380t舵葉安裝平臺精度控制工藝研究及應用

陳 風，田小雄

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引 言

在建造船舶過程中，舵葉安裝是一項較大的舾裝工程。舵葉的體積和質量均較大，其安裝空間受艉部結構的限制，無法使用船塢的大型起重設備安裝。若使用傳統船體結構上的吊環安裝舵葉，不僅安裝效率較低，而且安裝精度較難控制。技術先進的船廠通常使用液壓安裝平臺等工藝裝備來安裝舵葉，從而提高安裝的效率和精度[1]。

上海外高橋造船有限公司（以下簡稱“外高橋造船”）新建造的超大型礦砂船（400000t礦砂船）的舵葉重約265t，加上舵桿的質量，遠超原有液壓安裝平臺250t的載重能力。雖然國外有350t舵葉安裝平臺，但從國外進口價格較高，周期較長，不能滿足外高橋造船超大型礦砂船建造塢期要求。在此情況下，外高橋造船開始自主研制 380t舵葉安裝平臺，主要用于完成超大型船舶的舵葉安裝工作。該舵葉安裝平臺的最大頂升能力達380t，可縱向和橫向運動，實現舵葉的高效安裝。

1 380t舵葉安裝平臺建造意義

此類超大噸位舵葉安裝平臺因包含液壓結構，故對精度和生產過程控制的要求較高，建造難度較大。市場上能生產此類工作平臺的廠商不多，且其交貨期不能滿足外高橋造船對塢期的要求。因此，完成此類工作平臺的自主研發、設計和制造不僅能滿足外高橋造船按期出塢的要求，而且有助于開拓市場，拓寬其產品線，并能培養一批液壓平臺設計、建造方面的人才，為外高橋造船的轉型發展奠定良好的技術基礎。

2 380t舵葉安裝平臺建造精度控制難點

380t舵葉安裝平臺主要由鋼結構系統、液壓系統和電氣系統組成[2]。由于只在鋼結構建造過程中涉及精度控制，本文針對舵葉安裝平臺鋼結構建造過程的精度控制難點和控制工藝進行分析。舵葉安裝平臺鋼結構系統主要由支撐腿、主車架和工作架組成（見圖1）。

與小型舵葉安裝平臺相比，380t舵葉安裝平臺的尺寸更大，鋼結構板厚更厚。這就造成整個鋼結構焊接作業量較大，焊接變形較大，最終造成精度控制的難度較大。

在實際使用舵葉安裝平臺時，由于支撐腿需配合液壓油缸頂升使用，主車架涉及上面橫移軌道的水平度，因此對支撐腿和主車架的精度要求特別高，若支撐腿精度達不到要求，易發生支撐腿與頂升油缸卡死的事故。具體要求為：支撐腿各單塊壁板內壁平整度的偏差控制在 1.2mm以內；兩兩壁板之間垂直度偏差控制在1.2mm以內；主車架水平整體偏差控制在2mm以內；支撐腿相對主車架垂直度的偏差控制在2.5mm以內。因此，整個建造過程中精度控制的難點是支撐腿和主車架的精度控制。

主車架上的工作架主要供施工人員行走和站立，與主車架相比，其精度要求較低，建造難度不大。因此，整個舵葉安裝平臺的建造精度控制難點可歸結為支撐腿建造精度控制和主車架大組精度控制2個。

圖1 380t舵葉安裝平臺鋼結構系統

3 精度控制工藝

下面分別針對上述2個舵葉安裝平臺建造精度控制難點，對相關的精度控制工藝進行介紹。

3.1 支撐腿建造精度控制

支撐腿為箱體結構，尺寸為740mm×740mm×2545mm，壁板板厚為25mm。由于單塊壁板的平整度要求為1.2mm，兩兩壁板之間垂直度的要求為1.2mm，4塊壁板上均有裝焊作業和鉆孔作業，故整個支撐腿結構的精度控制難度非常高。經過多次嘗試，總結出最合理的制作工序為：先進行單板切割，隨后進行鉆孔作業，再進行裝焊作業，最后將4塊壁板片體拼裝成支撐腿箱體（見圖2）。

圖2 支撐腿箱體制作工序示意

3.1.1 單板切割

單板切割需注意切割變形，同時為防止后續裝焊和鉆孔變形超出標準的要求，可在下料時加放板厚余量 2～3mm，以便后期通過機加工調整壁板內表面的平整度。切割完成之后，對單板的長、寬、對角線及整體水平度進行測量，使其滿足精度要求。

