某型船艉板線(xiàn)型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

楊文林，王建紅

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院 船舶工程系，遼寧 葫蘆島125000)

船舶艉板是船舶艉部厚度較大，面積較小，形狀不規(guī)則，并且曲率復(fù)雜的船體外板［1］。船舶艉板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致加工工藝復(fù)雜，致使工期延長(zhǎng)，甚至難以加工。本文以某型船艉部的建造為例，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)前后，對(duì)整個(gè)艉部建造的影響。

1 船體艉板線(xiàn)型結(jié)構(gòu)分析

該型船在艉部區(qū)域加造了一個(gè)組合艉板結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 船體艉板線(xiàn)型結(jié)構(gòu)示意

設(shè)計(jì)方不但要求該結(jié)構(gòu)與主船體艉部線(xiàn)型吻合，還將該結(jié)構(gòu)的1#板與2#板以一塊過(guò)渡板即3#板來(lái)進(jìn)行銜接。若采用此方法制作該艉板結(jié)構(gòu)大約需要150工時(shí)，而且對(duì)鋼板的材質(zhì)要求相當(dāng)高，最重要的是時(shí)間上不允許進(jìn)行軋彎實(shí)驗(yàn)，以保證此艉板結(jié)構(gòu)成型后不會(huì)發(fā)生曲劣變形。所以需要對(duì)該艉板線(xiàn)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，尋求改進(jìn)，使工作量控制在50個(gè)工時(shí)以?xún)?nèi)，提高生產(chǎn)效率。

從放大的A、B點(diǎn)結(jié)構(gòu)剖面圖(見(jiàn)圖2)，可以看出，2#板的距基角度不變，1#板的角度則在不斷變化，這就需要提供相應(yīng)的加工數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場(chǎng)火工師傅對(duì)板材進(jìn)行軋彎處理［2］。難以處理的是3#板過(guò)渡的問(wèn)題，在A點(diǎn)結(jié)構(gòu)剖面圖中1#板和2#板的夾角為32°，在B點(diǎn)結(jié)構(gòu)剖面圖中1#板和2#板的夾角只有6°，制作這樣的過(guò)渡板非常耗時(shí)耗力，而且為保證其線(xiàn)型光順合理，可能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大改動(dòng)，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度改變。通過(guò)去船廠(chǎng)車(chē)間考察，得知，B點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖中，3#板進(jìn)行軋彎時(shí)，難以控制此板的曲裂變形，這樣在制作該艉板結(jié)構(gòu)時(shí)就不能保證線(xiàn)型光順合理，即使在完工后B點(diǎn)處發(fā)生曲劣變形，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也無(wú)法保證。

圖2 結(jié)構(gòu)剖面示意

分析發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理之處有①上頂板與下底板銜接部位無(wú)法加工;②艉板舷部區(qū)域板材線(xiàn)型無(wú)法控制;③艉板與船體線(xiàn)型銜接不一致。

2 船體艉板線(xiàn)型結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 上頂板與下底板銜接方法改進(jìn)

原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖是在上頂板與下底板之間設(shè)置一塊圓弧過(guò)渡板來(lái)銜接，沒(méi)有考慮板材軋壓的強(qiáng)度，在舷部縱剖面由于角度過(guò)小(僅有7°左右)，無(wú)法軋壓圓弧(見(jiàn)圖3)，而且在軋壓縱剖面板材時(shí)容易發(fā)生曲劣。

圖3 原設(shè)計(jì)以圓弧板過(guò)渡零件剖面示意

為了讓上頂板與下底板順利銜接，致使板材不會(huì)發(fā)生曲劣變形，保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)下底板和上頂板銜接方法進(jìn)行如下改進(jìn):采取讓下底板與上頂板以搭載的形式光順過(guò)渡(見(jiàn)圖4)，形成一根自然光順的空間曲線(xiàn)，讓將該曲線(xiàn)向艉延伸15 mm，以提供焊接來(lái)保證該壓浪板的強(qiáng)度，這樣既不影響?hù)喊宓慕Y(jié)構(gòu)，火工和軋壓也可以順利實(shí)施，減少外場(chǎng)的工作量［3］。

圖4 修改后的零件剖面示意

具體施工過(guò)程是，先完成下底板在縱向剖面上的焊接加工，上頂板則由相應(yīng)的加工樣板進(jìn)行火工彎曲，在上船臺(tái)以后進(jìn)行散裝，這樣就能保證該艉板結(jié)構(gòu)一次加工成型。

通過(guò)對(duì)艉板結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，取消了上頂板與下底板銜接的圓弧板過(guò)渡的設(shè)置，上頂板與下底板采用搭載形式銜接，這樣減少了過(guò)渡板產(chǎn)生的圓弧軋彎，只需要在下底板向艉處增加15 mm的焊接空間，就可以在保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量。

2.2 艉板舷部區(qū)域板材線(xiàn)型改進(jìn)

在艉板結(jié)構(gòu)圖中，艉板的線(xiàn)型空間位置都是靠縱向構(gòu)架來(lái)控制的，但是在最靠近舷部區(qū)域并沒(méi)有剖面給其加以控制，最初，只是在舷部區(qū)域加了3 650縱剖面，但是增加以后仍無(wú)法保證此艉板結(jié)構(gòu)的線(xiàn)型光順。如果從增加角度方面來(lái)考慮問(wèn)題，可采取增加橫剖面的方法來(lái)對(duì)艉板結(jié)構(gòu)的線(xiàn)型進(jìn)行控制。經(jīng)過(guò)改進(jìn)以后的橫剖面和水線(xiàn)面放大圖［4］見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 橫剖面示意

