吊離式改裝為折疊式艙口蓋技術研究

唐廣概

摘要：散貨船貨艙艙口蓋是較大型的甲板舾裝件，針對艙口蓋的改裝工程較為少見。本項目主要對原船的吊離式艙口蓋，改造成為折疊式艙口蓋，改裝量較大，在改裝設計與制造上有很多需要考慮的因素。本文重點在設計上對此項目的改裝技術進行介紹和總結。

關鍵詞：散貨船：改裝，吊離式艙蓋：折疊式艙蓋：變形控制：端鉸鏈：油缸

1.引言

我司曾承接一個艙口蓋的改裝項目，船名為“ROFOS”，船長182m，型寬32m，型深18m，入級BV船級社，艙蓋為箱體結構，共7個貨艙。1號艙蓋外形13960×19641/12262，重量103t，2～7號艙蓋外形13 960×21 040，重量119 t，主要工程任務為將原來吊離式艙蓋改裝為橫向折疊開關艙蓋。

本改裝項目基本設計由希臘船東委托希臘的設計公司完成，設計公司向船廠只提供“艙口圍改裝圖”、“艙蓋結構改裝圖”、“艙蓋結構節點圖1”、“艙蓋結構節點圖2”、“主甲板結構加強圖”、“艙蓋附件URS30強度計算書”共6份基本設計圖紙，其余設計由船廠完成。由于是改裝項目，船東對成本極為重視，要求盡量在滿足規范及使用要求的基礎上采用較低成本的設計，并要求在四個月內完工。

2.艙蓋主體改裝與變形控制

本項目需將共7個貨艙的艙口蓋由原來的1整個艙蓋分別切割成4個片體，改裝成折疊式結構，并增加液壓千斤頂實現折疊式開關艙。對于位于船首0.25L位置的1號艙口蓋和部分位于0.25L位置的2號艙蓋，原艙蓋不是根據UR$21或CSR建造，艙口蓋壓緊器強度、艙蓋邊板緣強度和艙蓋限位塊和其加強均要滿足IACSUR$21和UR$30的要求。

主體改裝方法為首先將艙口蓋上的永久吊耳及相關附件結構割除，其中1號艙口蓋由原來單塊修改為三塊片體，2到7號艙口蓋由原來單塊修改為四塊片體。艙口蓋橫向切開后，切開面增加封板結構。端部片體增加端鉸鏈及縱向內部加強結構，艙蓋四周內部增加附件的反面加強肘板。艙蓋上的部分原散料孔移位。增加設計和安裝艙蓋上壓緊器、限位塊、支承塊和壓緊器附件。由于原艙蓋上并無貨艙自然通風蓋，施工過程中在艙蓋底板上增開工藝孔。全部結構板零件采用數控下料，以提高制作精度。先將艙蓋整體吊到地面上進行切割后部分吊進貨艙進行施工，部分安排在地面上施工及附件安裝。施工完成后統一吊到艙口圍上進行總裝與艙蓋安裝。

艙蓋改裝設計后的理論外形尺寸與原艙蓋外形是一致的，變形控制是整個改裝的成敗關鍵。由于主要是增加橫向結構，改裝過程中的焊接變形主要在出現橫向，由于項目的特殊性，無法采用反變形控制措施，因此，主要的變形控制措施為合理的對稱焊接順序，控制好焊角高，盡可能減少焊接熱量輸入，焊后變形通過火工校正。在改裝過程中對于中間的片體，由于是前后對稱增加側板，故在前后側板片體裝配時對稱施焊，減少橫向的焊接變形。對于邊上片體，只是增加了一個橫向側板，與前面端鉸鏈臂的結構交錯焊接，以減少應力積聚。

3.端鉸鏈相關結構設計

端鉸鏈座設計時需注意下腳及與艙口圍相連處需下放足夠的余量，一般為30～50mm。原船甲板變形不確定性，本船施放50 mm，用于彌補艙蓋端鉸板與甲板間的制造偏差。端鉸鏈座眼板下腳不需要也不應再放余量。油缸底座鉸鏈板與甲板及艙口圍連接的地方應施放余量。油缸下眼板結構應設計有橫向的流水孔，避免此區域出現積水腐蝕。油缸上下鉸鏈處鄰近結構，應留有軸安裝和拆卸的空間，如沒有，應考慮在結構上增加開孔，用于軸安裝時的進出空間。油缸附近的艙口圍結構，應留有足夠空間安裝液壓軟管。

艙蓋端鉸鏈每舷設計了兩對眼板，一般采用滾動球面軸承，以方便安裝及提高使用壽命。

端鉸鏈處的相關結構，設計過程中應對艙蓋開關運動空間進行核實，避免出現干涉情況。

端鉸鏈相關結構的甲板下加強設計都是對齊加強形式，考慮到艙蓋等制造偏差，為了避免加強錯位帶來的返工，對應的結構到位后點焊，待底座及絞鏈到位后完成焊接。

本船的端鉸臂結構（見圖1），每艙共4個，采用整體制造形式，在車間里預拼裝后整體安裝到艙蓋上，減少了艙蓋上的焊接變形。

4.機加工零件的制造和安裝

本船艙蓋存在油缸上下鉸連、端鉸鏈、中間鉸鏈、滾輪座板及相關軸等的零件需要進行機加工處理。對于鉸鏈板，直接采用厚板數控下料，再在機床上對由孔進行機加工。對鉸鏈板機加工面施放10～15 mm的余量，下料后進行配對編號，對每對鉸鏈板統一找軸中后成對進行加工。對于厚板數據下料，火焰切割開孔會出現約5～10 mm的咬邊，對咬邊過大的幾個鉸鏈板，采用了補焊一點再進行機加工的解決方案。火陷數控下料的圓孔，部分會存在偏差，并不是正圓，兩塊鉸鏈板配對加工時需要重新找軸中心點。