3.1.2 單板機加工鉆孔

為方便后續在支撐腿箱體內壁上安裝防磨板，通常會在單塊壁板上鉆很多孔。為防止鉆孔造成單塊壁板的平整度不良，需采用合理的鉆孔工序，即：先在單板調平狀態下鉆外側兩列孔，再將單板翻身，鉆中間一列孔（見圖3）。采用該鉆孔工序可最大限度地保證單板鉆孔之后的整體水平度偏差在標準要求的范圍內。

3.1.3 單板裝焊作業

單板裝焊作業是指在單板上裝焊肘板或筋板，尤其是在裝焊肘板的情況下，肘板板材較重，無支撐，焊接過程中易發生變形。因此，在定位階段結構加強非常重要，可采用圖4所示的加強支撐確保整個結構的剛性滿足要求。在焊接過程中，需注意對焊接電流和焊腳高度的控制，防止焊接量過大造成單板水平度不良。焊接完成之后，注意在單板背面肘板/筋板位置通過火工消除焊接應力。

該工序完成之后，若單板非結構面整體平整度偏差超過標準的要求，可對內壁面進行機加工。這也是在切割下料時加放板厚余量的原因，即為機加工調整平整度留出一定的裕度。

圖3 支撐腿箱體單板鉆孔示意

圖4 支撐腿箱體單板裝焊作業示意

3.1.4 支撐腿箱體中組

由于對4塊單板兩兩進行全熔角焊縫雙面焊接，熔敷金屬多，作業量大，焊接過程中的變形難以控制，必須借助框架加強來保證焊后精度，加強示意見圖5。點焊安裝該加強結構的好處是可很好地控制支撐腿箱體大組完工精度，弊端是整個箱體成型之后拆除該加強結構比較困難。對此，可在箱體焊接結束之后先拆除中間幾檔加強結構，只留端部2個加強結構，直到主車架大組安裝階段再將其全部拆除。

建議采用圖6所示的支撐腿箱體焊接順序，可最大限度地減少焊接變形。

3.1.5 支撐腿箱體定位基準線施工

為利于后續支撐腿箱體與主車架橫梁框架的大組定位，必須在該階段進行支撐腿箱體4個壁板上下口十字中心線樣沖點施工（見圖7）。

圖6 支撐腿箱體焊接順序示意

圖7 基準線樣沖點施工示意

3.2 主車架建造精度控制

3.2.1 主車架框架平臺精度控制

主車架框架平臺由箱型橫梁和工字梁構成，其板厚較厚，焊接量較大，完工尺寸不易控制。因此，必須采用地線控制技術和專用模板胎架。地線包括結構十字中心線和支撐腿中心線連線（見圖8）。模板胎架不僅利于橫梁框架的定位和整體水平的控制，而且能有效防止焊接變形和擱置變形。

由于橫梁框架平臺涉及很多橫梁與橫梁或工字梁之間的對接焊縫，需注意焊前尺寸反變形的加放。通常情況下，外圍框梁中及框梁與橫梁之間的每條對接焊縫加放5～6mm的焊接補償，橫梁與內部工字梁之間的每條對接焊縫加放2mm的焊接補償，以防止焊后整個框架平臺的長度和寬度偏小。

3.2.2 支撐腿安裝精度控制

在安裝主車架支撐腿時，需重點保證支撐腿與橫梁框架結構的相對位置和垂直度關系。在安裝定位時，嚴格保證4個支撐腿的定位基準線及中心點與地線重合（見圖9）。另外，由于支撐腿對垂直度的要求很高，在定位完成之后增加臨時加強防止焊接變形。焊接時按支撐腿基準線掛線錘，隨時監控支撐腿的垂直度情況，根據支撐腿的變形情況調整焊接順序，防止因焊接變形而造成支撐腿垂直度不良。支撐腿焊接完成之后，以下沉平臺的水平而為基準對支撐腿的垂直度和中心重合度進行檢測，若精度超標，還需進行火工矯正，確保精度合格。

圖8 主車架地線施工示意

圖9 支撐腿安裝精度控制示意

4 結 語

從 380t舵葉安裝平臺的現場使用效果來看，其建造精度完全滿足舵葉安裝的要求，驗證了其建造精度控制工藝的可行性。該舵葉安裝平臺的使用發揮了降低勞動強度、提高安裝效率、保證安裝精度和縮短安裝周期的作用。該380t舵葉安裝平臺的設計建造可為后續設計建造此類高精度裝備提供借鑒。