集裝箱船導(dǎo)軌架制作方法和安裝精度

劉平革

(金海重工股份有限責(zé)任公司， 浙江 岱山 316200)

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集裝箱船導(dǎo)軌架制作方法和安裝精度

劉平革

(金海重工股份有限責(zé)任公司， 浙江 岱山 316200)

摘要集裝箱船導(dǎo)軌架是集裝箱入艙的軌道。為了方便快捷安全地將集裝箱準(zhǔn)確地定位并送入或取出貨艙，應(yīng)對(duì)集裝箱的導(dǎo)軌架制作和安裝精度提出很高的要求。

關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)和建造精度要求

0前言

集裝箱船導(dǎo)軌架是在貨艙內(nèi)裝載集裝箱的專用設(shè)備，它是按集裝箱的尺寸和一定公差將貨艙劃分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的單元，這樣能有效地避免集裝箱在航運(yùn)過程中出現(xiàn)倒塌或撞擊船體構(gòu)件的危險(xiǎn)，且不需要其它任何的固定裝置。導(dǎo)軌架本體包括兩根并排垂向豎立的角鋼(一般尺寸為：L150×150×15的船用A級(jí)鋼)，由貨艙底直接伸到艙口，上端斜向?qū)ь^與橫向艙口圍連接，起引導(dǎo)集裝箱裝卸的作用[1]，另外在本體角鋼上安裝了與船體連接的各種結(jié)構(gòu)件(命名為:連接板),起固定導(dǎo)軌的作用。同時(shí)，底部安裝加厚覆板起調(diào)整集裝箱水平度的作用。

1設(shè)計(jì)

1.1導(dǎo)軌架制作精度控制

下面列出了導(dǎo)軌架制作精度要求：

(1) 單根導(dǎo)軌(艙壁角隅處)。直線度±2 mm，極限±4 mm～6 mm(見圖1(a))。

(2) 雙拼導(dǎo)軌。線度±2 mm，極限±4 mm～6 mm(見圖1(b))。

(3) 導(dǎo)頭組裝。扭曲度±2 mm(見圖1(c))。

導(dǎo)軌架建造精度要求如表1所示。

要達(dá)到如上的精度要求，就要對(duì)主船體分段的制造和大合攏精度提出較高的要求。貨艙各導(dǎo)箱軌直接安裝在縱橫艙壁上,橫艙壁的垂直度,平面度以及艙口的長度、寬度,四角平整度要滿足公差要求,這也是導(dǎo)軌船型制造安裝的難點(diǎn)。因?yàn)橹挥兄鞔w橫艙壁分段的垂直，水平度滿足了±2 mm公差范圍要求，才能保證導(dǎo)軌架安裝在上面滿足整體精度要求。因此，集裝箱導(dǎo)軌架制作安裝能否達(dá)到精度要求,關(guān)鍵在精度控制[2]。

圖1　導(dǎo)軌架制作精度控制

單根導(dǎo)軌架直線度/mm雙拼導(dǎo)軌架直線度/mm導(dǎo)頭組裝扭曲度/mm單根導(dǎo)軌架垂直度/mm相鄰兩導(dǎo)軌架平面度差值/mm導(dǎo)軌組和件精度要求±2±2±1±2±2導(dǎo)軌制作件精度要求±2±2±1±2

1.2制作原材料的檢驗(yàn)把關(guān)

對(duì)生產(chǎn)廠商提出相應(yīng)的公差范圍，保證來料的精度。并對(duì)來料抽檢，對(duì)超差進(jìn)行校正?？梢杂行У乇ＷC角鋼的直線度，防止扭曲變形的發(fā)生。對(duì)工廠自制的零部件，從設(shè)計(jì)放樣起，就進(jìn)行精度控制，盡量使零件通用化，規(guī)格化，統(tǒng)一控制。在制作時(shí)，采用靠?；蛘邩影迨沽慵葘?duì)樣制作。關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵工序嚴(yán)格把關(guān)，保證制作公差在許可范圍內(nèi)。

1.3分段完工測(cè)量與精度控制

分段制造完工后，根據(jù)分段檢驗(yàn)線(2 000 mm 直剖線、21 000 mm水線)來測(cè)量分段整體尺寸，分段要滿足規(guī)定精度要求(檢驗(yàn)線在施工圖里都已標(biāo)出，切割時(shí)在相應(yīng)的零件上噴粉標(biāo)出檢驗(yàn)線，確保檢驗(yàn)線的準(zhǔn)確性，如圖2和表 2所示。

