淺析一級設(shè)備座架墊片平面度精度調(diào)控

楊磊史超

（廣船國際技術(shù)中心）

0 前言

隨著船舶行業(yè)的發(fā)展，船舶設(shè)備座架的安裝工藝流程日趨完善，尤其是大型一級設(shè)備座架，座架與設(shè)備之間的連接狀態(tài)直接影響到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在特種船舶中，因鋼質(zhì)墊片安裝的可控性及后期維護(hù)保養(yǎng)的便利性，使其地位一直不可取代。當(dāng)一級設(shè)備使用彈性減震器與鋼質(zhì)墊片配合時(shí)，設(shè)備的最終安裝狀態(tài)便由彈性減震器的壓縮量決定，而座架墊片的平面度決定彈性減震器的壓縮量，故設(shè)備座架墊片的平面度的精度就直接關(guān)系到設(shè)備的安裝狀態(tài)與周期。

本文以某特種船舶的一臺3000KW主柴油發(fā)電機(jī)組為例，介紹了拉線法調(diào)控主柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備座架的墊片平面度精度，重點(diǎn)講述拉線工裝制作要求，鋼絲線的安裝及撓度修正，鋼質(zhì)墊片的加工數(shù)據(jù)的測量計(jì)算以及鋼質(zhì)墊片焊接工藝要求，有效地保證了座架墊片平面度精度要求，實(shí)現(xiàn)了整臺座架墊片平面度由1.5mm縮少到現(xiàn)在0.85mm以內(nèi)，使其后期的彈性減震器壓縮量的調(diào)整能一次性完成，直接縮短了主柴油發(fā)電機(jī)組的安裝周期。

1 主柴油發(fā)電機(jī)組座架墊片平面度的精度要求

主柴油發(fā)電機(jī)組的船體座架安裝燒焊完成后，船東、船檢會按照船體的精度要求進(jìn)行報(bào)驗(yàn)確認(rèn)，報(bào)驗(yàn)要求如表1所示。

在《柴油發(fā)電機(jī)組安裝圖》中平面度的精度要求規(guī)定：每臺主柴油發(fā)電機(jī)組安裝墊片應(yīng)位于同一平面上，其平面度要求為不大于1.5mm。與表1中基座平面度的要求對比，可見安裝圖的墊片平面度精度要高于船體座架本身平面度精度要求。要保證墊片焊接完成后上表面的平面度在安裝圖規(guī)定范圍內(nèi)，必先保證船體座架與墊片下表面充分接觸，故船體座架每塊墊片位置需進(jìn)行拂磨，然后用外形尺寸與墊片相同且上下表面平整的工裝墊片進(jìn)行檢驗(yàn)，墊片與基座間的間隙要求如表1所示：0.05mm塞尺允許插入深度不大于10mm。如圖1所示。

表1 中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 34000-2016）單位：mm

2 主柴油發(fā)電機(jī)座架墊片平面度精度調(diào)控

2.1 拉線工裝的制作要求

圖1 船體座架墊片位置拂磨要求

圖2 拉線工裝示意圖

圖4 墊片位置測量點(diǎn)示意圖

拉線法作為船舶建造過程中的常用方法，以其簡單快捷，通俗易懂備受現(xiàn)場工人推崇，并且工裝材料隨處可見，邊角余料即可，只要焊接牢固，不易變形。在拉線法調(diào)控座架平面度過程中，工裝強(qiáng)度尤為重要，直接關(guān)系到最終墊片測量數(shù)據(jù)的精確度。一般采用“門”型工裝，同時(shí)加上支撐以保證強(qiáng)度，如圖2所示。

因拉線工裝需確保在鋼絲線受外力拉緊時(shí)不會變形或者松動，因此工裝焊接部位必須燒全焊，且焊腳高度不得小于5mm。每臺座架拉線工裝布置需左右對稱，前、中、后各兩個(gè)。與此同時(shí)，按《柴油發(fā)電機(jī)組安裝圖》要求，精確劃出所有墊片位置，如圖3所示。高度方向可用水平管精確定位，確保同臺座架鋼絲線經(jīng)過的每個(gè)工裝位置點(diǎn)在同一水平線上。如有斜度要求，可先調(diào)至同一水平線上，然后再在中間和艉部四個(gè)工裝水平位置點(diǎn)上根據(jù)斜度比例要求同時(shí)上、下平移相同的斜度比例值，保證鋼絲線相對于船體基線的斜度滿足要求。

