40萬(wàn)t礦砂船舵葉拉移安裝工藝

曹雨華，夏志亭

(招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 南通 226116)

0 引言

40萬(wàn)t礦砂船是目前全球噸位最大的礦砂船。該船型總長(zhǎng)361.9 m，型寬65 m，型深30.4 m，設(shè)計(jì)吃水23 m，航速14.5 kn，續(xù)航力25 500 n mile，甲板面積相當(dāng)于3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，各項(xiàng)技術(shù)性能世界領(lǐng)先，主要用于巴西—中國(guó)航線的鐵礦石運(yùn)輸。舵葉是其船體主結(jié)構(gòu)以外的非常重要的一個(gè)舾裝件，尺寸大，重量約為2 700 kN。舵葉由鋼材焊成空心的機(jī)翼型，與舵桿、舵銷(xiāo)連接處采用鑄鋼件。舵葉的制造質(zhì)量及安裝水平直接影響船舶航行的性能[1]。舵葉安裝必須在軸舵系拉線照光之后進(jìn)行，此時(shí)艉部結(jié)構(gòu)已基本完成搭載。而該船型掛舵臂距艉封板較遠(yuǎn)，受艉部線型和掛舵臂位置等因素影響，導(dǎo)致舵葉不能像其他船體分段一樣直接吊裝到位，需要用特殊的移運(yùn)方式將舵葉輸送到掛舵臂附近安裝。

舵葉安裝一般由專(zhuān)用液壓小車(chē)來(lái)完成，但專(zhuān)用液壓小車(chē)市場(chǎng)價(jià)格非常昂貴，利用率也較低。本文研究在保證安裝工藝可行的前提下，充分利用廠內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)資源，改制、連接一套組合式拉移工裝完成舵葉的安裝，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

1 舵葉拉移相關(guān)參數(shù)

1.1 拉移重量

舵葉結(jié)構(gòu)重量約為2 700 kN，2條上滑道重量約為160 kN，支撐平臺(tái)重量約為770 kN，總拉移重量約為3 630 kN。

1.2 啟動(dòng)拉力

(1)最大靜摩擦系數(shù)取0.17，所需啟動(dòng)拉力約為605 kN。

(2)2臺(tái)100 kN絞車(chē)4倍系數(shù)(滑車(chē)效率0.93)能提供最大拉力約為729 kN。

1.3 支撐平臺(tái)勻速移動(dòng)所需拉力

(1)滑動(dòng)摩擦系數(shù)取0.06，支撐平臺(tái)勻速移動(dòng)所需拉力約為213 kN。

(2)每臺(tái)絞車(chē)?yán)s為28.6 kN。

1.4 拉移距離

總拉移距離約為13 m，絞車(chē)所配鋼絲繩長(zhǎng)度至少為140 m。

2 組合式拉移工裝

組合式拉移工裝包括支撐平臺(tái)、滑道拉移系統(tǒng)和微調(diào)系統(tǒng)。

(1)支撐平臺(tái)：該平臺(tái)用于安裝舵葉階段放置舵葉，并將其臨時(shí)固定。

(2)滑道拉移系統(tǒng)：該系統(tǒng)用于支撐平臺(tái)的支撐和移動(dòng)。

(3)微調(diào)系統(tǒng)：該系統(tǒng)用于頂升支撐平臺(tái)、調(diào)整支撐平臺(tái)的水平度、相對(duì)位置，進(jìn)而調(diào)整舵葉定位，便于安裝。

2.1 支撐平臺(tái)

2.1.1 支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)

舵葉支撐平臺(tái)由面板、筋板、頂升座組成[2]，全部利用舊料制作，其組成見(jiàn)圖1。

利用板厚為80 mm的舊料焊接制作。所有角接縫施以雙面連續(xù)包角焊，未注明角焊縫焊腳高度為接頭較薄板板厚的0.25倍。拼板縫采用雙面坡口，先焊非結(jié)構(gòu)面，翻身后焊結(jié)構(gòu)面。焊縫余高需磨平，要求整體表面平面度小于3 mm。

圖1 支撐平臺(tái)

2.1.2 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析

分別對(duì)舵葉放置在支撐平臺(tái)上和頂升支撐平臺(tái)(舵葉放置在上面)2種工況做強(qiáng)度分析[2]。支撐平臺(tái)采用高強(qiáng)度鋼CCS-AH36，材料的屈服極限為355 MPa。

經(jīng)強(qiáng)度計(jì)算分析，測(cè)出2種工況支撐平臺(tái)最大應(yīng)力分別為47 MPa和199 MPa，均在許用應(yīng)力范圍內(nèi)。模型強(qiáng)度分析見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 舵葉放置在支撐平臺(tái)上強(qiáng)度分析

圖3 頂升支撐平臺(tái)(舵葉放置在上面)強(qiáng)度分析

2.2 滑道拉移系統(tǒng)

滑道拉移系統(tǒng)由拉移下滑道、拉移上滑道、拉移絞車(chē)、絞車(chē)電控箱、鋼絲繩、滑輪組等構(gòu)成。

上、下滑道之間設(shè)置減阻摩擦塊、潤(rùn)滑油脂。拉移上滑道由底板、頂板、筋板、摩擦塊固定板構(gòu)成；拉移下滑道由底板、頂板、筋板構(gòu)成。

鋼絲繩的規(guī)格按所需實(shí)際拉力和放大倍數(shù)選定，滑輪組的規(guī)格根據(jù)滑道間的最大摩擦力換算結(jié)果選定。

2.3 微調(diào)系統(tǒng)

