一種船舶舵葉托架的設計與應用

易輝 詹映龍 楊紅燕 沈頌 俞葉舟

摘 ? ?要：針對公司某系列船舵葉在脫胎后碼腳批補磨等作業中存在的不足，設計制作了一種舵葉托架，方便快捷地進行火工、密性、沖砂、涂裝、轉運、船臺安裝等作業，有效提高了工效及現場管理水平。

關鍵詞：舵葉托架;舵葉焊接;舵葉打磨;提高工效

中圖分類號：U667.9 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： In view of the deficiencies in the carbon gouging， repair welding and grinding process after the rudders out of the jig during the series of rudder blades manufacturing in our company， a kind of rudder blade pallet the is designed and produced to prevent the code feet from being generated several times， and facilitate the rapid implementation of tightness，firecalibration，blasting，painting，transportation，berth installation， which could effectively improve work efficiency and worksite management level.

Key words： ?Rudder blade pallet; Rudder blade welding; Rudder blade grinding; Improve work efficiency

1 ? ?引言

舵是船舶的主要操縱設備之一，通過舵葉的轉動產生一系列水動力作用，使船舶改變航向。舵葉多數為焊接結構的流線型剖面，主要由舵葉旁板、垂直隔板、水平隔板、鑄鋼件等組成。某系列船的舵葉為流線型剖面，其內部結構空間狹小，對裝配、焊接、涂裝等作業要求很高，制作工藝比較復雜。該舵葉生產制作工序輔助設施如下：

（1）首先用行車吊運到裝焊平臺上立放，其兩端部各用兩段長度100*6 mm的等邊角鋼焊接固定在裝焊平臺和舵葉本體外板上，后再進行舵葉外板拉條、裝配碼板等碼腳批補磨作業;

（2）對于舵葉外板有局部焊后或其它變形的，需行車吊運反身多次進行火工作業;

（3）進行密性檢查：首先把用于支撐舵葉100*6mm的4條等邊角鋼拆除，然后用行車吊運平放于已墊好枕木的裝焊平臺上進行碼腳批補磨作業，完成后再用行車吊運反身，進行碼腳批補磨作業，最后再進行充氣試驗;

（4）沖砂涂裝移動作業：沖砂涂裝移動作業時需將舵葉與龍門架用角鋼焊接牢固;

（5）船臺安裝作業：船臺安裝舵葉前需拆除角鋼，對所產生的碼腳需批補磨、補油漆作業。

2 ? ?輔助設施存在的問題

（1）每個舵葉脫胎后至少需要兩個裝配、一個電焊配合安裝焊接多個角鋼做舵葉的支撐，比較耗時且用角鋼做支撐存在安全隱患;

（2）針對舵葉外板有局部出現焊后變形的，需要行車配合吊運反身多次進行火工作業;

（3）密性作業的條件：必需所有結構件裝焊完整、舾裝件裝焊完整、火工校正完畢，且自檢結束并通過專檢、外檢。所以密性檢查作業前，首先要拆除角鋼支撐留根后批補磨，然后吊運反身后再進行另一面的角鋼碼腳批補磨作業。另外，由于該舵葉頂部結構橫截面與底部橫截面線型尺寸區別較大，故枕木需放置到一定的高度容易產生重心不穩的現象，導致密性檢查作業不方便甚至帶來危險;

（4）沖砂涂裝移動作業：沖砂涂裝移動作業時需要把舵葉與龍門架用角鋼焊接牢固，費時費力;

（5）船臺安裝作業：需要拆除固定角鋼進行碼腳批補磨作業、補油漆作業，費時費力;

（6）工裝材料不能重復使用，浪費嚴重。

3 ? ?托架設計

（1）托架結構及主尺度

根據某系列船舵葉長度、最大截面寬度、最大截面高度、最小截面寬度、最小截面高度、舵葉自重等參數，結合原方案中存在的實際問題，設計一種舵葉托架：一方面在舵葉施工過程中既可方便盛放舵葉，又可順利進行該舵葉馬腳批補磨等施工作業;另一方面該舵葉托架既能重復使用，又能實現舵葉的輕松轉運等作業。該舵葉托架包括底座以及固定在底座上的支撐腳、吊耳、靠撐和防傾肘板;所述支撐腳固定在底座下方。吊耳固定在底座邊上，靠撐固定在底座上方;靠撐下端。

