保最終產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)同時(shí)能夠提供加壓加熱功能的單體夾壁罐裝備系統(tǒng)，對(duì)加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化，確保生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.4.2 膠料收縮率的確定

膠料硫化冷卻之后尺寸開始收縮，導(dǎo)致成品尺寸相對(duì)于模具尺寸更小，所以進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的過程中必須要充分結(jié)合所選膠料的實(shí)際收縮率。對(duì)膠料收縮率可能帶來影響的外部因素較多，一般包括膠料的熱膨脹、制品結(jié)構(gòu)形式、斷面厚度、含膠率以及硫化環(huán)境等。由于外部影響因素太多，對(duì)膠料收縮率的計(jì)算也相對(duì)更加復(fù)雜，通常選取按照制品與模型尺寸計(jì)算公式、硫化膠邵爾A硬度計(jì)算公式以及硫化溫度計(jì)算公式，在具體生產(chǎn)活動(dòng)中，選取硫化膠硬度計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式較為普遍，同時(shí)針對(duì)船舶橡膠護(hù)舷來說，由于其屬于大型制品，對(duì)于具體尺寸精度的要求可以適當(dāng)放寬，一般公差控制在±7%左右[2]。

2.5 生產(chǎn)工藝

2.5.1 內(nèi)嵌加強(qiáng)板的處理

現(xiàn)階段針對(duì)鋼板和橡膠進(jìn)行黏合的常見方式包括硬質(zhì)膠黏合法、硫化磷黏合法、異氰酸酯黏合法以及商品膠黏合法。對(duì)上述黏合方法進(jìn)行橫向比對(duì)分析后了解到，異氰酸酯黏合法即便原料不穩(wěn)定且可能對(duì)操作人員身體健康帶來損害，但其具備更強(qiáng)的黏合性，相對(duì)更符合船舶橡膠護(hù)舷。該黏合方法的基本流程為：

（1）對(duì)鋼板實(shí)施噴砂處理，隨后選擇稀鹽酸進(jìn)行酸洗，干燥之后選擇丙酮對(duì)表面油脂進(jìn)行清理。噴砂與酸洗后的金屬表面積提高，表面活性更加集中。

（2）進(jìn)行硫化處理之前4 h把合成的異氰酸酯膠黏劑涂抹在金屬表面，放置2 h左右。

（3）放置2 h后再向其表面涂抹高硬度膠料膠漿，從而產(chǎn)生黏合力增強(qiáng)層。

（4）把厚度在8 mm左右的高硬度膠料片黏合于表層。

（5）把高硬度膠料和成型膠混合后的緩沖膠片張貼于表層。

2.5.2 成型

此環(huán)節(jié)是結(jié)合船舶橡膠護(hù)舷結(jié)構(gòu)，把混煉膠片在成型模具內(nèi)黏貼為預(yù)制件。各類膠片最終成型之前必須嚴(yán)格遵循具體規(guī)格制作為相應(yīng)形狀，外層膠與內(nèi)層膠片的厚度也需要靈活管控。因?yàn)槭湛s率的影響，預(yù)制成型過程中需要合理添加膠料讓制品密實(shí)，硫化過程中多余膠料能夠從預(yù)留口流出，可有效提升最終成品的精度，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提升。針對(duì)存在嵌入件的船舶橡膠護(hù)舷，在模具設(shè)計(jì)階段需要確保嵌入件的正常定位公差，同時(shí)在成型過程中應(yīng)當(dāng)確保其位置精度準(zhǔn)確。

2.5.3 硫化

船舶拱形橡膠護(hù)舷屬于大型橡膠制品，需要確定相對(duì)更大的硫化壓力，比如說20～40 MPa，這一數(shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)超過普通橡膠制品的硫化壓力。另外因?yàn)榇跋鹉z護(hù)舷的厚度更大，需要實(shí)施低溫長時(shí)間硫化處理，溫度一般保持在140～1 600 ℃之間，硫化時(shí)間可參照硫化特性曲線予以控制[3]。

根據(jù)上述生產(chǎn)制造流程最終得到的橡膠護(hù)舷，其相關(guān)指標(biāo)都符合船舶橡膠護(hù)舷防撞標(biāo)準(zhǔn)。

