組合式船體肋板拉入機械裝置設計與應用

孫冰妍 于功志

摘? ? 要：為了滿足新的造船規范，提高生產效率，保證船舶產品的精度和質量，設計了一套專用的便捷、高效且不受場地限制并具有廣泛適用性的機械裝置，操作方便，投資少、見效快。該裝置采用了可自由組合的兩塊工作平臺，既可單獨作業，又可聯合作業，采用液壓絞車、聲光報警、拉力傳感器和系統壓力溢流等機電裝置，解決了運行穩定、過載保護、變形控制等技術難題，提高船體分段建造質量，縮短建造周期，降低造船成本。本裝置可提高造船生產效率和建造質量，可供其它船企參考。

關鍵詞：船體；拉入法；組合式；機械裝置

中圖分類號：U671.4? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Design and Application of Combined Hull Rib Pulling-in Mechanism

SUN Bingyan，? YU Gongzhi

（ DaLian Ocean University，? Dalian 116023 ）

Abstract： In order to meet the new shipbuilding standards， improve production efficiency and ensure the accuracy and quality of ship products， a set of special， convenient， efficient and widely applicable mechanical device is designed， which is not subject to site restriction， easy to operate， low in investment and quick in effect. On the whole， two working platforms that can be freely combined are adopted in the design， which can work independently or jointly. For the first time， mechanical and electrical devices such as hydraulic winch， audible and visual alarm， tension sensor and system pressure overflow are adopted， which solve the technical problems such as stable operation， overload protection and deformation control. It is not only suitable for the domestic large shipyards， but also suitable for small and medium-sized shipyards in China that are unable to purchase large-scale plane sectional assembly lines. It is not limited by factory premises， improves the quality of hull sectional construction， shortens the construction period and reduces the shipbuilding cost. The research results of this topic can improve the shipbuilding efficiency and construction quality and may also provide reference for the domestic shipbuilding industry

Key words： Hull; Pull-in Method; Combined Type; Mechanical Device

1? ? ?前言

中船集團推出《建模2.0》作為集團公司2016 ～2025年推進建立現代造船模式的指南，提出持續推進“機械化，自動化，工裝化”的三化造船[1]。在船舶制造方面，大量應用通用和專用機械設備進行船舶制造，創新機械化、工裝化造船的研發、應用推廣機制，倡導和獎勵使用專用工裝輔助造船生產，改善作業條件，提高生產效率和產品質量。

傳統的船體建造方式是在船體結構組立過程中，將船體肋板沿板列垂直方向直接從上向下插入T型材與船體內、外殼片體結合，船體肋板與T型材面板、腹板的梁孔處，用補板（堵板）做加強處理，這種傳統裝配方法已不能滿足PSPC船舶建造規范要求。

采用船體肋板拉入工法進行船體肋板裝配，可取消傳統的補板（堵板）加強結構，減輕船體重量及裝配焊接工作量，降低結構焊接應力，并對船體建造各道工序的管理及質量控制提出了更高要求。

目前國內各骨干造船廠均在大型平面分段流水生產線上設置2～4個肋板拉入工位及1個半立體分段拉入工位，并安裝數套肋板拉入裝置設備及半立體分段拉入裝置設備來實現基于拉入工法的中底分段建造。一套進口完整的大型平面分段流水生產線，一般在7000～8000萬元，工位數量約15～19個，全線總長約230～300 m，其船體肋板及半立體分段拉入工位至少3～4個，長度約50～75 m。

一般中小型船廠要建立上述全套生產線難度較大，一是投資巨大，二是對現有的正常生產造成重大影響。鑒于存在上述問題，需要研究設計一套專用的便捷、高效且不受場地限制并有著廣泛適用性的工裝機械裝置，以滿足新的船舶建造規范和生產需求。

