380t舵葉安裝平臺(tái)精度控制工藝研究及應(yīng)用

陳 風(fēng)，田小雄

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引 言

在建造船舶過(guò)程中，舵葉安裝是一項(xiàng)較大的舾裝工程。舵葉的體積和質(zhì)量均較大，其安裝空間受艉部結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法使用船塢的大型起重設(shè)備安裝。若使用傳統(tǒng)船體結(jié)構(gòu)上的吊環(huán)安裝舵葉，不僅安裝效率較低，而且安裝精度較難控制。技術(shù)先進(jìn)的船廠通常使用液壓安裝平臺(tái)等工藝裝備來(lái)安裝舵葉，從而提高安裝的效率和精度[1]。

上海外高橋造船有限公司（以下簡(jiǎn)稱“外高橋造船”）新建造的超大型礦砂船（400000t礦砂船）的舵葉重約265t，加上舵桿的質(zhì)量，遠(yuǎn)超原有液壓安裝平臺(tái)250t的載重能力。雖然國(guó)外有350t舵葉安裝平臺(tái)，但從國(guó)外進(jìn)口價(jià)格較高，周期較長(zhǎng)，不能滿足外高橋造船超大型礦砂船建造塢期要求。在此情況下，外高橋造船開(kāi)始自主研制 380t舵葉安裝平臺(tái)，主要用于完成超大型船舶的舵葉安裝工作。該舵葉安裝平臺(tái)的最大頂升能力達(dá)380t，可縱向和橫向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舵葉的高效安裝。

1 380t舵葉安裝平臺(tái)建造意義

此類超大噸位舵葉安裝平臺(tái)因包含液壓結(jié)構(gòu)，故對(duì)精度和生產(chǎn)過(guò)程控制的要求較高，建造難度較大。市場(chǎng)上能生產(chǎn)此類工作平臺(tái)的廠商不多，且其交貨期不能滿足外高橋造船對(duì)塢期的要求。因此，完成此類工作平臺(tái)的自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造不僅能滿足外高橋造船按期出塢的要求，而且有助于開(kāi)拓市場(chǎng)，拓寬其產(chǎn)品線，并能培養(yǎng)一批液壓平臺(tái)設(shè)計(jì)、建造方面的人才，為外高橋造船的轉(zhuǎn)型發(fā)展奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 380t舵葉安裝平臺(tái)建造精度控制難點(diǎn)

380t舵葉安裝平臺(tái)主要由鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成[2]。由于只在鋼結(jié)構(gòu)建造過(guò)程中涉及精度控制，本文針對(duì)舵葉安裝平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)建造過(guò)程的精度控制難點(diǎn)和控制工藝進(jìn)行分析。舵葉安裝平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由支撐腿、主車架和工作架組成（見(jiàn)圖1）。

與小型舵葉安裝平臺(tái)相比，380t舵葉安裝平臺(tái)的尺寸更大，鋼結(jié)構(gòu)板厚更厚。這就造成整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)量較大，焊接變形較大，最終造成精度控制的難度較大。

在實(shí)際使用舵葉安裝平臺(tái)時(shí)，由于支撐腿需配合液壓油缸頂升使用，主車架涉及上面橫移軌道的水平度，因此對(duì)支撐腿和主車架的精度要求特別高，若支撐腿精度達(dá)不到要求，易發(fā)生支撐腿與頂升油缸卡死的事故。具體要求為：支撐腿各單塊壁板內(nèi)壁平整度的偏差控制在 1.2mm以內(nèi)；兩兩壁板之間垂直度偏差控制在1.2mm以內(nèi)；主車架水平整體偏差控制在2mm以內(nèi)；支撐腿相對(duì)主車架垂直度的偏差控制在2.5mm以內(nèi)。因此，整個(gè)建造過(guò)程中精度控制的難點(diǎn)是支撐腿和主車架的精度控制。

主車架上的工作架主要供施工人員行走和站立，與主車架相比，其精度要求較低，建造難度不大。因此，整個(gè)舵葉安裝平臺(tái)的建造精度控制難點(diǎn)可歸結(jié)為支撐腿建造精度控制和主車架大組精度控制2個(gè)。

圖1 380t舵葉安裝平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

3 精度控制工藝

下面分別針對(duì)上述2個(gè)舵葉安裝平臺(tái)建造精度控制難點(diǎn)，對(duì)相關(guān)的精度控制工藝進(jìn)行介紹。

3.1 支撐腿建造精度控制

支撐腿為箱體結(jié)構(gòu)，尺寸為740mm×740mm×2545mm，壁板板厚為25mm。由于單塊壁板的平整度要求為1.2mm，兩兩壁板之間垂直度的要求為1.2mm，4塊壁板上均有裝焊作業(yè)和鉆孔作業(yè)，故整個(gè)支撐腿結(jié)構(gòu)的精度控制難度非常高。經(jīng)過(guò)多次嘗試，總結(jié)出最合理的制作工序?yàn)椋合冗M(jìn)行單板切割，隨后進(jìn)行鉆孔作業(yè)，再進(jìn)行裝焊作業(yè)，最后將4塊壁板片體拼裝成支撐腿箱體（見(jiàn)圖2）。

圖2 支撐腿箱體制作工序示意

3.1.1 單板切割

單板切割需注意切割變形，同時(shí)為防止后續(xù)裝焊和鉆孔變形超出標(biāo)準(zhǔn)的要求，可在下料時(shí)加放板厚余量 2～3mm，以便后期通過(guò)機(jī)加工調(diào)整壁板內(nèi)表面的平整度。切割完成之后，對(duì)單板的長(zhǎng)、寬、對(duì)角線及整體水平度進(jìn)行測(cè)量，使其滿足精度要求。