3 船舶橡膠護(hù)舷安裝工藝優(yōu)化措施

3.1 首部圓型橡膠護(hù)舷安裝工藝

針對(duì)船舶首部位置圓型橡膠護(hù)舷的安裝來說，一般是利用Φ25的鍍鋅鏈條從中間穿過，兩旁分別用花蘭螺絲進(jìn)行固定。其外圍選擇28條高強(qiáng)度滌綸布帶從舷底部穿過包裹護(hù)舷后回到舷墻中依靠U型拉碼緊固，所有拉碼都設(shè)置于舷墻結(jié)構(gòu)上，這樣不僅操作便利且整體外觀較為平整。

（1）因?yàn)榇蟛糠止?yīng)商無法對(duì)圓型橡膠護(hù)舷實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)制造，因此將其劃分為三段分別制作，斷口位置應(yīng)當(dāng)處于弧度最小區(qū)域，切口可以預(yù)留相應(yīng)補(bǔ)償量。為確保接口生產(chǎn)質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)對(duì)接口位置的安裝工藝進(jìn)行特殊處理。

（2）選擇Auto CAD軟件制作模型，確保舷墻開孔的精準(zhǔn)度，開孔周圍需要設(shè)置不銹鋼圓鋼，保證光滑平順。舷墻開孔區(qū)域和圓型橡膠布帶槽位應(yīng)當(dāng)一一對(duì)應(yīng)，從而有效提升安裝質(zhì)量，確保外形整體美觀。

（3）舷墻結(jié)構(gòu)開口區(qū)域配置捆綁拉碼結(jié)構(gòu)，同時(shí)焊接并打磨后進(jìn)行下一道工序。

（4）針對(duì)高強(qiáng)度滌綸布帶應(yīng)當(dāng)合理控制其大小尺寸，過長無法拉緊，過短則達(dá)不到實(shí)際需要，一般2 m的滌綸布帶可以適當(dāng)預(yù)留25 mm左右的拉伸量。滌綸布帶外需要套上膠管來防止海水和日曬侵蝕，促進(jìn)其使用壽命的提升。

（5）確保橡膠護(hù)舷結(jié)構(gòu)尺寸的精準(zhǔn)度，將誤差大小控制在±5 mm之內(nèi)。

（6）等待涂抹油漆完全干燥后進(jìn)行吊裝作業(yè)，橡膠護(hù)舷實(shí)施起吊時(shí)的壓縮或拉伸都可能對(duì)安裝質(zhì)量帶來影響，所以需要制作獨(dú)立的簡易三角架進(jìn)行輔助，根據(jù)順序從船中朝兩側(cè)依次收緊滌綸布帶，作業(yè)人員利用電動(dòng)扳手將U型碼上的螺母予以緊固，隨后收緊鏈條兩端的花蘭螺絲。

（7）橡膠護(hù)舷末端位置過去一般選擇鐵板制作為錐形喇叭口，但這樣做的成本偏高，因此將其替換為橡膠錐形頭，讓護(hù)舷端部能夠平滑過渡，在降低成本的基礎(chǔ)上還能夠讓外形更加美觀。

3.2 首尾部W型橡膠護(hù)舷安裝

船舶首位位置W型橡膠護(hù)舷在安裝過程中必須要確保外觀整齊，質(zhì)量達(dá)標(biāo)，針對(duì)有弧度的船體表面怎樣更加準(zhǔn)確地確定橡膠護(hù)舷具體安裝位扁鋼開孔，可提前制作相關(guān)簡易模具，依靠模具能夠更加快速精準(zhǔn)地找到W型橡膠護(hù)舷在護(hù)舷扁鋼上的開孔[4]。詳細(xì)作業(yè)流程為：

