船用起重機制造技術探討

瞿 音，楊龍霞，鄧 梅，張曉群，陳 琳

（1.南京中船綠洲機器有限公司，南京 210039；2.上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

船用起重機是在海上環境中執行運輸作業的一種特殊起重機，主要用于船-岸和船-船間貨物的運輸轉移、海上補給、水下作業設備的投放與回收等重要任務，是船舶裝置的重要組成。船用起重機一般由承載結構、機構（起升、變幅、旋轉、行走等）、驅動及控制等部分組成。現在船用起重機在各類船舶上已得到越來越廣泛的應用。不同類型船舶對船用起重機的功能、結構等要求存在較大差異。

國際規范方面，國際海事組織（IMO）、國際勞工組織（ILO）等國際組織對船用起重機的功能要求和安全操作等都發布有不同規范。國際船級社協會（IACS）及各主要船級社（LR、DNV GL、ABS、CCS、RINA、BV、NK、KR等）也制定了船用起重設備規范，如CCS在《船舶與海上設施起重設備規范（2007）》[1]中對船用起重機的設計和制造提出了嚴格的規范和要求。國際標準化組織（ISO）對船用起重機制造技術也非常重視，船舶與海洋技術委員會/舾裝與甲板分技術委員會（ISO/TC8/SC4）已組織研制了船用起重機系列國際標準，對船用起重機設計制造和使用等進行規范和標準化。目前已制定發布了ISO 16855:2013《船舶與海洋技術 船用起重設備可拆卸零部件 一般技術要求》及 ISO 19354:2016《船舶與海洋技術 船用起重機 一般要求》[2-4]等近10項國際標準。

上述ISO 19354:2016系列船用起重機國際標準規定了船用起重機的一般要求、結構要求和試驗規范和要求等，對船級社相關規范形成補充，有效促進了船用起重機的研發和制造的規范化和標準化。現有的規范和標準大多強調船用起重機安全性要求，且多為總體要求，而船用起重機種類繁多，作業工況惡劣，組成結構復雜，其組成構件和制造技術決定了船用起重機的優劣，因此，對船用起重機組件及制造開展技術研究及分析必不可少。

1 船用起重機組成構件

船用起重機目前在散貨船、集裝箱船、油船、多用途船等都有應用。如散貨船及集裝箱船的貨物吊機，油船的軟管吊，多用途船的甲板起重機等。相對于一般陸用起重機，船用起重機由于安裝在非穩定的船舶上，作業時船舶會出現傾斜、搖擺等運動，且工作環境惡劣多變，需經受海風、海水等的侵蝕；不工作時也需承受船舶航行時的風雪、波浪、搖擺、垂蕩、沖擊等外力作用。船用起重機結構形式多樣，如臂架回轉式、行走式、鋼絲繩變幅式、油缸變幅式、伸縮臂式、折臂式、A型架式、復合式等；驅動方法各異，有電動、電-液驅動、電-氣驅動、汽（柴）油機驅動、人力驅動等。典型的安裝在散貨船上用于貨物裝卸的電-液船用起重機組件構成見圖1，其主要組成部件見表1。

圖1 船用起重機組件構成圖

表2 船用起重機主要組成部件一覽表

這種船用起重機的承載結構基柱、塔身、臂架等為金屬鋼板的焊接結構件。其中基柱下部焊接在船體結構上，承受起重機的重力載荷，基柱上部安裝回轉支撐；塔身是起重機的支撐結構，下部與回轉支撐連接，并與臂架鉸接，上部有滑輪組鋼絲繩運動，塔身內部用作機房，司機室位于前方；臂架為相形桁架結構，用于支撐重物。

船用起重機機構有起升機構、變幅機構、旋轉機構等執行機構。起升機構是有馬達經減速機帶動卷筒旋轉收放鋼絲繩使吊鉤上下運動來起吊貨物實行起升運動；變幅機構是有馬達經減速機帶動卷筒旋轉收放鋼絲繩使臂架繞下鉸點上下旋轉改變角度讓吊鉤在不同的幅度實行變幅運動；旋轉機構側是有馬達經減速機帶動小齒輪與回轉支撐的大齒輪嚙合使塔身和臂架旋轉實行旋轉運動；3個機構減速箱都帶有常閉式制動器，保證其各運動的正常運行。3個機構的協調作業把載荷吊放到作業范圍內需要的位置。

