自卸船通道水密門安裝精度控制

夏棟敏

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

按照航行區域的不同，船舶分為內河型和海運型2種。根據這2種類型，在自卸船管隧設計時就分為通艙型和隔艙型。通艙型管隧設計時，只在機艙進管隧處有1道通道管隧水密門；隔艙型管隧在每個橫艙壁都設有3處水密門，其中2處是為皮帶運行設置的皮帶水密門，另一處是為設備檢修時的人員通道設置的水密門。

根據上述設計要求，本船設有7個貨艙區，6個橫艙壁，需要設置18個水密門，本文主要討論的是通道水密門的安裝。

1 通道水密門控制系統和結構

1.1 水密門控制系統

通道水密門采用液壓控制，液壓控制的優點是運動件的慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動工作平穩；系統容易實現緩沖吸震，并能自動防止過載[1]。通道水密門的液壓控制系統示意圖見圖1，液壓水密門系統示意圖見圖2。由圖1可知，在液壓系統正常情況下，水密門在開關時的液壓動力都是由總液壓動力單元提供，但是在液壓動力單元失去電力或是液壓泵設備故障等特殊情況下，此水密門需要由圖2中的蓄能器單獨提供開關水密門的液壓壓力。

根據客戶安全使用需求，在失去液壓動力這種特殊情況下，蓄能器必須滿足開關通道水密門不少于3次的使用要求。水密門廠家在滿足上述要求的情況下，為船廠提供了合格的水密門，并提供了相關的船檢證書。

1.2 水密門結構

通道水密門主要由主體部分、執行機構、操作機構、控制機構、輔助機構這5大部分組成，主體機構主要是門和門框，執行機構主要是油缸和滾輪，操作機構主要是電動液壓閥組，控制機構主要是限位開關和報警器，輔助機構主要是蓄能器、軌道、液壓管、電纜等。通道水密門結構示意圖如圖3所示。

圖1 通道水密門的液壓控制系統示意圖

圖2 液壓水密門系統示意圖

圖3 通道水密門結構示意圖

2 影響蓄能器能效的情況分析

摩擦可分為滑動摩擦和滾動摩擦，滑動摩擦又可分為靜滑動摩擦和動滑動摩擦[2]。結合圖3分析，影響水密門蓄能器蓄能能效的情況有2種。

1)在水密門安裝好后，根據水密門的開關情況直接加大蓄能器的功率，這是最有效的解決方案，但是這需要水密門廠家更換蓄能器，并重新取得水密門的相關證書，此種方案會增加設備廠家成本，同時設備重新取證會影響船舶交船時間。

2)減少蓄能器的執行機構、液壓油缸在開關門時各執行部件的摩擦。根據圖3，在水密門開關時產生的摩擦主要由3部分組成。

(1)水密門在關閉時，門和門框上的密封橡膠之間產生了摩擦力，這是動滑動摩擦。由于此部件是保證設備水密功能的重要部件，因此這部分摩擦力不能減少。

(2)水密門在關閉時，由原先的平行推進轉換到最后垂向壓緊的過程，水密門廠家采用了錐形設計，此設計是為了確保水密門能夠正確關閉。但是在執行此過程時，門和門框靠錐形定位進行最終的位置矯正，位置矯正時門和門框之間的產生了摩擦力，這同樣是動滑動摩擦。此部分摩擦力需要蓄能器的蓄能去克服，減少此部分摩擦力的產生是實現目標的方向之一。

(3)根據水密門行程開關位置可知，門在開關整個過程中，有上下2根軌道。上軌道的作用主要是限位控制，上導軌由水密門廠家在設備出廠前安裝完成；下軌道的作用主要是承重，由船廠安裝。由于下軌道較長，門和軌道間產生的摩擦力很大，這是滾動摩擦和動滑動摩擦的組合摩擦力。此部分摩擦力也需要蓄能器的蓄能去克服，減少此部分摩擦力的產生是實現目標的另一方向。

3 解決方案

根據上述不同情況的分析，影響水密門蓄能器能力的摩擦力來自2個方面，即矯正定位時產生的摩擦力和開關軌道行程過程中產生的摩擦力。其中，矯正定位產生的摩擦力對蓄能器的影響較小，是需要解決的問題之一，而開關軌道行程產生的摩擦力對蓄能器的影響較大，是需要重點解決的問題。上述2個問題最終影響了蓄能器的執行能力。

