船舶橡胶护舷应用与安装技术探讨

邓盛志

(福建省莆田市海洋与渔业局，福建 莆田 351100)

船舶橡胶护舷一般来说包含了剪切型、转动型、压缩型以及充气型等几种不同类型，而压缩型橡胶护舷表现出结构简单、生产便利以及安装维护方便等优势，近年来在国内外得以非常普遍地应用。另外根据具体结构形式还能够将其划分为D型、V型、拱形、H型等，当前D型橡胶护舷逐渐淘汰，V型从20世纪60年代开始得以推广应用，而拱形和H型、鼓型橡胶护舷属于专门针对大型船舶研制生产的新品种。

1 橡胶材料特性

船舶橡胶护舷的基本材料为橡胶，它属于一种高分子化合物，橡胶的分子结构决定了它是高黏性和高弹性的阻尼材料。橡胶材料的高黏弹性一般来说反映在如下两个方面：一方面是弹性模量小、形变较大。这是因为大分子的链段在承受外力作用之后能够发生运动，分子顺着受力方向运动，可以让橡胶弹性形变达到1000%。船舶防撞橡胶护舷的主要要求便是应当具备反作用力小、形变大的特性，从而提供更好的碰撞性能，因此橡胶材料在船舶防撞护舷中得以普及应用。另一方面是形变需要时间，弹性形变以及塑性形变同时进行属于高分子材料的形变特性，也可称其为黏弹性，黏弹行为需要依赖时间。形变落后于应力而出现滞后现象，导致部分弹性能转化为热能被损耗，把拥有较高黏弹性的橡胶制作为船舶防撞护舷，借助于其黏滞性可以有效抵消船舶受到的撞击动能，而撞击过程往往会经过较长时间，有效减轻撞击力。

2 船舶橡胶护舷应用及制造生产工艺

2.1 橡胶护舷的选型设计

对船舶橡胶护舷实施选型设计的过程中，必须要充分了解船舶靠岸时的撞击能量，选择的橡胶护舷在设计压缩变形时能够吸收的能量需要超过船舶靠岸的撞击能量，同时确保护舷反力不超过靠船建筑物的允许反力，护舷面压力不超过船舶傍板的容许面压力[1]。

2.2 拱形橡胶护舷选型依据

为确保能够达到船舶撞击能量的需要，此处应用拱形橡胶护舷，选择这一类型橡胶护舷的依据为：一是拱形船舶橡胶护舷自身压缩变形较大，相对于V型橡胶护舷提升20%左右，可在很大程度上增强其吸能性。二是对于压缩型橡胶护舷来说，拱形护舷的单位质量吸能效率更高。三是锚固性较强，能够广泛应用在船舶、码头等各种场景，安装便利且维护成本低。四是前部设计防冲板以及PE贴面板，能够有效降低面压力且降低和船板之间的摩擦系数，能够让大型船舶的停靠剪切力显著减少。如果船舶傍板不平整的情况下，在停靠过程中很容易出现橡胶护舷防冲板变形的问题，设计PE贴面板即可实现减少摩擦系数，降低停靠剪切力，避免防冲板变形损坏的目标。

2.3 船舶橡胶护舷胶料选择

船舶橡胶护舷的主要应用标准是吸能性强、反力小、对船体的面压低，上述要求和护舷自身结构和橡胶缓冲件的形状结构存在非常密切的关系，同时和胶料自身性能也息息相关，因此对胶料进行合理选择是非常关键的。胶料的硬度与定伸应往往会影响到最终产品的实际性能，通常情况下硬度越高则反力与面压相对越大，吸能越强。另外因为船舶橡胶护舷在受到冲撞的情况下是凭借其形变来实现有效的能量吸收，如果存在较高的压力与面压往往会影响其顺利停靠，所以要做到最佳的力学性能不能够单纯地考虑胶料的硬度。

当船舶处于停靠状态时，橡胶护舷受力不均匀，它会受到剪切、扭转、摩擦等力作用，且会出现压缩或弯曲的状态。因此胶料必须要具备一定的强度与弹性，同时能够拥有较强的抗海水侵蚀性。通常来说船舶橡胶护舷的含胶率应当控制在50%左右，让其拥有一定的弹性与低压缩变形。一般可以使用天然胶融合少许丁苯、氯丁或三元乙丙橡胶，确保最终制作出的产品具备耐磨、耐寒、弹性等性能。

2.4 制造工艺

2.4.1 模具设计和工装配置

结合拱形船舶橡胶护舷单体较大且硫化时间长的突出特征，可采取具备硫化加热系统的单体夹壁罐式硫化工艺，从而促进生产制造效率提升，有效控制生产成本，确保最终产品质量达标。根据实际需求设计同时能够提供加压加热功能的单体夹壁罐装备系统，对加热系统结构予以优化，确保生产制造环节节能目标的实现。

