Equipment Manufacturing Technology No.3,2021
海工棧橋隨動補償測試平臺設計與試驗
薛乃耀，楊星馳，馮瑋
(中集海洋工程有限公司，廣東深圳518067)
摘要：波浪補償功能是海工棧橋安全作業的重要保障和核心技術，對比目前國產海工棧橋的隨動補償功能試驗方法，針對棧橋樣機實船試驗的難點，提出一種簡單可行、測試成本更低的棧橋隨動補償測試方案，通過棧橋樣機的實船試驗驗證了測試方案的有效性。
關鍵詞：海工棧橋；隨動補償；實船測試
中圖分類號：U664 文獻標識碼:A
0引言
波浪補償可伸縮式海工棧橋作為保證人員輸送 安全的關鍵設備，可安裝于各種海工船舶，滿足兩浮 體之間或浮體和海上建筑物之間有相對運動情況下 的人員通行'目前國際上知名的伸縮式棧橋生產廠 家，包
括：UPTIME、Marine Aluminium'Ampelmann、KenzFigee等，對成熟產品試驗驗證主要通過現場調 試。而國內棧橋系統一般依托于甲板機械生產廠家 或者甲板舾裝件生產廠家進行，缺少實船應用經驗，即使通過了車間試驗和船廠試驗，在實船應用時仍 然發生較大問題導致無法正常使用。因此，對于尚無 實船應用經驗的國產化可伸縮式棧橋，必須經過一 定的海上試驗驗證，才能掌握產品實際應用性能，為 實船應用提供充分保證。
目前國內尚缺乏關于可伸縮棧橋測試驗證的技 術體系和標準規范，僅南通中遠于2020年提出了一 種大型海工棧橋的碼頭試驗方法121，并進行了碼頭試 驗驗證。其測試內容包括基本運動、隨動補償、安全 功能和應急功能。然而隨動補償和該狀態下的應急 脫離測試并沒有進行。僅提出一種通過岸吊或浮吊 模擬測試方案，試驗風險較大。因此，有必要提出一 種風險更低，能對隨動補償和應急脫離試驗功能進 行初步測試的方案。
以下首先對實船搭接、岸吊搭接測試的過程進 行分析，提出一種波浪補償棧橋的測試系統，并結合 棧橋與測試場工況，對搭接試驗平臺進行設計與校 核，通過現場試驗驗證所提出的隨動補償測試方案
文章編號：1672-545X(2021 )03-0072-04
有效性。試驗采用的棧橋為一款伸縮長度為32±7.5 m，變幅范圍-16.5°~+25°，回轉角度±180°的波浪補償 可伸縮棧橋，如圖1所示，棧橋設計與建造符合 ABS-Offshore Bridge Gangways(2016)規范 I 型
找橋 系統的要求。
圖1實船試驗的(32 ±7.5 )m棧橋樣機
1隨動補償與應急脫離試驗方案設計與論證
波浪補償可伸縮棧橋的隨動補償功能是指棧橋 跟隨搭接目標，如船舶等在波浪中的運動進行位置、幅角，回轉角度的補償|31。如果搭接船繼續向外漂移，使棧橋伸出到緊急撤離區后，棧橋啟動應急脫離，并 通過蓄能器自動完成棧橋的脫離和回收。此項試驗 要求較高，尤其是尚未經過實船應用驗證的新型棧 橋，在試驗過程中可能與目標船發生碰撞，造成棧橋 或目標船的損傷，在實船試驗中一般難以找到搭接 目標船。通過岸吊模擬搭接的風險較大，棧橋脫離時 容易與吊機吊臂發生碰撞，懸掛的搭接平臺可能與 塔身或棧橋發生碰撞，造成危險。
收稿日期:2020-12-26
作者簡介：薛乃耀（1994-)，男，廣東云浮人，碩士，主要從事船舶與海洋T.程相關工作。
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《裝備制造技術》2021年第3期
對隨動補償測試過程進行梳理，本試驗通過設 置移動搭接平臺模擬搭接目標船，通過牽引絞車模 擬平臺及目標船之間的相對運動，從而在陸上或半 潛平臺上驗證其應急脫離和補償功能。系統組成見 圖2。
絞車1
軌道及搭接平臺
絞車2
圖2棧橋隨動補償模擬試驗裝置
進行隨動補償和應急脫離試驗時，應分為2步。 試驗前，棧橋駕駛員需要完成棧橋與測試平臺的搭 接，如圖3所示。搭接完成并啟動棧橋搭接模式后， 首先應進行棧橋手動應急脫離測試，驗證緊急脫離 功能，保證試驗過程中遭遇意外情況時能棧橋樣機 能隨時脫離。此后再進行棧橋的隨動補償和應急脫