微調(diào)系統(tǒng)由4臺(tái)三維調(diào)整機(jī)及其控制系統(tǒng)組成。三維調(diào)整機(jī)具有聯(lián)動(dòng)、隨動(dòng)功能，水平X、Y方向可同時(shí)運(yùn)動(dòng)，也可向任意斜線方向運(yùn)動(dòng)。對(duì)舵葉進(jìn)行3 個(gè)維度、6 個(gè)方向的精確調(diào)整定位。

3 舵葉拉移安裝流程

3.1 準(zhǔn)備階段

(1)在船舶尾部樹(shù)立一標(biāo)桿，取一點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)并作標(biāo)記，測(cè)船體中心線上在一處外底板距基準(zhǔn)點(diǎn)高度。根據(jù)實(shí)際測(cè)量值，調(diào)整下滑道墊塊高度。測(cè)量點(diǎn)與上滑道上表面高度差保證在理論值(500±2) mm范圍內(nèi),并且要求下滑道上平面水平度小于2 mm，左右滑道上表面高度差小于1 mm[4]。左右上滑道各8 m，一端帶有2 500 kN下水拉耳；左右下滑道各36 m，由12 m一段連接起來(lái)。

(2)固定下滑道至塢底地筋，確認(rèn)左右下滑道之間間距為4 m。安裝下滑道連接碼板、左右滑道連接橫撐、下滑道部件(可取舊下滑道一段約2 m)。安裝絞車(chē)固定鋼板(20 mm×2 500 mm×8 000 mm)、斜支撐等固定工裝。

(3)用叉車(chē)、手拉葫蘆將2臺(tái)100 kN絞車(chē)及絞車(chē)電控箱、2只200 kN配重塊、4臺(tái)3 000 kN三維調(diào)整機(jī)運(yùn)輸?shù)綄?duì)應(yīng)位置安裝。

(4)安裝吊耳(A型500 kN、A型200 kN各2只)、卸扣(2 500、550、250 kN各2只)、拉移滑車(chē)組(兩柄500 kN滑車(chē)、五柄500 kN滑車(chē)、單柄300 kN滑車(chē)各2 只)，穿Φ26 mm鋼絲繩，2臺(tái)100 kN絞車(chē)鋼絲繩末端用鋼絲繩夾連接[5]。

(5)拉移設(shè)施全部安裝完成后，將舵葉支撐平臺(tái)吊至上滑道指定位置。測(cè)量支撐平臺(tái)上表面水平度，要求其不大于3 mm；若超出范圍，可在上滑道與支撐平臺(tái)之間墊薄鋼板找平。

所有構(gòu)件、設(shè)備布置見(jiàn)圖4。

3.2 舵葉吊裝階段

(1)將舵葉吊至支撐平臺(tái)，調(diào)整舵葉位置，使舵葉中心線與船體中心線偏差在±10 mm范圍內(nèi)(具體數(shù)值根據(jù)船型掛舵臂與舵葉結(jié)構(gòu)間的理論間隙確定)，平行度小于10 mm后松鉤。

(2)測(cè)量舵銷(xiāo)承座上端口與掛舵臂下端口的高度差在60～75 mm范圍內(nèi)；若測(cè)量值超出范圍，可吊起舵葉，在支撐平臺(tái)上安裝墊片。

(3)安裝舵葉底板固定碼板、防傾斜支撐加強(qiáng)，打緊木楔，固定舵葉，見(jiàn)圖5。

3.3 拉移階段

(1)在吊機(jī)松鉤暫不解鉤前提下進(jìn)行試?yán)疲_認(rèn)各項(xiàng)設(shè)備、構(gòu)件安全無(wú)故障。舵葉隨支撐平臺(tái)平穩(wěn)移動(dòng)后，將吊機(jī)解鉤，繼續(xù)拉移。

(2)拉移約8 m距離后，舵銷(xiāo)承座上端口接近掛舵臂下端口，觀察兩者的間隙。該間隙必須要在60～75 mm范圍內(nèi)。

(3)繼續(xù)拉移一段距離，使舵葉慢慢接近下舵鈕，在舵葉拉移至距理論安裝位置約100 mm前(數(shù)值視船型而定)，停止拉移[5]。

圖4 舵葉拉移平面布置圖

圖5 舵葉吊裝固定艉視圖

3.4 微調(diào)階段

4臺(tái)三維調(diào)整機(jī)將支撐平臺(tái)頂起，聯(lián)動(dòng)、分動(dòng)進(jìn)行3 個(gè)維度、6 個(gè)方向的精確調(diào)整定位舵葉，使舵桿錐孔中心、舵銷(xiāo)中心分別與上、下舵鈕孔中心準(zhǔn)確對(duì)正，見(jiàn)圖6。吊裝舵銷(xiāo)，使舵銷(xiāo)平穩(wěn)插入下舵鈕孔中；舵葉錐孔中心與上舵鈕襯套內(nèi)孔中心對(duì)正，繼續(xù)將舵桿從上至下吊到位，壓裝舵銷(xiāo)、舵桿，最終完成舵葉安裝。

4 結(jié)論

應(yīng)用上述拉移安裝方法成功完成40萬(wàn)t礦砂船大型舵葉的安裝。

(1)充分說(shuō)明此方法是安全可行的。在保證安裝工藝可行的前提下，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算分析，充分利用廠內(nèi)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，改制、連接一套組合式拉移工裝來(lái)完成大型舵葉的安裝，相比較租用或購(gòu)買(mǎi)一套專(zhuān)用的液壓安裝小車(chē)，可節(jié)省大量的成本。

(2)為以后建造船舶類(lèi)項(xiàng)目安裝舵葉或其他大型構(gòu)件提供了寶貴的參考經(jīng)驗(yàn)。

圖6 三維調(diào)整機(jī)微調(diào)艉視圖