文献综述船舶与海洋工程4800马力全回转拖轮结构设计引言拖轮概述拖轮是用来进行拖带运输，拖带没有动力不能自航的船舶，或者，协助大型船舶进出港口，靠离码头，或者救助海上遇难船舶的中小型船舶。

一艘拖轮可以拖带了十几艘比它大得多的船舶在航行。

拖轮具有以下特点：一是拖轮船身小，船上没有装载货物的船舱，构造坚固。

二是拖轮上的动力装置功率大，所以，具有较大的拖带能力。

三是船上还备有拖带设备，利用拖带运输方式，拖带没有动力的船舶。

拖轮是船舶家族中的小个子大力士，就像举重队里的轻量级运动员。

它们经常在江河中、港湾里忙碌着，拖带别的船舶拖轮种类按照使用水域不同，拖轮又可分为远洋拖轮、沿海拖轮、港湾拖轮和内河拖轮。

不同的拖轮特点不同，远洋拖轮、沿海拖轮在海上航行，船首翘得高高的，构造坚固，以防止海上波浪冲击；大型海洋拖轮的发动机功率可达2万马力以上，排水量超过5000吨，可用于海上救助，拖带巨型船舶及其他大型水上构筑物，如海上平台和浮船坞等。

大型海洋拖轮尾部装有大功率拖缆机，在风浪中能随着拖缆张力的变化而自动收放拖缆。

港湾拖轮在港湾内使用，船身短，操纵灵活；内河拖轮在江河中航行，吃水浅。

内河拖轮多为双机，发动机功率为数十马力至数千马力不等。

拖轮吃水尽可能接近航道水深，安装螺旋桨的船底凹部常是隧道形，使螺旋桨直径大于船舶吃水。

螺旋桨工作时水充满凹部，使螺旋桨全浸在水中，以充分发挥主机功率，提高推进效率。

航道水深如果不足0.6米,宜于采用串列螺旋桨或改用喷水推进。

拖曳设备一般是拖钩。

内河船舶中有拖轮和驳船，驳船用来装货物，但本身没有动力，而拖轮有动力，但本身的运载能力很小，一般是将驳船编组，由拖轮提供动力来航行的。

拖轮拖带船舶，可以像火车头拖带列车车厢一样，呈一列式拖带驳船；也可以从两旁舷侧拖带驳船。

拖轮还可以拖大船，几艘小拖轮可以同时拖带一艘万吨级大船，使大船顺利地进出港，调动船位，或进出船坞。

九十年代至今，营运船舶主船型达到了3.5 万吨级至30 万吨级。

拖轮以2 000～5 200HP 全回转型为主体，在船舶进出港操作中起着不可替代的作用。

随着我国海运业务的快速发展，拖轮在大型船舶进出港操纵中的作用愈显突出。

[ 1]自上世纪80年代以来,全回转拖轮被广泛地应用于港口作业,特别是港口内部的大型船舶调头，大船靠离泊等。

其操纵灵活,安全可靠的优越性已显露无疑,并得到了广泛的认同,已经全取代了原来的普通型拖轮。

[ 2]正文拖轮结构设计根据新的规范采用了新的设计理念，是比较适合中国船舶工业的标准。

而新的标准体系总体上会推动船舶的更新换代，会促使造船业的市场发展，为造船产业向新兴造船过节转移了挪出市场空间，淡化新兴市场对原有市场的冲击，为我国造船工业实现由大到强的能力跨越提供了一次机遇。

新设计新产品意味着市场进入的门槛提高，呼吁新品牌的诞生，这是对各国的船舶工业的一次考验，新设计意味着市场上占领先机，进入到新设计的市场控制和垄断期。

如果能应对这种挑战，利用标准，新设计，就能培育中国新品牌的船舶产品。

拖轮与其他船只在功能用途上差别较大，顾在其设计上也有相当大区别。

在设计时，我们不仅要考虑通常船舶设计时需要考虑的问题，更需要针对拖轮独有的特点来研究解决问题。

以下列举几个根据针对所需拖轮特点进行设计的例子吴广志，田会娟在《28.8米沿海拖轮设计探讨》中进行船体设计时，着重考虑了以下问题：1本船的稳定性要好，稳性衡准数要高，以满足海上风压及拖轮急牵的联合作用2本船只需要在工程船需要调遣时才用于拖带，姑拖带航速与自由航速需兼顾3要有良好的操纵性，以满足倒车，转向及调头作业的需要4本还作为沿海拖轮，吃水不受限制故尽量增加尾纵倾, 以增加桨叶直径, 同时采用较瘦削的尾部线型, 提供较好的水流来提高推进效率。

5本船采用双机双桨形式, 在满足主机安装的情况下, 主机中心距尽可能大, 以减小尾流之间相互作用。

在满足上述要求的基础上, 外观要大方、流畅。

船员居住条件要舒适毕伟光在《2354Kw全回转拖轮设计研究》中进行船体设计时，着重考虑了以下问题:拖带作业时充分发挥全回转舵桨的灵活性和主机额定功率卜的最大拖力, 正车拖力不少于42 吨, 倒车拖力不少于38 吨；往返码头与锚地运送人员及物资时由于港口距锚地较远约50 海里, 因此要求航速超过14节.若采用定螺距桨如满足拖力要求, 达不到航速要求, 达到航速要求,则满足不了拖力要求。

