客滾船艏門建造策劃

周亮,葛彬,桑澤東

(招商局金陵船舶(南京)有限公司,南京 210015)

針對客滾船艏門及其周圍船體結構設計和管理重點,以866客船型的側開式的艏門設計為例,對艏門與船體結構交互的關鍵數據進行兩方面分析:①基于艏門與船體關聯結構的設計特點,以三維一體化設計原則下的艏門區域高效率設計流程;②艏門及周圍船體結構關鍵設計要素,通過3D 模型進行數據傳遞下的關鍵設計方案。

1 艏門的特點

利用866客首艘客滾船項目,實現公司第一次高效承建高附加值客滾船,也是首次將三維一體設計用于艏門結構。艏門是客滾的重要結構,主要在艏門區域內還設有折疊的艏跳板、L型鉸臂和油缸等滾裝附件,因此艏門結構的復雜性可想而知。艏門形狀不規則,受力支撐臂完全鑲嵌在結構內部,結構受力復雜[1],同時又與艏門內部的鉸鏈臂、油缸等滾裝附件有較高協調性要求,因此在布置設計、結構校核以及制造安裝方面難度都比較大。

鑒于艏門布置和結構的復雜性,艏門的設計過程中需要在滾裝設備設計與船體結構設計之間進行反復迭代的協同和交互,這種交互是全過程的,在不同階段時間都互相依賴于雙方的輸入。而一般采用是以二維(2D)平面設計信息交互的艏門設計模式,以二維圖紙進行數據信息傳遞很難準確表達每一處重要節點。

設備廠商、上海設計院(SDARI)及船廠3方將需要的設計數據多次“翻譯”成自己所需的數據形式,這樣的轉換會降低設計效率,延長設計周期。因此,隨著設計理念、方法和設計軟件的不斷更新,國內外部分設計采用船舶三維一體化設計方法[2],嘗試對客滾船艏門設計,采用高效、精準的設計流程,提高設計效率和縮短設計周期。利用三維一體化設計,能有效實現設計信息數據的共享和即時反饋。通過時效的數據及模型共享,有利于直觀立體地呈現結構全貌,提前做好艏門前期各道工序策劃,對組立建造、滾裝附件預裝精度控制、合攏控制、艏門割縫劃線、切割等每道工序的進行管控,全方面為艏門的建造策劃和精度控制提供數據支持。

艏門項目能否建造成精品工程,取決于合理的三維一體化設計流程和建造精度;另外,艏門作為整個客滾船的建造周期的一個重點,也是降低綜合建造成本的關鍵點。

2 艏門建造控制點

艏門是客滾船的標志性結構,形狀不規則,在主船體結構中挖出一部份結構作為艏門,通過艏門兩側的油缸推動L型鉸鏈臂水平運動,從而使艏門向兩側開啟。L形鉸鏈臂完全鑲嵌在結構內部,結構受力復雜,同時又對開閉狀態的外觀有較高協調性的要求,在布置設計、結構校核、建造控制及安裝方面難度都比較大[3]。其建造精度對船舶的使用性能及船體艏部整體外觀質量影響很大。艏門建造精度將直接影響艏門的質量。考慮到施工特點和工藝水平,艏門建造一般為組立分道,大組整造建造方式[4]。

3 艏部結構前期策劃

由于分段劃分將艏門分為上下兩部分,涉及FG02C、FG03C、FG12P/S 4個分段組成,其中主要艏門結構在FG12P/S分段,該分段采用曲面+平面組立方式進行分道建造。而艏門建造中主要難點及控制點如下:艏門曲面中組時外板線型控制,L型鉸鏈臂兩端的眼板定位精度,密封槽預裝精度,錨穴在外板預裝精度、滾裝附件(如鉤頭鎖緊、止擋塊、鎖緊插銷)等精度、L型鉸鏈臂預緊力試驗、艏門割縫的劃線及切割精度等,對于這些控制點,采用以下措施。

3.1 工藝文件策劃交底

艏門分段建造前期,利用建造、精度控制等技術文件和策劃方案形式的交底會,提高各部門對于艏門分段的建造的立體認知。通過對艏門分段建造重點及控制點的策劃,從艏門壓條的預制、曲面外板上胎、滾裝附件的預制等工序進行跟蹤控制,確保結構及滾裝附件達到設計標準。

3.2 組立策劃

對船體部份結構及艏門結構分別以曲面組立形式建立各自的外板曲面胎架,安裝組立相應的縱橫向框架結構,再以艏部船體結構的平臺作為大組基面,安裝艏門組立。這樣,可實現空間分道,時間有序,方便艏部船體分段與艏門可以同步施工,施工作業條件相對較好,減少狹小空間施焊。由于艏門沒有船體結構作為支撐約束,在建造中不能直觀體現艏門結構與船體結構之間的構件連接關系,容易產生縱、橫及扭曲變形[5],必要時需增加臨時邦材輔助,減少焊接變形。

3.3 滾裝附件安裝策劃

艏門四周均設有相應的配合協調的、止擋塊、鎖緊插銷、密封槽和L型鉸鏈臂眼板等附件,針對這些滾裝附件安裝精度,在前期策劃時,將相關精度控制項匯總,并標出哪些必須保證,哪些可以適當放寬,見表1。

表1 滾裝附件安裝精度 mm

3.4 艏門劃線切割策劃

艏門的成功與否,最后是靠艏門開啟來驗證的,因此對于艏門劃線切割是重中之重,針對艏門劃線切割提前做好相關策劃方案,并進行模擬切割,以便驗證最后在艏門時切割的精度。艏門劃線切割示意于圖1。