驅動及控制等部分的電氣系統有電控箱內的各種控制元件按要求組成控制系統，通過安裝在司機室座椅兩側的操作臺上的按鈕、手柄進行操作控制。液壓系統有泵、馬達、閥組、管路及其附件組成，來控制和驅動其中幾個執行機構運動。

船用起重機還有設有通道、通風裝置等輔助裝置。

2 船用起重機制造技術分析

船用起重機的制造主要涉及較大型鋼結構件焊接技術、機械加工技術、安裝及調試技術、防腐技術等方面。

2.1 焊接技術

船用起重機較大型鋼結構件有基柱、塔身、臂架、公共平臺等。

鋼結構件制造的主要材料為高強度船體結構鋼（牌號為D36和E36）。按工藝要求及工藝條件，焊接采用二氧化碳氣體保護焊和埋弧自動焊等高效焊接方法。焊接材料應符合規范和工藝要求。焊接時注意調節合適的焊接電流和焊接速度，以減小焊接變形，保證焊接質量。基柱、公共平臺的厚底板（E36材料，板厚δ≥60 mm）拼接時應用反變形技術控制、抵消焊接變形；基柱、塔身、公共平臺冷裝焊接時在適當的部位加焊支撐控制焊接變形以及防止在結構件機加中的應力；較長構件臂架焊接后機加不方便，采用分段部件先機加，整體焊接時用特殊設計的工裝，控制焊接變形，保證臂架的整體尺寸及形位公差符合要求。

為保證焊接的質量，結構件制造時必須注意下料氣割的表面質量，焊縫坡口的間歇和錯位，不同厚度板材對接的措施，平行焊縫的錯位，機構減零件組裝時的長度、角度、直線度、平行度、圓度的誤差控制等。

2.2 機械加工技術

船用起重機較大型鋼結構件如基柱、塔身、公共平臺等的機械加工的重點是回轉支撐安裝的較大環形平面的平面度及其與安裝回轉機構減速機配合圓柱體孔的垂直度要求。這里應使用適合的工裝夾具，制定符合工藝要求的加工程序，使用加工能力符合要求且有精度保證加工機床。

機械加工時應保證加工質量，注重控制安裝面的平面度誤差和運動配合面的尺寸誤差。必要時配合尺寸誤差要做記錄。

2.3 裝配調試技術

船用起重機起升機構、變幅機構、旋轉機構、行走機構等需要起吊重物，做上下和水平直線運動、旋轉運動等各種動作，重物起吊涉及的工作環境和條件相對惡劣，安全要求非常高。組成結構和控制系統的零部件既有牢固強壯的承重結構、運動精準的執行機構，也有精密的控制系統。為保證裝配、試驗要求，根據需要準備適合的裝配和調試試驗工裝，設計適合的裝配調試工藝是必須的。

船用起重機的安裝應該在光線充足、清潔衛生的場所進行。應該備足符合要求的工具和計量器具；配合面特別是液壓系統元件的清潔度要保證符合要求；配合面的安裝間歇要有效控制并做好記錄，回轉支撐等特殊功能零部件安裝要注意安裝位置；液壓、電氣系統元器件的安裝必須按要求進行。

船用起重機的機械、液壓和電氣系統調試應按規定的程序和要求進行。系統各參數匹配要符合要求。整機及零部件試驗也要按試驗大綱進行，要符合規范的要求。

2.4 防腐技術

船用起重機安裝在船上，特別是暴露在甲板上的起重機及其表面長時間承受風霜雨雪冰、鹽霧、灰塵及浪潮的腐蝕和沖擊作用。船用起重機的結構主要是金屬結構，大都是用鋼板焊接而成，其表面的防銹、防腐保護至關重要。

船用起重機的涂裝要求包括服役環境、涂層厚度、涂裝前表面處理等級、表面粗糙度、表面灰塵評定等級、涂裝時間、施工前環境測試以及船用起重機各零部件表面的油封要求等。

3 結論

船用起重機的研制必須符合ILO、IMO和IACS各船級社的規范以及船用起重機相關國際標準、歐洲標準、國家標準、行業標準等的要求，對船用起重機的制造技術即焊接技術、機械加工技術、裝配調試技術和防腐技術等進行分析，可以據此提出船用起重機的制造國際標準，為船用起重機制造提供技術指導，保證產品制造質量。