3.1 矯正定位摩擦力的處理

矯正定位摩擦力的產生主要是由于門的最終位置不準，需要進行定位矯正，解決了矯正的問題，就解決了摩擦力的問題。因此我公司的解決方案是根據門在關閉狀態時的滾輪位置和高度來定位承重軌道位置和高度。經過研究，關閉門時，僅需調整好門最終狀態時的承重軌道的高度和位置，就能解決此摩擦力。在軌道定位時，采用重垂方式達到安裝要求。在高度控制方面，由于滾輪槽有5 mm的深度，因此僅需確保軌道高度方向上的變形量小于5 mm就可以了。在實際操作中，根據水密關門時的軌道高度，對整條軌道高度用激光儀進行高度校調，通過軌道下加塞墊塊的方式，確保整個承重軌道在關閉時的高度要求，同時保證了整個軌道水平高度在2 mm誤差范圍內。

3.2 軌道行程摩擦力的處理

經分析，軌道行程摩擦力主要是由門的重力產生的摩擦力和門下滾輪兩側邊與軌道邊的摩擦力組成。結合門的結構形式，由門自重產生的摩擦力不能被減少，因此主要減少門下滾輪兩側邊與軌道間的摩擦力。結合廠家提供的滾輪和軌道圖紙，滾輪和軌道單邊有2 mm的間隙，只要控制好軌道的變形，就能減少這部分摩擦力。

設備廠家要求，承重軌道采用長2 m、寬20 mm、高40 mm的不銹鋼條制作。對于此長條形軌道的變形，主要是通過焊接進行控制。在以往自卸船建造中，此軌道按照相關的焊接工藝進行施工，焊接完成后承重軌道變形很大，橫向變成S型，兩側邊變形量已超出了水密門滾輪槽的精度要求，加大了承重軌道和門滾輪的摩擦力。僅通過焊接工藝進行此軌道的變形控制，很難實現目標。

經過分析，與廠家工程師協商是否可以通過改變承重軌道，或是取消承重軌道、加大下滾輪的方法來解決此問題。廠家工程師不同意這2種變更方案，因此只能控制承重軌道的焊接變形。

長條形下軌道焊接變形主要是焊接時產生的高溫引起的，同時變形量沒有得到有效控制。為此設計了直軌焊接變形控制裝置，下軌道焊接工裝示意圖見圖4。利用2根長800 mm、寬50 mm、高50 mm的高強度鋼條，根據需要焊接的軌道加工成如圖4所示形狀，在上端位置布置5個M16的頂升孔，在一側位置布置3個M10的側邊鎖緊孔。首先把下軌道調節到兩滾輪的中間，兩邊盡量留有1～2 mm的余量，把2根焊接工裝布置到軌道上，讓工裝側向調節孔朝向軌道的外側，頂緊2根工裝側邊的螺栓，使軌道內側和工裝緊密貼合。按常規的焊接工藝對軌道進行焊接，冷卻后放松側向的頂緊螺栓，調整工裝位置，如工裝被軌道卡住，可用上端的頂升螺栓孔把工裝從焊接好的軌道上拆下。此裝置利用加工開槽和軌道之間的間隙進行了隔熱，同時工裝的間隙方便了工裝在未焊接軌道上的安裝。由于軌道和工裝槽口之間有間隙，使軌道焊接時允許變形，但限定了變形量。應用工裝裝置焊接后，軌道焊接后變形量很小，已完全達到水密門廠家的使用要求和原先設定的單邊小于2 mm的變形目標。

圖4 下軌道焊接工裝示意圖

4 結束語

通過直軌焊接變形控制裝置的應用，成功解決了軌道變形的問題，最終實現了控制軌道變形的目標，減少了軌道行程摩擦力，滿足了通道水密門的正常使用要求。確保了在水密門應急操縱試驗時，能夠一次性通過船東、船檢的驗收，避免了以往自卸船建造中，利用打磨方式來調整軌道和滾輪之間摩擦的情況。

應用直軌焊接變形控制裝置，加快了我公司在自卸船項目中6個通道水密門的安裝進度。首先，既提高了工作效率，又減少了打磨工序。由于焊完即完工，減少了以往項目中采用打磨對軌道進行矯正的工序，減少了建造成本和粉塵污染。其次，減少了調試中不斷需要液壓單元配合調試的時間和設備服務工程師的服務時間，避免了以往相似項目中，服務工程師的超時服務費用的支出。最后，由于通道水密門是管隧的主要通道，水密門的順利安裝及調試，方便了項目中各工種的人員通行，加快了其余工序的施工進度，間接減少了其余工種由于通行不便導致的時間浪費、工程延時等狀況的發生。