該特種船舶布置三臺主柴油發(fā)電機(jī)，故相對應(yīng)有三臺相同座架，每臺座架的工裝位置需相同，以方便拉鋼絲線時(shí)撓度的計(jì)算以及測量數(shù)據(jù)類比檢驗(yàn)。

2.2 鋼絲線的安裝及撓度修正

2.2.1 鋼絲線的拉線位置確定

拉線位置是由墊片測量數(shù)據(jù)的位置決定，必須保證鋼絲線經(jīng)過每塊墊片四個(gè)角測量位置一致。因此每個(gè)座架每邊需拉設(shè)兩條鋼絲線，兩邊對稱，共四條鋼絲線。所有鋼絲線在前中后工裝位置的高度要求相同，可用水平管檢查修正。拉線工裝與鋼絲線接觸點(diǎn)可開一個(gè)半徑約等于鋼絲線半徑的半圓形凹槽，以防止鋼絲線在工裝位置處受到輕微外力而滾動，致使測量數(shù)據(jù)不精確，如圖2所示。每塊墊片的測量位置，根據(jù)墊片加工要求及量具的測量移動范圍，一般設(shè)在四個(gè)角位置，距離邊緣各10mm點(diǎn)處最佳(如圖4所示)，做好標(biāo)記，并保證每條鋼絲線通過每塊墊片兩個(gè)測量點(diǎn)的正上方。

2.2.2 鋼絲線拉設(shè)要求

鋼絲線的長度由前后兩個(gè)拉線工裝間的距離決定，主柴油發(fā)電機(jī)座架長約7000mm，前后工裝間距為6805mm，故6.805m的鋼絲線自重導(dǎo)致了鋼絲線的撓度的產(chǎn)生，因此，鋼絲線的直徑的選取直接關(guān)系到鋼絲線的拉緊力及撓度的修正值，如表2所示。

從表2可知，以直徑0.8mm的鋼絲線為例，對應(yīng)的拉緊力在539.4～637.5N之間。不足539.4N，鋼絲線拉不緊，測量數(shù)據(jù)會不準(zhǔn)確；而大于637.5N，則鋼絲線可能會被拉斷，因此，一般取中間整數(shù)值600N以方便彈簧秤讀數(shù)調(diào)整。在鋼絲線拉設(shè)過程中，一端綁定，另一端取適當(dāng)長度之后，連接好彈簧秤及花籃螺栓，逐漸收緊花籃螺栓，同時(shí)看彈簧秤讀數(shù)，直到讀數(shù)到達(dá)600N為止，鋼絲線拉緊完成。如圖5所示。

2.2.3 鋼絲線撓度值計(jì)算

在測量每塊墊片的測量點(diǎn)與鋼絲線間的距離前，首先要計(jì)算相應(yīng)測量點(diǎn)位置的撓度值，如圖5中ⅰ、ⅱ、ⅲ等位置。按以下計(jì)算公式：

y—撓度修正值（m）

g—鋼絲線單位重量（N/m）

L—鋼絲線兩基準(zhǔn)點(diǎn)間的距離（m）

X—鋼絲線撓度測量點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)間的距離（m）

G—鋼絲線拉緊力（N）

圖3 拉線工裝布置圖

表2 鋼絲線直徑、重量與拉緊力對照表

圖5 鋼絲線拉設(shè)示意圖

因每臺座架工裝位置一樣，即基準(zhǔn)點(diǎn)一樣，每條鋼絲線的直徑一樣，拉緊力也一樣，故相應(yīng)測量點(diǎn)位置的撓度值也一樣，而一臺座架的鋼絲線前后段相對于中間位置工裝對稱，因此計(jì)算一條鋼絲線的一半測量點(diǎn)撓度即可，如表3。

3 鋼制墊片加工數(shù)據(jù)測量與計(jì)算

因加工鋼質(zhì)墊片的要求，每塊墊片四個(gè)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)必須保證對角相加相等。一般使用內(nèi)徑千分尺測量，精度可達(dá)到0.01mm。平面度是代表整個(gè)座架的面，每臺座架拉設(shè)四條鋼絲線形成了一個(gè)虛擬面，消除鋼絲線撓度后，這個(gè)面可看成是設(shè)備底座的下平面，且該平面能在垂直方向上上下平移（故只要符合測量工具的長度要求，工裝高度理論上可為任意值），該高度即為墊片的大致高度，因此，墊片就是為了彌補(bǔ)虛擬面到船體座架上平面間的凹凸不平，故需要測量出整臺座架的所有墊片測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)（需加入每個(gè)測量點(diǎn)對應(yīng)的鋼絲線撓度值），然后計(jì)算出平均值數(shù)據(jù)，以平均值數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算出各個(gè)測量點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的變化量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)安裝圖墊片厚度為20mm的要求，將平均值數(shù)據(jù)定為20mm，則每塊墊片四個(gè)角的厚度加工數(shù)據(jù)即為墊片厚度值加上其相對應(yīng)的變化量，如表4所示。從表1可知，鋼質(zhì)墊片厚度要求需大于等于12mm，在《主柴油發(fā)電機(jī)組墊片圖》中給出的墊片毛坯厚度為40mm，故墊片加工數(shù)據(jù)必須在12mm～40mm之間。表4中墊片加工數(shù)據(jù)的最小值為17.32mm，最大值為23.67mm，在要求范圍之中。