2? ? ?研制目標

（1）研制的船體肋板拉入機械裝置必需靈活方便，不受場地限制，既可以用于船體肋板拉入又可實現分段半立體拉入，操作要方便，投資要少，見效要快；

（2）液壓絞車低速扭矩大，運行穩定，速度、拉力可控，可防止工件變形，提高裝配質量。裝置拉力、速度可調整和控制并配有聲光報警裝置，可提示作業者某個區域有卡阻現象，就近處理；

（3）采用遙控操作，方便靈活，安全可靠。兩套液壓泵站可單獨控制、聯合控制，單、聯合控制時拉力及繩速同步性良好，單、聯合控制均由在線及無線（遙控）手操作盒控制操作；

（4）液壓控制系統具備有超壓溢流功能，配置壓力傳惑器、帶數顯儀表。任意一臺機組（液壓絞車及液壓站和電控）1#或2#拉入裝置超負荷時，必須保證兩套系統同時停機保護，并用警示燈顯示某個機組過載（防止任意一臺拉入裝置超載拉入，導致工件及絞車及設備損壞）；

（5）液壓控制系統中絞車拉力及絞車繩速具備調節功能，配置拉力傳惑器、帶數顯儀表。液壓站具有低溫補償功能并自動控溫，保證北方冬季-20 ℃能正常啟動工作；

（6）1#與2#工作平臺的控制信號聯接，使用防水堅固型航空插頭聯接，方便快速拆裝聯接。

船體肋板拉入機械裝置設計示意圖，如圖1所示。

3? ? 研制內容

3.1? ?工藝研究

目前傳統的中底分段建造采用肋扳插裝法，對各工序質量控制要求比較低，分段建造精度相對比較差，船臺合攏中修補量大，工時材料浪費也比較多。

（1）傳統插裝法肋板結構形式

插裝工法中梁孔開孔寬度約100㎜，肋板插入T型材后用補板加強處理，安裝施工精度低，補板數量多，焊接工作量大。傳統肋板補板節點圖，見圖2所示。

（2）拉入法肋板結構形式

拉入法中梁孔開孔寬度小，T型材與開孔之間的間隙≤3㎜，肋板拉入T型材后，肋板直接與T型材腹板焊接，安裝施工精度高，焊接工作量小，節省板材及焊材。拉入法船體肋板骨材連接節點圖/，見圖3所示。