圖2　分段完工測(cè)量圖

項(xiàng)目測(cè)量位置管理基準(zhǔn)/mm允許范圍/mm船寬方向B1、B2、B3、B4±3±5船高方向L1、L2、L3±3±5船長方向H1±3±5平臺(tái)結(jié)構(gòu)間距H2、L4±2±4縱向結(jié)構(gòu)間距H3、B5±2±4壁板對(duì)角線長度D1、B2±3±5橫隔艙頂板對(duì)角線長度D3、B4±3±5壁板水平度、直線度±3±5橫隔艙頂板水平度、直線度±2±3

因橫隔艙分段以肋位面為基面制造，B1、B2、B3為船寬方向尺寸，是以 2 000 mm 直剖線為起點(diǎn)向分段左右兩側(cè)分段縫測(cè)量所得尺寸。 L1、L2、L3為船高方向尺寸，是以 21 000 mm 水線為起點(diǎn)向分段上下兩側(cè)測(cè)量所得尺寸。H1、H2、H3為船長方向尺寸。 D1、D2、D3為對(duì)角線尺寸。

1.4橫隔艙預(yù)總組精度控制

橫隔艙分段完工精度合格后，首先把橫隔艙左右舷分段運(yùn)輸?shù)椒侄晤A(yù)合攏安裝導(dǎo)軌架擱墩上。激光經(jīng)緯儀掃描擱墩水平。保證擱墩上平面滿足±1 mm 精度。

其次，將分段放置擱墩上，使用激光經(jīng)緯儀調(diào)整分段硬檔處水平±2 mm 范圍。由于采用分段不翻身安裝導(dǎo)軌架，同時(shí)為保證左右舷整體橫艙壁導(dǎo)軌安裝精度，采用分段預(yù)合攏形式安裝導(dǎo)軌架。

橫隔艙預(yù)總組精度控制如圖3所示，圖3中21 000 mm水線左右分段對(duì)應(yīng)誤差為±2 mm；2 000 mm、10 000 mm直剖線左右分段平行度和兩線之間距離誤差為±2 mm；左右分段相鄰導(dǎo)軌間距為 2 463 mm，間距誤差為±2 mm；左右分段水平誤差為±3 mm。

圖3　橫隔艙預(yù)總組測(cè)量圖

1.5導(dǎo)軌架預(yù)裝及其精度控制

為了使橫艙壁理論面與導(dǎo)軌之面在同平面內(nèi)，安裝導(dǎo)軌時(shí)必須設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的基面作為導(dǎo)軌連結(jié)板劃線的參照物，標(biāo)桿規(guī)格 L6 mm×63 mm×63 mm×400 mm，標(biāo)桿安裝如圖4所示。

標(biāo)桿數(shù)量：12 根。

標(biāo)識(shí)高度：185 mm 及 335 mm。

要求：(1) 扣除板厚； (2) 應(yīng)拷?jīng)_眼。

圖4　標(biāo)桿的安裝

導(dǎo)軌架預(yù)裝精度：

(1) 導(dǎo)軌面水平度(任何一點(diǎn))±2 mm，極限±4 mm～6 mm(見圖5)。

(2) 導(dǎo)軌間距 2 463 ±2 mm(極限±3 mm )。

圖5　導(dǎo)軌面水平度

1.6導(dǎo)軌架安裝

導(dǎo)軌擱墩應(yīng)設(shè)在強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，用激光經(jīng)緯儀掃水平。將木枕調(diào)整到±1 mm 精度。

1.6.1導(dǎo)軌架安裝劃線

以 2 000 mm 直剖線(為理論線)為始點(diǎn)，向左右側(cè)劃線制左 1、左 2、左 3、左 4、左 5……或右 1、右 2、右 3、右 4、右 5……軌架的安裝位置線。具體劃線的數(shù)據(jù)按照安裝圖紙的尺寸，以 2 000 mm 直剖線為理論線，使用鋼帶向兩側(cè)劃線，注意劃線的累計(jì)誤差(見圖6)。艙壁一側(cè)軌架安裝后，用蕩線法將結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)線、導(dǎo)軌安裝線反駁至另一側(cè)艙壁面上。導(dǎo)軌間距管理基準(zhǔn)誤差為±2 mm，允許誤差范圍為±3 mm。