表3 墊片測量點(diǎn)對應(yīng)的鋼絲線撓度值

表4 墊片加工數(shù)據(jù)計(jì)算過程

4 鋼質(zhì)墊片的焊接工藝要求

鋼質(zhì)墊片加工回來后，按編號、正反前后方向正確放到座架相應(yīng)墊片位置，燒焊前再次復(fù)查鋼絲線到墊片測量點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)。理論上每臺座架墊片上平面的測量數(shù)據(jù)應(yīng)該一樣，但實(shí)際測量值因各種誤差的存在，會有一定的不同。安裝圖中對平面度精度的要求為不大于1.5mm，考慮到墊片燒焊時(shí)還會有一定的變形量，為保證后續(xù)主柴油發(fā)電機(jī)彈性減震器壓縮量的精度，我們在復(fù)查數(shù)據(jù)時(shí)將最大值與最小值之差控制在了1mm以內(nèi)，如有超差，則該測量位置墊片重新測量、計(jì)算、加工墊片。

復(fù)查完成后，墊片開始燒焊：每塊墊片調(diào)整好位置后，四個(gè)角先用工裝蝦弓碼固定，然后對角點(diǎn)焊，按對稱方向依次對邊焊接，焊腳高度7mm。

5 效果驗(yàn)證

所有墊片焊接完成后，對墊片上平面進(jìn)行色油倒色拂配，色油點(diǎn)均勻覆蓋面積達(dá)60%以上，滿足表1標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)量要求。最后平面度數(shù)據(jù)測量如表5，整臺座架墊片平面度達(dá)到了0.85mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于安裝圖要求的1.5mm，順利通過船東、船檢報(bào)驗(yàn)。

表5 墊片平面度測量數(shù)據(jù)

表6 1號主柴油發(fā)電機(jī)彈性減震器壓縮量報(bào)驗(yàn)數(shù)據(jù)

隨后，在主柴油發(fā)電機(jī)組吊裝后彈性減震器安裝時(shí)，按《3000kW柴油發(fā)電機(jī)組使用保養(yǎng)維修說明書》要求，彈性減震器安裝完成后需等12～48小時(shí)后才能進(jìn)行壓縮量測量。各減震器未裝入前的高度和允許偏差為235±2mm，減震器在垂向方向工作載荷下，其相應(yīng)靜變形理論值為18±3.5mm，綜上可得彈性減震器安裝完成后的壓縮量范圍：217±5.5mm。壓縮量不合格就必須重新用千斤頂頂起主柴油發(fā)電機(jī)組，采用1mm厚度的機(jī)帶調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整一次最少需兩天時(shí)間才能測量數(shù)據(jù)。該特種船舶主柴油發(fā)電機(jī)組重心向發(fā)電機(jī)端（船艏端）偏移約270mm，故船艏端方向的減震器壓縮量會小于船艉方向。為使整臺設(shè)備安裝高度在同一水平面上，我們將船艉端方向的十塊墊片（6-10號和16-20號）提前各加了一塊1mm機(jī)帶調(diào)整墊片，如表6所示。三臺主柴油發(fā)電機(jī)組一次性安裝合格，通過船東、船檢報(bào)驗(yàn)。

6 結(jié)束語

一級設(shè)備作為船舶重要設(shè)備，其座架墊片平面度精度調(diào)控一直是船舶制造過程中的重要監(jiān)控項(xiàng)目，它直接影響到船舶的工作狀態(tài)穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)平面度調(diào)控過程從工裝制作到數(shù)據(jù)測量再到數(shù)據(jù)處理，環(huán)環(huán)相扣，必須仔細(xì)監(jiān)控，隨時(shí)復(fù)查，容錯(cuò)率極低。但只要最終精度調(diào)控到位，可大大縮短整臺設(shè)備安裝報(bào)驗(yàn)周期。