（1）根據(jù)橫截面為450 mm×500 mm的W型制作對(duì)應(yīng)的立體模具，可選擇鋁板或者鋁管進(jìn)行制作。

（2）選擇Φ57×6 mm的不銹鋼管進(jìn)行加工，得到20×Φ57×6 mm的不銹鋼環(huán)，將其嵌入護(hù)舷扁鋼。

（3）制作12×Φ70×Φ42 mm不銹鋼墊圈，用于Φ40 mm插桿封固。

（4）進(jìn)行劃孔、開孔操作，將不銹鋼套環(huán)嵌入其中。從船中逐漸朝著左右依次使用立體模具靠攏擺放劃線，進(jìn)而得到橡膠護(hù)舷在護(hù)舷扁鋼上的具體安裝位置。在選擇應(yīng)用立體模具時(shí)必須要確保和基線之間的垂直，兩個(gè)模具按順序靠攏擺放，避免出現(xiàn)留空或者重疊的現(xiàn)象。扁鋼開孔嵌入不銹鋼套環(huán)，確保套環(huán)處于扁鋼中間，隨后選擇Φ40圓管對(duì)上中下各個(gè)護(hù)舷扁鋼的開口是否同心進(jìn)行檢查，隨后實(shí)施焊接打磨作業(yè)。

（5）Φ40不銹鋼圓鋼插桿進(jìn)行編號(hào)，其中一端加工倒角45×5，另外一端提前焊接好，橡膠護(hù)舷安裝環(huán)節(jié)時(shí)確保對(duì)號(hào)入座。

（6）安裝位置油漆完全干燥后即可進(jìn)行W型橡膠護(hù)舷安裝，同時(shí)安裝不銹鋼插桿，下端選擇12×Φ70×Φ42 mm的不銹鋼墊圈。

3.3 D型護(hù)舷橡膠護(hù)舷工藝

D型護(hù)舷扁鋼一般在分段制作時(shí)同步進(jìn)行安裝作業(yè)，有效避免交叉作業(yè)，船體合攏后再對(duì)斷口位置予以補(bǔ)齊。將D型橡膠護(hù)舷中的孔位取到護(hù)舷扁鋼上，隨后開孔嵌入不銹鋼環(huán)，作業(yè)過程中需要確保上下扁鋼開孔保持垂直。不銹鋼插桿、不銹鋼套環(huán)以及點(diǎn)券安裝處理流程和W型橡膠護(hù)舷安裝工藝基本相同，此處不再進(jìn)行贅述。

3.4 船舶橡膠護(hù)舷安裝工藝優(yōu)化成效

首先，優(yōu)化之后的橡膠護(hù)舷安裝工藝即便涉及到較多工序流程，然而實(shí)現(xiàn)了分布推進(jìn)，在分段制作過程中不會(huì)對(duì)其他作業(yè)造成干擾。尤其是W型橡膠護(hù)舷選擇模具劃線開孔方式，保證了孔位的精準(zhǔn)度，相對(duì)于過去的安裝工藝來說工效更高。其次，借助于計(jì)算機(jī)模擬軟件設(shè)計(jì)制作模型從而實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的定位，進(jìn)一步提升安裝作業(yè)效率，降低失誤成本，有效減少了安裝周期。再次，優(yōu)化之后的橡膠護(hù)舷安裝工藝，各個(gè)工藝環(huán)節(jié)安裝到位，安裝質(zhì)量得以顯著提升，整個(gè)護(hù)舷結(jié)構(gòu)外觀整體美感度更加。護(hù)舷扁鋼嵌入不銹鋼套環(huán)屬于其中的亮點(diǎn)，從而避免出現(xiàn)水銹的問題，也能夠有效防止橡膠護(hù)舷位置的銹跡不滿船殼而影響船體整體形象。最后，優(yōu)化后的橡膠護(hù)舷安裝工藝，相對(duì)于過去的安裝流程增設(shè)了不銹鋼套環(huán)和焊接環(huán)節(jié)，但整體安裝成本增長不明顯，增加的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于橡膠護(hù)舷實(shí)際應(yīng)用之后能夠產(chǎn)生的效益[5]。

4 結(jié)語

總而言之，近年來我國航運(yùn)業(yè)得以飛速發(fā)展，船舶、碼頭所需要的防撞橡膠護(hù)舷日益增多，對(duì)護(hù)舷防撞性能也提出了更高的要求。橡膠護(hù)舷借助于自身較強(qiáng)的韌性和抗沖擊力而得以普及運(yùn)用，在實(shí)際應(yīng)用安裝和生產(chǎn)制造過程中，必須要嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)一步優(yōu)化制造安裝工藝流程，促進(jìn)橡膠護(hù)舷質(zhì)量性能不斷提升，為航運(yùn)業(yè)與造船業(yè)的發(fā)展帶來更多助力。