離試驗。如圖4所示，啟動牽引絞車1，使搭接平臺沿 軌道移動。此時，棧橋應能跟隨平臺位置變化進行伸 長和變幅補償。當棧橋達到伸縮緊急脫離區域后，報 警并通過蓄能器進行應急脫離。啟動牽引絞
車2，棧 橋應能跟隨搭接平臺位置縮回，變幅下俯超過最大 下俯角后，報警并應急抬升。通過斜置平臺軌道（圖 5)，可以實現棧橋回轉補償功能測試。
圖5
回轉補償測試過程
對比實船搭接、岸吊搭接和本文提出的隨動補 償及應急脫離試驗方案，三種方案均能對棧橋的伸 縮、變幅與回轉補償功能進行測試。其中實船搭接通 過搭接目標船的移動完成伸縮和回轉補償測試，通 過調整吃水完成變幅補償測試，代價高昂。岸吊搭接 雖能達成所有測試項0，但是試驗風險極大，棧橋自 動抬升過程中有與岸吊碰撞，造成設備損壞的風險。 相比之下，本文提出的試驗方案更為安全，隨動補償
和應急脫離過程與實船、岸吊搭接試驗是類似的。從 原理上本方案作為波浪補償可伸縮棧橋的隨動補償 及應急脫離試驗方案是合理可行的。
2測試平臺設計與校核
本方案采用的模擬搭接測試平臺主體結構需要 根據待測桟橋的實際工作范圍，以及棧橋安裝高度
確定。棧橋樣機試驗于中集來福士半潛式平臺H 206 進行，棧橋變幅轉軸距離主甲板面12.7 m ，其中棧橋 主體部分總重30 t ，棧橋伸縮臂自重約為10 U 棧橋 樣機進入搭接模式后，棧橋伸縮臂在伸縮方向為自 由狀態，以實現棧橋的伸縮補償。以下對測試平臺結 構形式進行設計，并進行穩定性校核。2.
1測試平臺設計
考慮人員檢修和登橋檢查，測試平臺上應具備 扶梯和人口。本文提供了棧橋隨動補償測試平臺的 一種結構形式如圖6所示。
1.平臺框架
2.移動輪
3.檢修樓梯
4.安裝吊耳
5.著陸錐擋板
6.牽引吊耳
7.檢修人孔
圖6隨動補償測試平臺
平臺框架由若干鋼結構梁焊接而成，構成搭接 平臺的承力主體，頂部設鋼質甲板，承載可伸縮棧橋 的著陸錐；檢修樓梯由鋼結構焊接而成，其端部焊接 于平臺框架上，人員可由該檢修樓梯上下；安裝吊耳
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對著陸錐有通過焊方式與平臺框架頂部連接，用于所述搭接平
臺的吊裝；著陸錐擋板焊接于平臺框架頂部甲板面，
用于補償著陸錐與平臺頂部鋼甲板的摩擦力，當平 臺移動時，輔助推動著陸錐的移動；牽引吊耳通過焊 接方式與所述平臺框架底部首尾中部區域連接，牽 引絞車通過鋼絲繩牽拉牽引吊耳，實現測試平臺相 對平臺軌道的運動。
2.2穩定性校核
結合場地條件和棧橋作業范圍，測試平臺高度 為4.5 m，長度為3.9 m，寬度2.8 m。測試平臺較高，存在傾覆風險，參考GB/T 3811-2008《起重機設計規 范》要求對測試平臺的穩定性進行校核。校核工況分 別靜態和勻速運動臨界脫離狀態，著陸錐處于測試 平臺邊緣。
力矩法是國內外通用的起重機及高空作業車穩 定性校核方法，當穩定力矩的代數和大于傾覆力矩 的代數和，可以認為測試平臺的抗傾覆性能是穩定 的|41。按照對傾覆線的計算，傾覆力矩不應超過穩定 力矩的80%。
靜態臨界傾覆工況下，著陸錐位于測試平臺前 方，棧橋及測試平臺處于平衡狀態（圖7)，傾覆線為 前輪軸線。根據棧橋液壓系統設計，搭接模式伸縮臂 處于自由滑動狀態，棧橋變幅系統為主動補償，認為 桟橋主體對伸縮臂僅有支持力。由平面力系的平衡 條件151可知：
(b)著陸錐受力分析 （C)測試平臺受力分析
圖7靜態臨界傾覆工況
N/ind =f,
；NfiosO+ N/= G g(1)
I N,D + = G；f〇s6 + f,H
Np = G丨 + <
傾覆力矩為
Mc s =f\hp+ N\dp(3)穩定力矩為
= Gp d(4)其中，/V，為棧橋主體對伸縮臂的支持力，/V；和/；為著陸錐對伸縮臂作用力和力為測試平臺對著陸錐作用力，G,、C，和C,，分別為伸縮臂、著陸錐和測 試平臺重量。