圖6 水線(xiàn)面示意

由圖5可見(jiàn)，在B點(diǎn)位置即使人為增加了3 650縱剖面，但是在靠近B點(diǎn)處還是有很大一段空間位置是縱剖面無(wú)法控制的。在此基礎(chǔ)上，增加了168#和168.025 0肋骨線(xiàn)型，明顯發(fā)現(xiàn)不管在水線(xiàn)面還是橫剖面B點(diǎn)附近的線(xiàn)型都得到了有效的控制，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)盲點(diǎn)。

通過(guò)增加橫剖面來(lái)對(duì)艉板進(jìn)行控制，保證該艉板結(jié)構(gòu)的整體線(xiàn)型光順。這樣即使在縱剖面無(wú)法控制的區(qū)域也形成了有效的線(xiàn)型保護(hù)，艉板結(jié)構(gòu)形狀光順合理。

2.3 調(diào)整艉板與船體銜接線(xiàn)型

首先，將線(xiàn)型設(shè)計(jì)圖與已經(jīng)完工的船體艉封板線(xiàn)型進(jìn)行重疊對(duì)比，發(fā)現(xiàn)壓浪板線(xiàn)型與艉封板之間存在偏差，見(jiàn)圖7。

若將艉板結(jié)構(gòu)的線(xiàn)型與已有的艉封板線(xiàn)型在船體空間位置進(jìn)行對(duì)比，偏差部分是在不改變上頂板的線(xiàn)型角度的條件下用切割或延伸進(jìn)行修改，得到一條空間曲線(xiàn)，測(cè)算出該曲線(xiàn)的空間位置。并且保證在船體艉封板剖面線(xiàn)與艉板縱剖線(xiàn)一致。

圖7 調(diào)整前后比較

通過(guò)線(xiàn)型的修改，使得壓浪板與船體艉封板處的線(xiàn)型順利銜接，只需要對(duì)板材火工扭曲進(jìn)行控制就可以了。這樣既減少了艉板結(jié)構(gòu)上船臺(tái)以后的加工量［5］，又保證了該銜接處的外形美觀和船臺(tái)裝配順利。

3 艉部結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的效果

經(jīng)過(guò)艉板結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，已經(jīng)解決了艉板結(jié)構(gòu)的線(xiàn)型問(wèn)題以及結(jié)構(gòu)無(wú)法加工的難題，并且保證了外場(chǎng)的順利實(shí)施。改進(jìn)后的效果見(jiàn)圖8。

圖8 改進(jìn)后的效果

從圖8a)可以看出，A點(diǎn)1#板和2#板的銜接角度為32°，B點(diǎn)銜接則為0°。通過(guò)相應(yīng)的加工樣板在車(chē)間進(jìn)行彎板，在上船臺(tái)之前就能完成符合該艉板結(jié)構(gòu)的線(xiàn)型。同時(shí)經(jīng)過(guò)線(xiàn)型的光順調(diào)整，1#板的線(xiàn)型光順過(guò)渡，外形美觀。

從圖8b)可以看出，B點(diǎn)處1#板與2#板銜接已經(jīng)呈0°，在B點(diǎn)銜接處距離縱剖面還有一段無(wú)法控制的空間位置，可能導(dǎo)致板材不光順，且無(wú)法提供加工數(shù)據(jù)。通過(guò)增加了168#和168.025 0橫剖面，問(wèn)題得到了解決。從整體上來(lái)看，1#板和2#板線(xiàn)型光順，銜接合理［6］。

4 結(jié)論

通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，使該型船的艉板結(jié)構(gòu)順利建造，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)和船臺(tái)的工作量，成功地控制了艉板結(jié)構(gòu)的作業(yè)工時(shí)，并且避免了不必要的板材浪費(fèi)。生產(chǎn)周期縮短，跟上了船體制作的進(jìn)度，完成了預(yù)期目標(biāo)。

艉板線(xiàn)型及結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的圖紙經(jīng)內(nèi)審，一致認(rèn)為新的艉板結(jié)構(gòu)圖符合設(shè)計(jì)要求，且簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝。在實(shí)施過(guò)程中，雖然增加了設(shè)計(jì)修改，但為加工裝配帶來(lái)了方便。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，該船的現(xiàn)場(chǎng)、火工、船臺(tái)、裝配的工作量大大減少，縮短了施工周期，降低了施工難度，可為后續(xù)船舶的建造提供借鑒。

［1］王忠強(qiáng).船舶艏艉板水火加工技術(shù)研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2008.

［2］姜愛(ài)民.帶艉軸架的艉部分段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝研究［J］.上海:滬東中華技術(shù)情報(bào)，2009(4):37-41.

［3］仵大偉.船體曲面表達(dá)與三維船舶設(shè)計(jì)研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2002.

［4］呂振望.航海模擬器中小水線(xiàn)面雙體船運(yùn)動(dòng)建模與仿真［D］.大連:大連海事大學(xué)，2010.

［5］林 華.船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)［J］.造船技術(shù)，1995(7):11-16.

［6］馮國(guó)平，諶 勇，黃修長(zhǎng)，等.艦艇艉部縱向激勵(lì)傳遞特性分析［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2009(6):132-135.