2.4.2 胶料收缩率的确定

胶料硫化冷却之后尺寸开始收缩，导致成品尺寸相对于模具尺寸更小，所以进行模具设计的过程中必须要充分结合所选胶料的实际收缩率。对胶料收缩率可能带来影响的外部因素较多，一般包括胶料的热膨胀、制品结构形式、断面厚度、含胶率以及硫化环境等。由于外部影响因素太多，对胶料收缩率的计算也相对更加复杂，通常选取按照制品与模型尺寸计算公式、硫化胶邵尔A硬度计算公式以及硫化温度计算公式，在具体生产活动中，选取硫化胶硬度计算的经验公式较为普遍，同时针对船舶橡胶护舷来说，由于其属于大型制品，对于具体尺寸精度的要求可以适当放宽，一般公差控制在±7%左右[2]。

2.5 生产工艺

2.5.1 内嵌加强板的处理

现阶段针对钢板和橡胶进行黏合的常见方式包括硬质胶黏合法、硫化磷黏合法、异氰酸酯黏合法以及商品胶黏合法。对上述黏合方法进行横向比对分析后了解到，异氰酸酯黏合法即便原料不稳定且可能对操作人员身体健康带来损害，但其具备更强的黏合性，相对更符合船舶橡胶护舷。该黏合方法的基本流程为：

（1）对钢板实施喷砂处理，随后选择稀盐酸进行酸洗，干燥之后选择丙酮对表面油脂进行清理。喷砂与酸洗后的金属表面积提高，表面活性更加集中。

（2）进行硫化处理之前4 h把合成的异氰酸酯胶黏剂涂抹在金属表面，放置2 h左右。

（3）放置2 h后再向其表面涂抹高硬度胶料胶浆，从而产生黏合力增强层。

（4）把厚度在8 mm左右的高硬度胶料片黏合于表层。

（5）把高硬度胶料和成型胶混合后的缓冲胶片张贴于表层。

2.5.2 成型

此环节是结合船舶橡胶护舷结构，把混炼胶片在成型模具内黏贴为预制件。各类胶片最终成型之前必须严格遵循具体规格制作为相应形状，外层胶与内层胶片的厚度也需要灵活管控。因为收缩率的影响，预制成型过程中需要合理添加胶料让制品密实，硫化过程中多余胶料能够从预留口流出，可有效提升最终成品的精度，促进产品质量提升。针对存在嵌入件的船舶橡胶护舷，在模具设计阶段需要确保嵌入件的正常定位公差，同时在成型过程中应当确保其位置精度准确。

2.5.3 硫化

船舶拱形橡胶护舷属于大型橡胶制品，需要确定相对更大的硫化压力，比如说20～40 MPa，这一数值已经远超过普通橡胶制品的硫化压力。另外因为船舶橡胶护舷的厚度更大，需要实施低温长时间硫化处理，温度一般保持在140～1 600 ℃之间，硫化时间可参照硫化特性曲线予以控制[3]。

根据上述生产制造流程最终得到的橡胶护舷，其相关指标都符合船舶橡胶护舷防撞标准。

3 船舶橡胶护舷安装工艺优化措施

3.1 首部圆型橡胶护舷安装工艺

针对船舶首部位置圆型橡胶护舷的安装来说，一般是利用Φ25的镀锌链条从中间穿过，两旁分别用花兰螺丝进行固定。其外围选择28条高强度涤纶布带从舷底部穿过包裹护舷后回到舷墙中依靠U型拉码紧固，所有拉码都设置于舷墙结构上，这样不仅操作便利且整体外观较为平整。

（1）因为大部分供应商无法对圆型橡胶护舷实现整条生产制造，因此将其划分为三段分别制作，断口位置应当处于弧度最小区域，切口可以预留相应补偿量。为确保接口生产质量，应当对接口位置的安装工艺进行特殊处理。

（2）选择Auto CAD软件制作模型，确保舷墙开孔的精准度，开孔周围需要设置不锈钢圆钢，保证光滑平顺。舷墙开孔区域和圆型橡胶布带槽位应当一一对应，从而有效提升安装质量，确保外形整体美观。

（3）舷墙结构开口区域配置捆绑拉码结构，同时焊接并打磨后进行下一道工序。

（4）针对高强度涤纶布带应当合理控制其大小尺寸，过长无法拉紧，过短则达不到实际需要，一般2 m的涤纶布带可以适当预留25 mm左右的拉伸量。涤纶布带外需要套上胶管来防止海水和日晒侵蚀，促进其使用寿命的提升。