3.1.2 單板機(jī)加工鉆孔

為方便后續(xù)在支撐腿箱體內(nèi)壁上安裝防磨板，通常會(huì)在單塊壁板上鉆很多孔。為防止鉆孔造成單塊壁板的平整度不良，需采用合理的鉆孔工序，即：先在單板調(diào)平狀態(tài)下鉆外側(cè)兩列孔，再將單板翻身，鉆中間一列孔（見(jiàn)圖3）。采用該鉆孔工序可最大限度地保證單板鉆孔之后的整體水平度偏差在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。

3.1.3 單板裝焊作業(yè)

單板裝焊作業(yè)是指在單板上裝焊肘板或筋板，尤其是在裝焊肘板的情況下，肘板板材較重，無(wú)支撐，焊接過(guò)程中易發(fā)生變形。因此，在定位階段結(jié)構(gòu)加強(qiáng)非常重要，可采用圖4所示的加強(qiáng)支撐確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛性滿足要求。在焊接過(guò)程中，需注意對(duì)焊接電流和焊腳高度的控制，防止焊接量過(guò)大造成單板水平度不良。焊接完成之后，注意在單板背面肘板/筋板位置通過(guò)火工消除焊接應(yīng)力。

該工序完成之后，若單板非結(jié)構(gòu)面整體平整度偏差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可對(duì)內(nèi)壁面進(jìn)行機(jī)加工。這也是在切割下料時(shí)加放板厚余量的原因，即為機(jī)加工調(diào)整平整度留出一定的裕度。

圖3 支撐腿箱體單板鉆孔示意

圖4 支撐腿箱體單板裝焊作業(yè)示意

3.1.4 支撐腿箱體中組

由于對(duì)4塊單板兩兩進(jìn)行全熔角焊縫雙面焊接，熔敷金屬多，作業(yè)量大，焊接過(guò)程中的變形難以控制，必須借助框架加強(qiáng)來(lái)保證焊后精度，加強(qiáng)示意見(jiàn)圖5。點(diǎn)焊安裝該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的好處是可很好地控制支撐腿箱體大組完工精度，弊端是整個(gè)箱體成型之后拆除該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)比較困難。對(duì)此，可在箱體焊接結(jié)束之后先拆除中間幾檔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，只留端部2個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，直到主車架大組安裝階段再將其全部拆除。

建議采用圖6所示的支撐腿箱體焊接順序，可最大限度地減少焊接變形。

3.1.5 支撐腿箱體定位基準(zhǔn)線施工

為利于后續(xù)支撐腿箱體與主車架橫梁框架的大組定位，必須在該階段進(jìn)行支撐腿箱體4個(gè)壁板上下口十字中心線樣沖點(diǎn)施工（見(jiàn)圖7）。

圖6 支撐腿箱體焊接順序示意

圖7 基準(zhǔn)線樣沖點(diǎn)施工示意

3.2 主車架建造精度控制

3.2.1 主車架框架平臺(tái)精度控制

主車架框架平臺(tái)由箱型橫梁和工字梁構(gòu)成，其板厚較厚，焊接量較大，完工尺寸不易控制。因此，必須采用地線控制技術(shù)和專用模板胎架。地線包括結(jié)構(gòu)十字中心線和支撐腿中心線連線（見(jiàn)圖8）。模板胎架不僅利于橫梁框架的定位和整體水平的控制，而且能有效防止焊接變形和擱置變形。

由于橫梁框架平臺(tái)涉及很多橫梁與橫梁或工字梁之間的對(duì)接焊縫，需注意焊前尺寸反變形的加放。通常情況下，外圍框梁中及框梁與橫梁之間的每條對(duì)接焊縫加放5～6mm的焊接補(bǔ)償，橫梁與內(nèi)部工字梁之間的每條對(duì)接焊縫加放2mm的焊接補(bǔ)償，以防止焊后整個(gè)框架平臺(tái)的長(zhǎng)度和寬度偏小。

3.2.2 支撐腿安裝精度控制

在安裝主車架支撐腿時(shí)，需重點(diǎn)保證支撐腿與橫梁框架結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置和垂直度關(guān)系。在安裝定位時(shí)，嚴(yán)格保證4個(gè)支撐腿的定位基準(zhǔn)線及中心點(diǎn)與地線重合（見(jiàn)圖9）。另外，由于支撐腿對(duì)垂直度的要求很高，在定位完成之后增加臨時(shí)加強(qiáng)防止焊接變形。焊接時(shí)按支撐腿基準(zhǔn)線掛線錘，隨時(shí)監(jiān)控支撐腿的垂直度情況，根據(jù)支撐腿的變形情況調(diào)整焊接順序，防止因焊接變形而造成支撐腿垂直度不良。支撐腿焊接完成之后，以下沉平臺(tái)的水平而為基準(zhǔn)對(duì)支撐腿的垂直度和中心重合度進(jìn)行檢測(cè)，若精度超標(biāo)，還需進(jìn)行火工矯正，確保精度合格。

圖8 主車架地線施工示意

圖9 支撐腿安裝精度控制示意

4 結(jié) 語(yǔ)

從 380t舵葉安裝平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)使用效果來(lái)看，其建造精度完全滿足舵葉安裝的要求，驗(yàn)證了其建造精度控制工藝的可行性。該舵葉安裝平臺(tái)的使用發(fā)揮了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高安裝效率、保證安裝精度和縮短安裝周期的作用。該380t舵葉安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造可為后續(xù)設(shè)計(jì)建造此類高精度裝備提供借鑒。