具體布置為：首先用4根14a規格普通槽鋼（每根長為2 430 mm）相互平行排列，間距分別為600mm、460 mm、600 mm;同時采用5根同規格槽鋼（每根1 684 mm）縱向相互平行排列，分別垂直于橫向4根14 a規格普通槽鋼（間距均為600 mm）以此形成底座;其次采用6個直徑為83 mm、高度為200 mm、壁厚為3.5 mm焊接鋼管作為支撐腳，分別固定在底座下方整體沿舵葉立放的長度方向布置，且基于中軸線兩兩對稱;再次，采用4個吊耳固定在底座邊上，整體沿舵葉立放的長度方向布置;最后采用4組靠撐，每組靠撐均由一根直撐和一根斜撐組成，直撐和斜撐均可采用直徑83 mm、壁厚3.5 mm的鋼管，直撐的長度為1000 mm、斜撐的長度為1160 mm，每組靠撐頂端連接而成的夾角為29 o，直撐與底座的夾角為90 o，斜撐與底座的夾角為61 o;此外，相鄰兩組靠撐的縱向間距為1.117 m，對稱的兩組靠撐的直撐間距為0.577 m，整體沿舵葉立放的長度方向布置，且基于中軸線兩兩對稱，對稱的兩組靠撐之間的距離與所需要立放的舵葉厚度適配，以更好地適于多種規格的舵葉立放其中;設計8塊三角形板材防傾肘板，固定支撐在所述靠撐下端，其大小均為200 mm*200 mm*8 mm，可采用Q235以上級別鋼板切割而成。具體建模效果圖如圖1所示。

（2）托架強度校核

設計的舵葉托架底座屬于相互垂直交叉的正交板架梁系，在舵葉整體側向立放時投影平面為460mm*2360mm，其縱向間距為460mm，受到來自舵葉側放時自重壓力，且該區域梁是等截面、等跨度的，則連續梁每一跨度受力可視作均布載荷分析處理。經查《機械設計手冊》及14 a普通槽鋼單位長度重量、結構許用應力、面模量等相關參數并進行計算得到最大均布載荷為3.159 t，大于該型船舵葉自重，故采用14a槽鋼做該舵葉的托架的底座滿足實際使用要求。同理可得，選取長度分別為1 000 mm和1 166 mm、外直徑83mm、壁厚4mm的Q235無縫鋼管分別做該舵葉托架的垂向支撐和斜撐，滿足穩性要求。

舵葉放置在該托架時的重心高度不大于732.2mm，靠撐直撐高度1 000 mm大于實際重心高度，滿足實際使用要求。另外，根據該系列船舵葉自重，可直接依據吊耳相關標準選取材質Q235、板厚18 mm的N5t吊耳。

4 ? ?加工制作

充分利用某公司分段作業區、預舾裝作業區、管加車間的工裝、型材、管材等余料，選取14a規格的普通槽鋼共計18 m，直徑83mm的鋼管共計8.7 m及厚度8mm的鋼材0.5 m2，按照實體建模方案尺寸進行型材的切割下料、裝配、焊接及涂裝作業（如圖2所示）。焊接作業時應選用與材料相匹配的焊材，避免焊接過程中產生諸如氣孔、夾渣、變形等外觀表面缺陷和尺寸缺陷。吊碼焊接完成后應由專業人員進行外觀檢驗及無損探傷檢驗。

5 ? 應用效果

據施工人員反饋，該舵葉托架具有以下優點：

（1）舵葉托架工裝可用于立放及支撐舵葉以進行各種作業，不需要另外用角鋼做支撐，避免了碼腳的產生，無需進行碼腳批補磨作用;

（2）火工校正作業時舵葉無需反身;

（3）進行密性作業時省去了拆除角鋼及碼腳批補磨作業;

（4）采用了兩兩對稱的靠撐對舵葉進行支撐，同時靠撐下端又有防傾肘板進行支撐，整體結構牢固可靠，有效保障了作業安全;

（5）在各種作業中達到減少工作量、節省時耗、降本增效的作用;

（6）可重復使用，無需維護。

據不完全統計，公司使用該舵葉托架工裝進行相關作業后，每年可節約21.87萬元。該工裝于2018年2月獲國家知識產權局發明專利授權（發明專利號：ZL201610210868.3）。

參考文獻

[1] 易輝. 一種舵葉托盤工裝. 中船黃埔文沖船舶有限公司.

[2] 黃廣茂， 潘志遠. 造船生產設計[M]. 哈爾濱工程大學出版社.

[3] 舒恒煜，譚林森.船舶結構力學[M]. 華中科技大學出版社.