（5）确保橡胶护舷结构尺寸的精准度，将误差大小控制在±5 mm之内。

（6）等待涂抹油漆完全干燥后进行吊装作业，橡胶护舷实施起吊时的压缩或拉伸都可能对安装质量带来影响，所以需要制作独立的简易三角架进行辅助，根据顺序从船中朝两侧依次收紧涤纶布带，作业人员利用电动扳手将U型码上的螺母予以紧固，随后收紧链条两端的花兰螺丝。

（7）橡胶护舷末端位置过去一般选择铁板制作为锥形喇叭口，但这样做的成本偏高，因此将其替换为橡胶锥形头，让护舷端部能够平滑过渡，在降低成本的基础上还能够让外形更加美观。

3.2 首尾部W型橡胶护舷安装

船舶首位位置W型橡胶护舷在安装过程中必须要确保外观整齐，质量达标，针对有弧度的船体表面怎样更加准确地确定橡胶护舷具体安装位扁钢开孔，可提前制作相关简易模具，依靠模具能够更加快速精准地找到W型橡胶护舷在护舷扁钢上的开孔[4]。详细作业流程为：

（1）根据横截面为450 mm×500 mm的W型制作对应的立体模具，可选择铝板或者铝管进行制作。

（2）选择Φ57×6 mm的不锈钢管进行加工，得到20×Φ57×6 mm的不锈钢环，将其嵌入护舷扁钢。

（3）制作12×Φ70×Φ42 mm不锈钢垫圈，用于Φ40 mm插杆封固。

（4）进行划孔、开孔操作，将不锈钢套环嵌入其中。从船中逐渐朝着左右依次使用立体模具靠拢摆放划线，进而得到橡胶护舷在护舷扁钢上的具体安装位置。在选择应用立体模具时必须要确保和基线之间的垂直，两个模具按顺序靠拢摆放，避免出现留空或者重叠的现象。扁钢开孔嵌入不锈钢套环，确保套环处于扁钢中间，随后选择Φ40圆管对上中下各个护舷扁钢的开口是否同心进行检查，随后实施焊接打磨作业。

（5）Φ40不锈钢圆钢插杆进行编号，其中一端加工倒角45×5，另外一端提前焊接好，橡胶护舷安装环节时确保对号入座。

（6）安装位置油漆完全干燥后即可进行W型橡胶护舷安装，同时安装不锈钢插杆，下端选择12×Φ70×Φ42 mm的不锈钢垫圈。

3.3 D型护舷橡胶护舷工艺

D型护舷扁钢一般在分段制作时同步进行安装作业，有效避免交叉作业，船体合拢后再对断口位置予以补齐。将D型橡胶护舷中的孔位取到护舷扁钢上，随后开孔嵌入不锈钢环，作业过程中需要确保上下扁钢开孔保持垂直。不锈钢插杆、不锈钢套环以及点券安装处理流程和W型橡胶护舷安装工艺基本相同，此处不再进行赘述。

3.4 船舶橡胶护舷安装工艺优化成效

首先，优化之后的橡胶护舷安装工艺即便涉及到较多工序流程，然而实现了分布推进，在分段制作过程中不会对其他作业造成干扰。尤其是W型橡胶护舷选择模具划线开孔方式，保证了孔位的精准度，相对于过去的安装工艺来说工效更高。其次，借助于计算机模拟软件设计制作模型从而实现更加准确的定位，进一步提升安装作业效率，降低失误成本，有效减少了安装周期。再次，优化之后的橡胶护舷安装工艺，各个工艺环节安装到位，安装质量得以显著提升，整个护舷结构外观整体美感度更加。护舷扁钢嵌入不锈钢套环属于其中的亮点，从而避免出现水锈的问题，也能够有效防止橡胶护舷位置的锈迹不满船壳而影响船体整体形象。最后，优化后的橡胶护舷安装工艺，相对于过去的安装流程增设了不锈钢套环和焊接环节，但整体安装成本增长不明显，增加的成本远远低于橡胶护舷实际应用之后能够产生的效益[5]。

4 结语

总而言之，近年来我国航运业得以飞速发展，船舶、码头所需要的防撞橡胶护舷日益增多，对护舷防撞性能也提出了更高的要求。橡胶护舷借助于自身较强的韧性和抗冲击力而得以普及运用，在实际应用安装和生产制造过程中，必须要严格遵循相关标准规范，进一步优化制造安装工艺流程，促进橡胶护舷质量性能不断提升，为航运业与造船业的发展带来更多助力。