圖1 艏門劃線切割示意

4 前期艏門曲面組立建造控制難點

前期艏門在曲面組立建造中,考慮到艏門割線精度問題,在以曲面上胎階段,將艏門的割縫線及提前放出,并配合鉆孔方式,減少塢內高空描線作業難度及時間,為后續艏門劃線提供基準點。通過圖2可以,艏門切割線精度在10(0～5)mm,提前在曲面組立階段劃線鉆孔方式,可有效提前劃線精度,避免艏門分段合攏后在塢內高空作業下外板盲目找線的困難,節省塢內高空作業的時間,提高外板劃線的精度,通過該形式也促進了分段在曲面建造中的精度要求。艏門曲面組立階段鉆孔示意于圖2。

圖2 艏門曲面組立鉆孔示意

5 密封槽的預裝定位精度控制

密封槽主要為艏門密封而設置的,分為艏門邊框密封槽和艏門前端密封槽,其中艏門邊框密封槽基本為不規則密封槽,并且密封槽隨線型變化而設,因此該位置的精度控制要求較高,安裝的難度也大,密封槽直線度±2/2 000 mm。密封槽需在曲面組立建造階段定位,車間根據圖紙,結合精控的全站儀輔助定位,最后通過對密封槽定位復測把關,對存在的問題要求現場及時修正,保證密封槽定位整體精度。由于密封橡皮只能在艏門開啟狀態下安裝,通過提前對密封槽提前預裝方式,減少塢內高空作業時間。密封槽現場安裝示意于圖3。

圖3 封槽安裝示意

6 相關附件定位預裝精度控制

由于艏門配合的滾裝附件較多,艏門不僅需要關注L臂鉸鏈安裝精度,對于其他配合鉤頭鎖緊、止擋塊、鎖緊插銷等限位附件的定位精度同樣需要嚴格控制。例如,艏門前部的鉤頭鎖緊裝置眼板定位預裝要求高,預裝精度控制難度較大,鉤頭裝置眼板(共計3塊FR260,2 塊/FR268,1 塊)定位精度±1 mm,焊后應控制開檔及眼板高度差應均在0～2 mm,焊后眼板垂直度在0～2 mm。鉤頭裝置安裝示意于圖4。

通過對所有滾裝附件定位精度監控及焊接變形的細化,可有效提升附件安裝的合格率;另外,前期的精心策劃及與車間的工藝交流,可有效降低錯位的風險。

7 艏門L型臂鉸鏈安裝定位精度控制

艏門主要的附件為L臂的鉸鏈,該鉸鏈的精度涉及艏門能否安全打開,為了保證L臂主鉸鏈的安裝精度,在主鉸鏈定位安裝時拉線確定艏門鉸鏈中心線,以鉸鏈臂軸套內孔中心為基準,采用鋼絲拉線定位,再利用假軸配合鉸鏈雙眼板。在以假軸定位鉸鏈臂軸套及鉸鏈雙眼板時,應保證假軸中心與鉸鏈中心線的同軸度≤0.1 mm。經檢驗鉸鏈中心線符合設計要求后,實施軸套與臂、鉸鏈雙眼板與主船體的焊接,施焊過程中觀察假軸的變化,要邊轉動邊調整邊測量,對稱施焊,及時檢測,并隨時調整焊接順序。完成焊接后,整體對L型臂鉸鏈點位置加設預緊力,從而保證后期艏門在開啟后不會因為艏門自重原因而下沉,最后影響艏門使用。現場L型臂鉸鏈處做預緊力示意于圖5。

圖5 L型壁鉸鏈處預緊力示意

8 艏門劃線開啟

所有的艏門附件工程結束后,最后進行艏門劃線、切割、開啟。對艏門劃線是重中之中,艏門劃線的精度,將反映出開啟后艏門的線型美觀問題。

艏門分段合攏后借助全站儀在外板上找點,并連接成艏門外形,通過修飾外板上艏門的各點,最后再切割,由于分段、合攏各階段累計誤差,導致后期找點會存在較大誤差。通過對1號船的跟蹤及后續船的改進,在曲外板放線階段,將鉆孔加密,每檔肋位鉆一個孔,另外對于肋位之間弧長較長的位置、切割線上折角、圓弧的位置適當加密鉆孔,并將外板上切割線位置做涂裝保留。鉆孔加密、做涂裝保留,便于合攏后切割線直接連線,一方面提高劃線效率,另一方面保證劃線精度,為艏門切割的精準性、整體美觀性及開啟提供有力支撐。從最終切割的情況來看,艏門切割劃線精度符合廠家要求,最后通過艏門的開啟、關閉來驗證艏門附件與結構配合的精度。艏門開啟狀態示意于圖6。

圖6 艏門開啟狀態示意

9 結論

艏門的成功開啟驗證了對于艏門從建造至切割到開啟的精度控制有效。

艏門不僅涉及船體結構的裝配精度、焊接變形,還涉及滾裝設備附件安裝定位的精度,主要有以下要點。

1)結合三維一體化設計模型,進行建造精度策劃。

2)優化艏門外板劃線鉆孔方式,減少塢內盲目劃線,提高精度及節省作業時間。

3)錨穴在曲面中的狀態及成功預裝。

4)L型鉸鏈臂眼板及滾裝附件安裝精度的定位完善整個滾裝的策劃。

5)分段按組立分道形式建造方式,節省整體建造時間,大幅改善焊接角度問題。

通過以上措施能大幅降低建造難度,減少仰焊作業大量,減少滾裝附件眼板高空定位風險,提高附件裝配精度,解決在狹小空間施焊難的問題。另外通過組立建造有效控制焊接變形,提高合攏階段精度。