船用門式吊機(jī)軌道的安裝

潘品鋒　金壬鋒

摘要：本文通過對(duì)甲板門式吊機(jī)底部?jī)筛壍涝诖凹装迳系陌惭b節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、安裝階段及精度測(cè)量控制等方面進(jìn)行分析，確保吊機(jī)性能滿足船舶在各種復(fù)雜工況及不利條件下的可靠運(yùn)行。也為同類型吊機(jī)軌道設(shè)計(jì)安裝及精度測(cè)量提供參考。

關(guān)鍵詞：門式吊機(jī)；軌道安裝；大湖型

中圖分類號(hào)：U657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）07-0036-03

1 概述

船舶貨艙內(nèi)貨物的吊運(yùn)作業(yè)主要依靠船上配備的起重設(shè)備或使用港口及碼頭上的起重設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。目前大部分散貨船、多用途船、集裝箱船等船上比較普遍的配置了一般型式油缸或鋼絲繩變幅回轉(zhuǎn)起重機(jī)。而門式吊機(jī)根據(jù)船型特點(diǎn)、作業(yè)環(huán)境、工作用途、船東使用需求等因素，在特定船型上也得到了廣泛的應(yīng)用。

本文以某3萬噸級(jí)大湖型散貨船為例，該船貨艙區(qū)域主甲板上配置了一臺(tái)安全工作負(fù)荷為19t的甲板門式吊機(jī)，吊機(jī)主要服務(wù)于貨艙艙口蓋的開啟及關(guān)閉，以及貨艙內(nèi)部分貨品的裝卸等用途。吊機(jī)由龍門架，操縱臺(tái)，行走機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)，軌道系統(tǒng)等5大部分組成。吊機(jī)在1號(hào)貨艙到5號(hào)貨艙之間沿船長(zhǎng)方向縱向行走作業(yè)，其軌道跨距（即兩根軌道中心之間的距離）為18580mm，橫跨于貨艙艙口蓋兩側(cè)（見圖1），單根軌道總長(zhǎng)度約為176m。

由于軌道跨距大，吊機(jī)行走長(zhǎng)度長(zhǎng)，且船舶貨艙兩側(cè)甲板建造精度、合攏誤差等因素給船上安裝帶來了一定的難度。因此，需要尋求一種即方便又可靠的安裝方法，以保證軌道系統(tǒng)在船舶甲板上的準(zhǔn)確定位及安裝，保證吊機(jī)的正?？煽窟\(yùn)行。

2 安裝方案分析

簡(jiǎn)要概括陸用工程中門式吊機(jī)軌道的安裝方法，大致有以下幾種：

（1）壓板固定法：軌道用壓板進(jìn)行固定的一種型式，即通過壓板螺栓旋緊后將軌道緊固在軌道梁上的方法。在一般情況下，為了進(jìn)行水平方向的調(diào)整，軌道壓板上的孔需要做成長(zhǎng)孔；而垂直方向的調(diào)整，可在軌道下增加墊板。此種方法較為簡(jiǎn)單，但需要提供調(diào)整用的墊板規(guī)格及數(shù)量較多。

（2）鉤形螺桿固定法：軌道腰部鉆孔后用鉤形螺桿進(jìn)行連接的一種形式，即由螺栓將聯(lián)接件固定在軌道梁上，鉤形螺栓從軌腰孔穿過，再用螺母將軌道固定。如果固定在鋼支承軌梁上，翼緣板的寬度不大于400mm，否則鉤形螺桿就需要很長(zhǎng)，降低其牢固性。

（3）焊接與螺栓聯(lián)用固定法：先在地面上將具有長(zhǎng)孔的墊片焊在鋼軌或方軌的底部，然后在吊裝到承軌梁的地腳螺栓上面進(jìn)行固定。這種方法要求地腳螺栓的安裝和墊板的焊接都應(yīng)準(zhǔn)確，否則會(huì)使孔與螺栓對(duì)不準(zhǔn)，造成安裝困難。

基于上述幾種安裝方法比較分析，在設(shè)計(jì)時(shí)，我們初步確定該船上的軌道安裝方案，擬采用壓板固定法來固定軌道（見圖2）。此種方法，從結(jié)構(gòu)型式來講，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，且對(duì)安裝調(diào)整及安裝精度也能得到較好的控制。但經(jīng)過不斷反復(fù)推敲，我們覺得此種方法，對(duì)船廠而言，船體分段的建造精度、甲板平整度及軌道定位精度等好壞非常關(guān)鍵，如果沒有得到很好的控制，那么將直接影響軌道下方墊板數(shù)量、規(guī)格的增加及螺栓的調(diào)整所帶來大量制作、安裝調(diào)整工期及綜合成本；另外，對(duì)船東而言，后續(xù)定期對(duì)壓板的緊固檢查及維護(hù)所帶來的人工成本將增加很多。