圖6　導(dǎo)軌架安裝圖

1.6.2導(dǎo)軌架定位

(1) 左右定位。根據(jù)軌架中心線，并用保距規(guī)檢測(cè)，以保距規(guī)為準(zhǔn)。

(2) 上下定位。以艙圍面板上緣為基準(zhǔn)面向下量取 900 mm 檢驗(yàn)線作為導(dǎo)頭中點(diǎn)的定位依據(jù)，但也要顧及連結(jié)板與船體構(gòu)件的不重合度應(yīng)≤1/3 板厚。

(3) 高低定位，軌架用馬板調(diào)整軌面水平后，根據(jù)實(shí)高減去標(biāo)桿尺寸，即為余量。

用木塊劃去余量并切割，切割后清除殘?jiān)?，即可定位?/p>

(4) 軌架定位后，用保距規(guī)對(duì)每框的開檔進(jìn)行復(fù)檢，并用激光經(jīng)緯儀檢測(cè)每根導(dǎo)軌與 15 m水平檢驗(yàn)線的角尺度(垂直度)。

1.6.3“五線”駁劃

艙壁一側(cè)軌架安裝后，用蕩線法將船體中心線、直剖線、水線和每根軌架線，反駁至另一側(cè)艙面上。

1.6.4檢驗(yàn)與測(cè)量

圖7為施工人員使用水平儀對(duì)導(dǎo)軌架進(jìn)行水平測(cè)量和測(cè)距儀進(jìn)行寬度測(cè)量。

圖7　導(dǎo)軌架的水平和寬度測(cè)量

1.6.5軌架焊接

在進(jìn)行裝配焊接時(shí)，應(yīng)對(duì)稱施焊，控制焊工人數(shù)，每根導(dǎo)軌架施焊人數(shù)不超過2人，控制變形，確保與導(dǎo)軌角鋼的光順連接，直線度達(dá)到±1 mm的標(biāo)準(zhǔn)。為減少因集中熱應(yīng)力變形產(chǎn)生的影響，要求裝配與電焊交錯(cuò)施工。焊接時(shí)采用熱應(yīng)力較小的CO2焊接，改變先裝配后集中焊接的常規(guī)方式。

1.6.6最后吊裝導(dǎo)軌架

導(dǎo)軌架 24 m以下長度，吊裝時(shí)易產(chǎn)生彎曲和扭曲變形，故須采用 15 m左右長度的吊排。

把軌架按編號(hào)左 1#～左 8#吊至艙壁標(biāo)識(shí)的位置上。在分段上完成導(dǎo)軌架安裝后，在搭載前需吊運(yùn)或翻身，在工法上需注意吊排的使用和吊碼點(diǎn)的設(shè)置，必要時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)，以防吊運(yùn)時(shí)產(chǎn)生變形，導(dǎo)軌架吊裝過程如圖8所示。

圖8　導(dǎo)軌架的吊裝

1.6.7橫隔艙總組分段搭載和橫隔艙總段定位安裝

橫隔艙總段塔載圖如圖9所示，其定位安裝步驟如下：

(1) 橫隔艙總段艙壁對(duì)準(zhǔn)內(nèi)底板上肋位線。

(2) 橫隔艙總段中心線對(duì)準(zhǔn)內(nèi)底板的中心線。

(3) 用激光經(jīng)緯儀將橫隔艙總段上的 21 000 mm水線與左右舷側(cè)分段高度定對(duì)。

(4) 用激光經(jīng)緯儀將橫隔艙總段上的左、右舷水平定對(duì)。

(5) 分段定位結(jié)束后，將橫隔艙總段固定在內(nèi)底板上，隔艙搭載時(shí)前后壁焊焊接兩只 A-20T 吊碼，安裝位置在總段 2/3 高度處的硬檔，然后用纜風(fēng)繩以和艙壁成 30°夾角拉緊并將纜風(fēng)繩另一端固定在內(nèi)底板相應(yīng)位置的 A-20T 吊碼上。定位焊完成確認(rèn)安全穩(wěn)妥后，吊車方可脫鉤。(纜風(fēng)繩要求：φ 20 mm 及以上)。