3.2? ?機械裝置技術要求

（1）由于肋板厚度一般在10～15㎜左右，要求拉入裝置具備拉力調整控制功能，防止工件變形損壞；

（2）由于半立體分段重量大，幾何尺寸大，要求多套拉入小車具備拉力速度同步控制功能；

（3）由于半立體分段幾何尺寸大，要求控制系統具備在線控制及遙控功能；

（4）由于片體尺寸大，實船建造可考慮劃分為多個尺寸適宜的片體分段，減少安裝重量與安裝尺寸，吊裝過程中可能變形，要求拉入裝置具備變形調整功能；

（5）由于不同船型中底結構不同，肋板梁孔T型材位置變化大，要求拉入點的出繩位置具備隨意調整功能；

（6）由于不在大型平面分段流水生產線上布置，要求裝置具備場地使用的靈活性和適用性。

3.3? ?機械裝置設計方案

機械裝置結構示意圖，見圖4所示。

3.3.1剛性平臺結構設計

（1）要求結構合理、強度高、精度高，且具備片體變形調整功能，平臺拆裝吊裝靈活方便；

（2）考慮了片體定位功能；

（3）考慮了電器系統快速聯接功能；

（4）由于到拉入分段類型繁多，設計了導向渠，確保適用不同類型分段拉入；

（5）考慮了拉入裝置現場安裝的1#、2#兩塊剛性平臺快捷組合問題。

3.3.2機械結構設計

由于此裝置要完成大型半立體分段的拉入，采用了液壓絞車作為主拉入動力驅動裝置。

（1）液壓絞車低速大扭矩，運行穩定，速度拉力可控，可防止工件變形，提高裝配質量；

（2）拉力、速度可調整控制并配有聲光報警裝置，可提示作業者某個區域有卡阻現象，就近處理；

（3）液壓系統采用壓力溢流控制技術及每套裝置配備拉力傳感器，保證兩套拉入系統的拉力、速度同步，從而確保半立體分段持續安全可靠拉入；

（4）設置繩索定向導向裝置及繩索防脫落裝置，解決了繩索水平多方向運行的技術難題；

（5）設置鋼絲繩防護裝置，防止刮削，造成損壞更換。

3.3.3控制系統設計

考慮到裝置要完成大型半立體分段的拉入，需要多人指揮、多人操作、同步性差等缺點，采用無線遙控控制技術為本裝置的主控設計：

（1）多通道工業級遙控控制系統，單人操作實現多種功能的同步控制功能；

（2）拉力、壓力輸出控制、顯示及報警系統，實現速度拉力可控制；

（3）在線控制系統為備用控制系統，保證設備操作的可靠性。

3.3.4鋼板調平系統設計

裝置設計為場地拉入法施工，中薄板組成的焊接片體容易出現彈性變形，設計上在兩個剛性平臺區采用電磁調平系統，解決鋼板變形問題。在每個平臺上均勻布置6塊單臺吸力達5 t的電磁吸盤，兩套共12塊總吸力達60 t，保證片體與平臺嚙合良好。

4? ? 裝置設計的關鍵技術及創新點

4.1? ?關鍵技術

（1）采用了液壓絞車、聲光報警、拉力傳感器和系統壓力溢流裝置，解決了運行穩定、過載保護、變形控制等技術難題；

（2）采用了可自由組合的兩塊工作平臺，可單獨作業，也可聯合作業，改變了拉入法建造工藝設施需布置在大型平面分段流水線上才能實施拉入法作業的現狀；

（3）結構簡單、緊湊、合理，巧妙采用繩索定向、導向裝置，解決了大型平面分段流水線上只能拉入單一類型中底分段難題；

（4）采用同步集中控制技術，實現兩套絞車同步穩定持續拉入，效率高，減少了操作人員；

（5）采用壓力溢流技術并配套使用工裝拉板，克服了普通拉入裝置單繩單點拉入容易導致的肋板零件變形、拉入設備損壞的弊端；

（6）采用電磁調平裝置，解決了片體吊裝轉運后產生彈性變形的矯平問題，實現了在任意場地都能夠順利拉入功能，減少大量運輸修補工時費用。

該裝置使用靈活方便，不受場地限制，既可肋板拉入又可實現半立體分段拉入，操作方便，不對平面生產線構成影響，適用于沒有投資能力建設大型平面分段流水生產線的中小型造船廠，提高造船質量，縮短分段建造周期，降低造船成本。

4.2? 創新點

（1）采用兩個可以組合的作業平臺，可單獨作業，也可聯合作業，靈活方便、不受場地限制，每個作業平臺上分別配置帶有液壓動力系統的絞車；

（2）拉入繩索通過每個作業平臺的定向、導向裝置，將中底分段每個肋位的肋板逐一拉入至指定位置，并可設置兩組拉入裝置同步控制實現半立體分段的整體拉入；

（3）改變了目前拉入法建造工藝設施需布置在大型平面分段流水線上才能實施作業的現狀，實現了一套裝置兩種拉入功能，投資少、見效快；

（4）采用液壓絞車作為主拉入裝置，液壓絞車低速大扭矩，運行穩定，速度拉力可控，可防止工件變形，提高裝配質量；液壓系統采用壓力溢流控制技術，每套裝置配備拉力傳感器和速度傳感器，并配有聲光報警裝置，保證兩套拉入系統的拉力、速度同步，確保半立體分段持續安全可靠拉入。液壓系統結構示意圖，如圖5所示；

（5）設計了鋼絲繩防脫裝置，有效的解決了普通卷楊機拉入裝置頻繁更換鋼絲繩的問題；

（6）設計了兩套導向渠及導向小車，滿足不同肋板及半立體分段拉入工藝要求，實現多功能拉入，占地少、運行距離短、結構簡單、造價低；

（7）設計了兩套液壓絞車，分別布置在1#、2#平臺的固定位置，拉入鋼絲繩是通過定向滑輪組及導向滑輪組沿各滑輪組水平多點多方向運動，解決了傳統繩索滑輪組只能垂直單一方向運行的技術問題；