因此，綜合上述分析，最終確定采用將軌道直接焊接在支撐座上的方式來替代壓板螺栓固定。并且結(jié)合選定的軌道長(zhǎng)度，對(duì)相鄰兩段銜接的軌道則通過采用魚尾板進(jìn)行螺栓固定的方法來安裝（見圖3）。此種方法同時(shí)也獲得了船東及船級(jí)社的認(rèn)同，具體實(shí)施方案如下：

（1）甲板門式吊機(jī)的行走軌道選用38#重軌。

（2）根據(jù)軌道的總長(zhǎng)度，將其分割成若干段，每段軌道擱置在等距布置的甲板支撐座上（支撐座采用32C槽鋼）。支撐座底部與甲板之間布置墊板。

（3）對(duì)擱置在支撐座上的軌道進(jìn)行焊接（角焊），軌道端部采用60°削斜進(jìn)行處理。兩段相鄰軌道的銜接位置布置在支撐座正上方，調(diào)整軌道之間間距-6mm，其中對(duì)一段軌道與支撐座進(jìn)行焊接，另一段則不做焊接處理。

（4）每?jī)啥诬壍楞暯犹幫ㄟ^設(shè)置魚尾板來連接固定。

3 安裝關(guān)鍵點(diǎn)分析

3.1 軌道系統(tǒng)在船上的安裝階段分析

3.1.1 軌道、支撐座及墊板安裝

根據(jù)確定的軌道安裝方案（見圖3），考慮到分段壓載艙涂層保護(hù)（PSPC）的要求，為了避免和減少后續(xù)甲板面墊板焊接對(duì)壓載艙內(nèi)涂層造成的破壞。因而，在相應(yīng)分段建造階段，將支撐座與甲板之間的墊板在相應(yīng)分段中定位焊接完畢。墊板在分段上提前安裝對(duì)船體分段建造精度來說是一大考驗(yàn)，分段建造精度好壞及墊板定位準(zhǔn)確性，將影響下道工序?qū)χ巫蛙壍赖陌惭b調(diào)整周期。

對(duì)于軌道與支撐座的安裝，可根據(jù)每段軌道的分布，在車間內(nèi)將軌道和支撐座進(jìn)行焊接，使安裝工序得到前移。焊接前，在軌道及支撐座上方分別做好中心線標(biāo)記，以便準(zhǔn)確定位。車間內(nèi)焊接到位的好處是除了節(jié)約后道工序的工期外，還可以方便軌道與支撐座間焊接處理，更好的保證焊接質(zhì)量及控制軌道與支撐座之間的相對(duì)安裝精度。

3.1.2 軌道及支撐座碼頭階段安裝

船舶下水后，因船舶本身隨著水流等外力作用，船體中心線及船舶甲板表面很難單純通過儀器去測(cè)量找水平。從而給軌道及支撐座的定位精度、測(cè)量檢驗(yàn)帶來諸多的不準(zhǔn)確性，無疑給安裝增加了難度，一般不建議在此階段去安裝定位軌道及支撐座。

3.1.3 軌道及支撐座船塢階段安裝

船舶在船塢或船臺(tái)大合攏后，再安裝軌道及支撐座，是當(dāng)前優(yōu)先考慮及選取的安裝階段。該階段可近似認(rèn)為船舶處在靜止?fàn)顟B(tài)，易于通過儀器及各種工裝來實(shí)現(xiàn)軌道及支撐座的定位及獲得更好的精度控制。

3.2 軌道安裝偏差修正分析

該安裝方案，主要根據(jù)軌道理論安裝高度，適當(dāng)修割支撐座來確保軌道的安裝符合公差范圍的要求。對(duì)于局部因分段建造精度、甲板變形等原因產(chǎn)生的較大偏差，可通過調(diào)整甲板上已安裝的墊板厚度或其它可行方案進(jìn)行修正。

4 安裝公差及檢驗(yàn)要點(diǎn)

4.1 安裝公差

根據(jù)本船吊機(jī)工作用途，軌道敷設(shè)后用于永久性服務(wù)工作。因此，安裝公差按國家標(biāo)準(zhǔn)《起重機(jī)車輪及大車和小車軌道公差》中的3級(jí)公差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

（1）兩根軌道之間安裝基準(zhǔn)中心線的公差范圍：即軌道中心之間跨度的公差應(yīng)符合當(dāng)跨距大于16m時(shí)，兩側(cè)軌道中心間距公差為±[8+0.25（S-16）]mm，極限值為+20mm。

（2）起重機(jī)軌道在水平投影面內(nèi)的位置（見圖4）：在軌道全長(zhǎng)任一點(diǎn)處，軌道頂部水平投影面內(nèi)的直線度公差20mm。隨機(jī)抽樣軌道檢測(cè)長(zhǎng)度2000mm范圍內(nèi)的任一點(diǎn)處，軌道頂部水平投影面的直線度公差為b=2mm。