(6) 進(jìn)行裝配、焊接工作。分段在焊接過程中要經(jīng)常檢查艙壁垂直度標(biāo)準(zhǔn)偏差±5 mm。

圖9　橫隔艙總段搭載圖

圖 10　貨艙導(dǎo)軌面間距及精度

1.6.8集裝箱吊箱進(jìn)艙試驗(yàn)

船舶狀態(tài)在維持艏艉吃水差不大于 2 m，橫傾不大于 3°，然后逐個(gè)吊裝集裝箱使其順利到達(dá)內(nèi)底，再檢查內(nèi)底平面不平度及導(dǎo)箱軌與集裝箱的間隙[3]。集裝箱入艙及導(dǎo)軌架間隙允許公差如圖11所示。

圖11　集裝箱入艙與導(dǎo)軌架間隙允許公差示意圖

2船廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

2.1集裝箱導(dǎo)軌架安裝方案

根據(jù)制造集裝箱船導(dǎo)軌架所在廠里的認(rèn)知，集裝箱導(dǎo)軌架安裝大概可以分如下三個(gè)方案考慮安裝導(dǎo)軌架：第一，導(dǎo)軌架按肋位號(hào)單獨(dú)制造后，再一一將其吊入船塢安裝，這樣的操作方式工序麻煩，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，焊接困難，還需搭載腳手架，安裝不方便，精度也達(dá)不到很高的要求。第二，導(dǎo)軌架單獨(dú)全部制造好后，通過平板小車把導(dǎo)軌架運(yùn)輸?shù)椒侄慰偨M外場(chǎng)地，在總組場(chǎng)地而不是在船塢安裝。在這里，也有兩種方法安裝，一種是安裝橫艙壁一面導(dǎo)軌架后，然后再翻身安裝另一面，另一種是學(xué)習(xí)韓國先進(jìn)造船模式，采用橫艙壁不翻身安裝另一面導(dǎo)軌架，兩面導(dǎo)軌架安裝同時(shí)進(jìn)行，下面的安裝是通過特制的工裝(軌道小車，可上下伸縮，前后滾動(dòng))將導(dǎo)軌架準(zhǔn)確定位安裝在橫艙壁的另一面(如圖12所示)，這樣的操作方法優(yōu)點(diǎn)是總組場(chǎng)地寬大，便于安裝調(diào)試和焊接操作，但缺點(diǎn)是對(duì)船體橫艙壁分段制作精度要求較高，易造成導(dǎo)軌架連接板與橫艙壁平臺(tái)錯(cuò)位嚴(yán)重，難以滿足≤1/3較小板厚的公差范圍要求。第三，是將導(dǎo)軌架和橫艙壁分段一起制作，也就是把導(dǎo)軌架看作是橫艙壁分段內(nèi)的構(gòu)件，同時(shí)在分段制作時(shí)完成。這種方法基本消除了導(dǎo)軌架與橫艙壁分段錯(cuò)位的問題，但對(duì)于建造后合于導(dǎo)軌架一起的分段其垂直度和水平度要求很高，須能保證放入船塢內(nèi)不受影響，此橫艙壁分段要垂直底部分段，不能絲毫傾斜，要便于集裝箱能順利沿軌道入艙。

圖12　小車實(shí)圖

2.2導(dǎo)軌架安裝方案選擇

綜上所述優(yōu)缺點(diǎn)的權(quán)衡，筆者以為采用第三方案再融合第二方案不翻身安裝，同時(shí)部分影響船塢搭載分段的導(dǎo)軌架部件可以采取船塢散裝的方式建造比較合理。要實(shí)施這種方案，需編制科學(xué)的橫艙壁制作工藝，在分段與導(dǎo)軌架在制造車間合成制作時(shí)，品保部要嚴(yán)格把關(guān)，并要編制關(guān)鍵部件的關(guān)鍵施工工藝，每安裝一根導(dǎo)軌架焊前焊后報(bào)檢，嚴(yán)格控制焊接變形。整體安裝完畢后，通過激光測(cè)量整個(gè)橫艙壁的水平度和垂直度，也就是導(dǎo)軌架的上表面的水平度以及導(dǎo)軌之間的距離均要滿足精度要求±2 mm范圍內(nèi)。安裝導(dǎo)軌的工序越往前對(duì)于船廠而言效率就越高，特別在分段制造階段可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌與分段一起沖砂、涂裝，滿足了現(xiàn)代化造船的殼、舾、涂一體化的建造要求[4]。另外，對(duì)于導(dǎo)軌架連接板與平臺(tái)飛邊對(duì)接處(較難達(dá)到對(duì)接精度要求)和導(dǎo)軌架下口連接板碰到舷側(cè)分段阻礙橫艙壁導(dǎo)軌架入塢的情況也可采用船塢散裝安裝方式。