勻速牽引時的臨界傾覆工況是著陸錐位于測試 平臺后端，測試平臺處于臨界后傾狀態，如圖8所示。
u>整體受力分析([^測試平臺受力分析
圖8牽引臨界傾覆工況
對于系統整體和測試平臺垂直方向有
F=f+ N^inO
N= G g+ G i + G p + Nffiosd
/= M/V
F=f+ /P
N = GP + N.p
在棧橋運動過程中，棧橋伸出長度與傾角滿足
6 =arcsin^- (
7 )
由此可得測試平臺隨棧橋伸出長度增加的載荷 變化情況。取測試平臺質量為8 t，及可滿足《起重機 設計規范》要求。
(5)
(6)
125
120
z105
100
95
90
85
80
25 30 35 40
棧橋長度/m
圖9測試平臺傾覆力矩變化曲線
、
、一勻速運動傾粗"矩
-
'....... 靜態傾覆力矩
'
、
、
、
、
80%惚疋刀矩
、、
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3隨動補償和應急脫離實船試驗
隨動補償和應急脫離試驗包含在海工棧橋海上 試驗程序中，H的是驗證棧橋隨動補償功能完整性，在測試過程中包含了對棧橋應急脫離功能的應用：試驗中首先進行手動應急脫離試驗，保證棧橋樣機 在
應急狀態下能夠手動完成脫離動作。隨后再進行 棧橋樣機的隨動補償和應急脫離試驗。
本次32.5 m可伸縮波浪補償棧橋手動脫離和隨 動補償試驗流程如下，待桟橋轉向測試平臺方向后，駕駛員將棧橋下俯14°，使得端部的著陸錐落到測試 平臺，并進人對接模式。在棧橋駕駛室按“應急抬起”鈕，棧橋自動抬起并收回。將著陸錐重落回到測試平 臺，進入對接模式后進行隨動補償試驗3切斷主動力 供電，絞車牽引移動測試平臺，直至桟橋達到最大長 度，自動抬起并縮回。通過平臺上的棧橋實船試驗(圖 10 )，可以驗證本文提出的絞車牽引測試平臺方法能 安全有效地對海工棧橋隨動補償功能進行測試驗證。
(a)手動應急脫離 （b>隨動補償過程 U')最大長度應急脫離
圖10棧橋隨動補償試驗4結論
通過絞車牽引搭接測試平臺代替實船試驗和岸 吊模擬試驗，可以有效地對可伸縮海工棧橋的隨動 補償功能進行測試，而且試驗成本遠低于實船試驗 和岸吊試驗。通過某型棧橋樣機的海上試驗，驗證了 絞車牽引模擬搭接方案，為其他類型的海工棧橋隨 動補償功能測試提供試驗方法參考。
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Wave Compensation Test Platform Design and its Experiment of a Gangway
XUE Nai-yao,YANG Xing-chi，FENG Wei
(CIMC Offshore Co.,Ltd.,Shenzhen Guangdong 518000, China)
Abstract:Wave compensation is the key technology and guarantee of gangway operation safety.Compared with the prented wave compensation test of the domestic gangway,an convenien
t and low-cost wave compensation test de-vice and its test procedure is propod with respect to the difficulties of gangway onboard test.The onboard experi-ment is carried out for validation of the new test method.
Key words：gangway;wave compensation;onboard test
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