因此经决定采用可调螺距全回转舵桨,在拖轮的主尺度方面船长：该功率的常规全回转拖轮的船长一般在30 到35左右, 在航速为14节时, 若船长为30 米时, 佛氏数高达0.42，这对于方形系数在0.5 至0.6的拖轮来说, 必将产生很大的兴波阻力并使总阻力加大, 仍是所选定主机功率无法达到的,为降低阻力, 保证航速有效的办法是适当加长船长.初选船舶水线长L=34M,36M,39M,进行阻力近似估算, 配合舵桨厂家提供的不同航速下KST-180ZC/A型舵桨推力值,换算成有效马力和推马力曲线,从曲线看出设计水线长在近39M时航速才超过14节,因此设计水线长选39M,船的总长约为40M.船宽:船宽的选定主要考虑船的稳性和船尾部双舵桨及主机的布置尺寸要求, 该船考虑的主要因素是双舵桨及主机的布置尺寸要求舵桨装置最大外径3.25M,并要求两舵桨的中心距大于4.62M，则两舵桨外缘的横向距离为近8M, 在加舷侧的空间及结构, 至少要求9M以上, 另外考虑主机布置、机舱棚开口半宽3.15M和外走道的宽度1.5M, 选定船宽为9.3M .张淑杰, 冯峰, 李景春等在《2900Kw近海拖轮设计简介》中进行船体设计时，考虑了以下问题:按照《海船》规范对近海航区拖船并考虑了冰区加强, 全船肋距600mm, 本船在机舱、机泵舱下设双层底, 高度为:1.2m。

全船主体共设6道横向水密舱壁和一道防撞舱壁, 所有舱壁均为带垂直扶强材的平面舱壁。

本船底部及船侧为横骨架式。

甲板为纵骨架式。

底部纵向设3根龙骨、左右边纵壁, 并延伸至首尾,舷侧设一道舷侧纵析并延伸至首尾, 并在首尾处升高。

实肋板、强肋骨、强横梁, 组成强框架。

尾部甲板载货区载荷按3吨每立方米计算。

要将甲板载荷直接有效地传递给纵壁或舷侧, 载货甲板采用纵骨架式, 从传递载荷的角度看是比较合理的。

载货区甲板采用纵骨架式, 纵骨的计算跨距可以有效地控制, 加之甲板纵析和支柱的设置, 可以减小强横梁的跨距, 从而减小了甲板纵骨和强横梁的尺寸, 使得结构重量减轻, 也提高了主体以下的舱室空间。

因拖船长宽比小, 稳性要求高, 总纵强度要求小。

我们在设计时, 在满足船级社要求的前提下, 尽量减少构件尺寸, 为了减小振动主机座纵析与船底骨架组成一体。

纵向构件尽可能连续, 机舱开口处设置支柱进行加强。

适当减小尾部构件的跨度, 以利增加刚性。

尾尖舱内所有构件的角焊缝均采用双面连续焊。

在甲板机械下、首侧推开口处、尾轴出口处, 开口处、主机座等处的板及构件作局部加强。

如受力比较大的甲板机械下的加强构件应生根, 构件上、下与甲板和底部构件焊牢。

纵向构件过度到横向构件处要, 采用相互交叉两档或两档以上肋距, 并逐渐减小其剖面, 使其消除应力集中+ 板厚由下列板向上部逐渐减小。

在节点处构件之间采用肘板连接,既可以保证构件的刚性连接, 传递载荷, 减少应力集中, 又可以把船体结构框架分解成不同方位的构件,方便构件预制, 加工和上船装配焊接, 从而大大减轻工人的劳动强度。

本船还按照《规范》对结构进行了特别加强。

如B级冰区加强, 如首部冰带区外板加强、加中间肋骨、首柱加强等;拖船的特别要求对首端肋骨、上层建筑及甲板室的构件、舷墙板等核算并选取构件。

拖轮虽然在作用上与其他船舶有所差异导致设计上也与其他船舶有一定不同，但作为船舶，拖轮的设计也需要注意一些普通船舶设计上需要注意的问题。

俞嘉虎《CS规范船体结构设计中几个要点的处理》中提到的1相应规范的选取 2船型的标准化合尺度的系列化 3船体构件尺寸的正确性 4船体结构的连续性 5船体结构的整体性和节点的选择 6受力的均匀性和载荷的有效传递 7结构的加强 8 CCS规范中的一些基本规定秦洪德，王艳艳的《船舶结构优化设计的研究进展》中，将结构优化设计大体可分为三个阶段) 第一阶段是建立数学模型, 其目的是将工程问题转化为数学问题。

船舶结构最优化问题的数学模型以结构最小重量为目标, 其目标函数是线性的, 约束表达式是非线性的。

第二阶段是选择一个合理的、有效的计算方法。

第三阶段是编制通用的计算机程序。

程序编制能迅速给出同一类型的结构的最优设计方案。

如何将各优化方法进行船舶结构优化设计有两个关键的问题：一是建立合理、可行的数学模型; 二是选择适当的优化算法。

针对各类船舶复杂的结构型式, 建立合理可行的优化数学模型, 选择适当的优化策略, 选择或开发实用的优化算法, 是造船界关注研究的一个热点.三、总结船舶结构设计的过程实际上是一个科学的研究、论证、优化的过程。

在满足应用及强度要求的前提下,优化结构设计。

在选用船体构件材料规格时,应注意从经济性上考虑，在保证船体强度和满足使用要求的情况下，尽量减少船体结构重量, 从而减少空船重量,降低建造成本，提高载重能力。

绝对不能盲目地追求载重量，即所谓的超载状态下船舶强度不够,而导致船体损伤,发生海上事故。

因此,拖轮设计在满足规范的前提下,应以尽可能多地从拖轮马力为设计出发点，合理地布置各个舱室，直接提高营运效益。

只有全方位的考虑船舶的经济性和安全性，两者并重，才能设计出合理的船型。