（8）滑輪組水平多點多方向運行必須克服繩索從滑輪槽中脫落，設計了防脫落機構，解決了拉入繩索水平方向多點多方向自由安全運行的技術問題；

（9）采用機、電、液、傳感器、無線遙控等同步集中控制技術，實現兩套絞車同步穩定持續拉入，效率高，減少了操作人員；

（10）設計了兩種防變形措施：一是液壓系統可設定壓力溢流，防止拉力過大；二是設計多套防變形拉板工裝；

（11）設計了電磁調平裝置，解決了片體吊裝轉運后產生彈性變形的矯平問題，實現在任意場地都能夠順利拉入功能，減少大量運輸修補工時費用；

（12）實現了快速聯接，可隨時拆卸轉運到任意場地內安裝。

4.3? 工作原理

在設有拉入導向渠端（3-1）的拉入裝置（1）的前端設有1#平臺（1-1）和2#平臺（2-1），在拉入裝置的后側與1#、2#平臺相連接的位置設有1#動力平臺（1-2）和2#動力平臺（2-2）。

1#動力平臺和2#動力平臺內分別安裝有液壓絞車和遙控控制系統，在液壓絞車上連接有拉入繩索，繩索通過動力平臺定向滑輪組及導向渠中的導向滑輪組進行可變位置的靈活拉入。裝置示意圖見圖6。

5? ? 應用實例

通過對某158 000 DWT原油輪的中底部203分段拉入操作試驗數據分析，本裝置拉入效率高、操作簡單方便、節省材料、降低造船成本。

5.1 工時比較

工人勞動強度降低，生產效率提高，與傳統插裝法的工時對比數據，見圖7。

5.2? ?物耗比較

與傳統插裝工法相比較，可以節省大量補板（堵板）、焊材、板材、打磨砂輪片、磨頭等。與傳統插裝法的物耗對比數據，見圖8。

5.3? ?成本比較

全船分段總數220個，其中平直分段129個，實船施工中均采用組合式船體肋板拉入機械裝置施工。據統計，節省工時費用25.15萬元，節省物耗成本75.78萬元，合計節省成本100.93萬元。

實踐表明：大型及超大型原油輪，因其結構形式簡單、空間大、鋼板較厚，十分適宜采用肋板拉入法制作立體分段。某158 000 DWT油輪中底分段的肋板及半立體分段采用該裝置取得非常理想的效果，降低了工時、物耗成本，提高了生產效率和產品質量，滿足用戶的使用要求。

6? ? 小結

該機械裝置適用國內大型船廠，也適用于沒有能力購置大型平面分段流水線的中小型造船廠，不受廠房場地限制，具有性價比高、使用靈活等優勢。在提高了生產效率和產品質量的同時，大幅度縮短了船體分段建造周期，降低了造船成本，在船型方面能夠覆蓋散貨船、原油輪、集裝箱船、礦砂船等，貨艙區域有利于實現標準化、模塊化作業[2]，對于船舶建造水平的提高、產品設計及成本減少、工人作業環境改善等具有重要意義[3]。

參考文獻

[1]苑淋涵，張英杰. “三化造船”的規劃與推進研究[J]. 中外船舶科技，2020（2）.

[2]安恩博. 船體結構裝配工序模型研究及工時計算應用[D].大連理工大學， 2020.

[3]劉穎. 船體分段構件的虛擬裝配工藝規劃技術研究[D].江蘇科技大學， 2013.

作者簡介：孫冰妍（1999-），女，在讀碩士研究生。研究方向：船舶與海洋工程、機械。

于功志（1972-），男，副教授。研究方向：船舶與海洋工程、輪機工程。

收稿日期：2022-03-07