針對(duì)導(dǎo)軌架連接板在與分段平臺(tái)對(duì)接錯(cuò)位(船體構(gòu)件的不重合度)精度要滿足在1/3較小板厚范圍內(nèi)的要求，在制作方面上就需要特定的工藝方法和工裝設(shè)備來保證。首先導(dǎo)軌架制作要有特定胎架工裝設(shè)備來保證導(dǎo)軌架制作的精度,如圖13所示，特別需要從焊接方法及加固加強(qiáng)工裝來考慮控制橫艙壁分段平臺(tái)變形問題，從而滿足平臺(tái)水平、垂直度及平臺(tái)間距精度要求。這些是關(guān)鍵，兩個(gè)大片體組件精度都要達(dá)到要求，缺了哪一方片體沒有滿足精度要求都不可，如一旦一方超差，都會(huì)帶來總裝錯(cuò)位超差，何況是兩方對(duì)位時(shí)還會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差。即便是兩方均滿足了精度要求，累計(jì)誤差還是不可避免地會(huì)產(chǎn)生。

圖13　特定胎架工裝設(shè)備

導(dǎo)軌安裝報(bào)檢流程分為焊前和焊后，分段完工時(shí)需將數(shù)據(jù)備份存檔，作為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)留著后續(xù)集裝箱船導(dǎo)軌架制作參考[5]。

2.3導(dǎo)軌架安裝注意事項(xiàng)

導(dǎo)軌架制作好后，擺放場(chǎng)地需平整，自由放置，不要受到任何物品的約束力使其變形，如圖14所示。在胎架放置分段上的導(dǎo)軌架下面需墊木墩，以防角鋼受硬點(diǎn)擠壓變形，如圖15所示。

圖14　導(dǎo)軌架的放置

圖15　墊木墩的放置

另外，導(dǎo)軌架水平，垂直度校正必須在搭載、涂裝前完成，否則必須在船塢搭腳手架，增加很多的修改工作量，造成大量工裝和涂裝等修改工作的浪費(fèi)。

3結(jié)語

集裝箱船是現(xiàn)代遠(yuǎn)洋貨物運(yùn)輸?shù)闹髁鞔?，其?gòu)造是全格柵型導(dǎo)軌架冷風(fēng)冷藏冷凍型集裝箱船，由于導(dǎo)軌架運(yùn)用到船體建造中，它的精度要求必須達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)，作為集裝箱船最重要的工裝設(shè)備——導(dǎo)軌架，其制作質(zhì)量的好壞，將直接影響到集裝箱的使用功能，影響該船建造的成功與失敗。

因此，導(dǎo)軌架制作是一個(gè)精細(xì)的工作，要有良好的工藝和工裝設(shè)備，以及經(jīng)驗(yàn)豐富且制作熟練的施工人員按照嚴(yán)格的檢測(cè)和科學(xué)的工藝標(biāo)準(zhǔn)才能完成。

參考文獻(xiàn)

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[4]王傳榮．大型集裝箱船的主要技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)[J].交通建設(shè)與管理，2004(7):39-40.

[5]謝榮． 船舶建造精度控制技術(shù)[M]． 北京:人民交通出版社，2013．

作者簡介：劉平革(1975-)，男，工程師，主要從事船舶船體建造工作。

中圖分類號(hào)U674

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

Fabrication Method and Installation Accuracy of Container Ship Cell Guide

LIU Ping-ge

(Jinhai Heavy Industry Limited Liability Company， Daishan Zhejiang 316200， China)

AbstractContainer ship cell guide is a track of the container. In order to facilitate the safe and accurate positioning of the container into or out of the cargo hold， it must mabe very high requirements for the manufacture and installation of the cell guide of the container.

KeywordsDesign and constructionAccuracy requirement