（3）起重機(jī)軌道頂部高度差（見圖5）：軌道全長(zhǎng)范圍內(nèi)任一點(diǎn)處，在與之成直角方向上相對(duì)應(yīng)的兩軌道測(cè)量點(diǎn)之間高度差為E=±2S，極限值為+20mm。

4.2 檢驗(yàn)要點(diǎn)

測(cè)量?jī)筛壍乐g的跨距、直線度公差，按下列方法進(jìn)行：選用全站儀進(jìn)行各相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量（全站儀的測(cè)量方法在本文中不在進(jìn)行詳述），測(cè)量后對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并與理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

4.2.1 選用鋼卷尺進(jìn)行跨距測(cè)量方法

測(cè)量時(shí)應(yīng)在無風(fēng)的，船體不受陽光暴曬情況下，一般宜在傍晚或陰天進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)鋼卷尺不得擺動(dòng)并自然下垂。

起重機(jī)軌道跨度的偏差應(yīng)按照下式進(jìn)行計(jì)算：

AS=S1+Al+A2+A 3-So

其中各個(gè)符號(hào)含義如下所示：

AS為軌道跨度的偏差（mm）；

S₁為軌道跨度實(shí)測(cè)值（mm）；

△₁為鋼卷尺計(jì)量修正值（mm，可由計(jì)量部門提供）；

△₂為鋼卷尺修正值（mm，按照表1查詢后選?。?/p>

△₃為溫度修正值（mm）；

S₀為軌道跨度理論值（mm）。

溫度修正值（△₃）可按照下式進(jìn)行計(jì)算：

△₃=a·S₀（t-20）

其中各個(gè)符號(hào)含義如下所示：

其中a為鋼卷尺膨脹系數(shù)11.5×10^-6；t為測(cè)量時(shí)的實(shí)際溫度C°：

4.2.2 檢測(cè)軌道直線度方法

基于軌道的理論安裝高度，設(shè)置兩等高支架，并分別置于兩根軌道外側(cè)（見圖6），布置一根直徑為0.5mm的鋼絲，并拉緊，用鋼尺測(cè)量鋼絲與軌道頭側(cè)面間的距離。在軌道全長(zhǎng)范圍內(nèi)，隨機(jī)抽樣檢查的軌道長(zhǎng)度應(yīng)不大于2000mm。選取鋼絲與軌道頭側(cè)面間距的最大值與等高支架之差，即是該軌道頂部的水平直線度。

5 軌道焊接要求

軌道與支撐座間的焊接要求采用如下方法：

（1）采用手工電弧焊，焊條采用直徑3.2mm的J507堿性焊條，焊條在使用前需要經(jīng)過350-400C°的1-2小時(shí)烘焙，使用時(shí)需要放保溫桶內(nèi)進(jìn)行保溫處理。

（2）焊接處20mm范圍內(nèi)鐵銹，毛刺，油污應(yīng)清除干凈。

（3）在每段軌道與支撐座的焊接位置應(yīng)預(yù)熱至120-150C°，預(yù)熱溫度要求均勻，嚴(yán)禁表面溫度過高產(chǎn)生氧化或過燒現(xiàn)象。

（4）裝配過程中應(yīng)避免強(qiáng)制裝配，裝配固定時(shí)定位焊的質(zhì)量應(yīng)與施焊的焊縫質(zhì)量相同，有缺陷的定位焊（包括咬肉，氣孔，夾渣，裂紋，弧坑等）應(yīng)在施焊前清除干凈。

（5）由于采用小直徑焊條，經(jīng)過三道焊接后保證焊腳高度為至少6mm。注意：軌道焊在支撐座縱向角焊縫和底部橫向角焊縫連接處的光順過渡，交點(diǎn)處的包角焊高度加大到8mm。

（6）進(jìn)行多道焊時(shí)，每一道焊接的接頭應(yīng)相互錯(cuò)開，在焊接下道焊縫前，應(yīng)將上道焊縫的焊渣、氣孔及裂紋等缺陷徹底清除，方可進(jìn)行下一道焊縫的焊接。

（7）軌道焊接完成后，保溫至少1小時(shí)，并冷卻至環(huán)境溫度。

6 結(jié)束語

門式吊機(jī)的軌道系統(tǒng)在船舶甲板上的合理安裝方法的設(shè)計(jì)、可靠的定位安裝及有效的各項(xiàng)精度公差的控制，對(duì)吊機(jī)本身的工作安全、高效服務(wù)、使用壽命及維護(hù)成本等有著深遠(yuǎn)影響。此外，也直接影響到船舶貨物的裝卸貨周期及營運(yùn)效益。借以本文對(duì)門式吊機(jī)軌道的安裝探討，也希望為后續(xù)其它船舶上門式吊機(jī)的軌道安裝應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)參考。實(shí)踐證明，該大湖船營運(yùn)兩年多來，吊機(jī)及軌道運(yùn)行良好。