除了鉸鏈板，另一部分機加工件是各種軸及滾輪的加工。艙蓋上軸材料一般為普通碳鋼、優質中碳鋼或合金鋼。經設計公司的軸受力計算，采用了Q275-D材料。經成本對比，最終采用購買鍛件自行加工零件。鍛件毛坯加工余量為10 mm。

在軸的設計上均未采用軸承和軸套，特別是在滾輪及端鉸鏈處，增加軸承軸套能延長軸的壽命，減少后期維護成本。在艙蓋中間鉸鏈鎖定上需設計為可拆式，不能采用焊接座板固定，否則會給后期維護帶來困難。本船設計采用開口銷進行鎖緊。

所有機加工件的加工面在安裝前均要涂油保護好。艙蓋上的各種鉸鏈板，一般是在艙蓋總裝平臺上安裝，由于場地限制，本船是在船上安裝，精度和作業效率不高，如有條件均應在地面組裝焊接完畢。

5.艙蓋鎖定裝置設計

艙蓋開啟到位后需要立即進行鎖定，以防止油缸失效導致艙蓋的關閉下落。本項通過將導軌端部設計成滾輪后限位，在導軌上設計止動塊作為滾輪前限位的止動裝置，采用插銷進行固定（見圖2）。對于1號艙蓋后艙蓋，由于尺寸限制只能設計成一個片體，非折疊式開啟，沒有行走滾輪，因此無法在導軌上設計滾輪鎖定裝置，如采用艙口圍撐桿設計，制作及安裝相對復雜，最終在艙蓋后方設計了兩個艙蓋固定柱（見圖3），在艙蓋到位后采用卸扣對艙蓋進行油缸失效的鎖定保護。

6.艙蓋及艙口圍相關附件設計

由于艙蓋不是根據URS21設計建造，本船需要按URS21和URS30對艙蓋附件進行計算和驗證以下內容：（1）.橫向與縱向限位數量及強度；（2）.壓緊器規格及數量；（3）.側板的慣性距滿足對密封壓緊力的要求。根據計算結果，每艙側邊需設置四組橫向限位裝置；而用于抵抗上浪沖擊的縱向限位可完全由端鉸鏈軸承受，不需要額外的縱向限位；壓緊器要求的間隔為3.09m，直徑為25mm。另外，原船艙口圍上的壓緊扁鐵為SuS316不銹鋼板，如要去掉將花費很大的人工，在艙口圍支承塊及壓緊扁鋼設計時保留了這個結構，直接在原扁鐵上安裝新的艙蓋壓緊扁鋼。本船支承塊采用鋼對鋼的節點型式。

7.艙蓋運動軌跡與縱向限位

運動分析是艙蓋設計過程中至關重要的環節，所有部件的設計，除了滿足強度要求外，均要滿足艙蓋開關過程的空間要求。折疊式艙蓋開關運動方式直接決定及影響中間縫、分離縫、端鉸鏈、油缸行程和縱向限位等節點的設計。

分離縫結構設計直接影響著艙蓋的開關順序，通常設計上可能出現允許前后艙蓋同時開關和不可以同時開關兩種隋況。當端鉸鏈位置比中間鉸鏈位置低時，端鉸鏈可以設計成固定式鉸鏈，當端鉸鏈位置比中間鉸鏈位置高時，端鉸鏈需設計成活動鉸鏈，并需在艙蓋中間片體上設計縱向限位裝置。因為這種情況艙蓋打開瞬間，中間片體要向分離縫方向按圓弧軌跡運動，將開始對艙蓋壓緊條進行擠壓，而艙蓋密封橡膠條是有壓縮極限要求，盡管有時候分離縫結構允許艙蓋向前運動，超范圍壓縮艙蓋橡膠條將導致損壞或超出油缸推力而導致艙蓋卡死。因此需設計縱向限位塊產生反作用力，使艙蓋向端鉸鏈方向運動，以實現開啟。同樣在艙蓋關閉瞬間，中間鉸鏈會對中間片體產生后拉力，可能將導致分離縫處密性無法保證。發現存在問題后，我們與設計公司和船東商量把端鉸鏈修改為了活動鉸鏈，并在艙蓋分離縫上增設縱向限位裝置，最終解決了艙蓋開關上存在的問題。活動鉸鏈見圖4，艙蓋縱向限位見圖5。

8.結束語

本項目改裝下發生產設計圖紙36份，共消耗鋼材原材料570 t。艙蓋安裝完成后，最后通過密性試驗及開關運行試驗，達到了原來的設計要求并順利交付船東。本改裝工程在滿足規范和使用要求的前提下，采用了較為常規和部分創新的設計，降低了施工上的難度，改裝成本較低，周期短，帶來了較好的經濟效益。艙口蓋各種裝置的設計型式較多，設計時應把握好規范、功能和船東的要求，選用合適的型式和方案。另外，此改裝項目的實施，也進一步提升了我司在艙口蓋修理與改裝領域的能力。