吊離式改裝為折疊式艙口蓋技術(shù)研究

唐廣概

摘要：散貨船貨艙艙口蓋是較大型的甲板舾裝件，針對艙口蓋的改裝工程較為少見。本項(xiàng)目主要對原船的吊離式艙口蓋，改造成為折疊式艙口蓋，改裝量較大，在改裝設(shè)計(jì)與制造上有很多需要考慮的因素。本文重點(diǎn)在設(shè)計(jì)上對此項(xiàng)目的改裝技術(shù)進(jìn)行介紹和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：散貨船：改裝，吊離式艙蓋：折疊式艙蓋：變形控制：端鉸鏈：油缸

1.引言

我司曾承接一個(gè)艙口蓋的改裝項(xiàng)目，船名為“ROFOS”，船長182m，型寬32m，型深18m，入級BV船級社，艙蓋為箱體結(jié)構(gòu)，共7個(gè)貨艙。1號艙蓋外形13960×19641/12262，重量103t，2～7號艙蓋外形13 960×21 040，重量119 t，主要工程任務(wù)為將原來吊離式艙蓋改裝為橫向折疊開關(guān)艙蓋。

本改裝項(xiàng)目基本設(shè)計(jì)由希臘船東委托希臘的設(shè)計(jì)公司完成，設(shè)計(jì)公司向船廠只提供“艙口圍改裝圖”、“艙蓋結(jié)構(gòu)改裝圖”、“艙蓋結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)圖1”、“艙蓋結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)圖2”、“主甲板結(jié)構(gòu)加強(qiáng)圖”、“艙蓋附件URS30強(qiáng)度計(jì)算書”共6份基本設(shè)計(jì)圖紙，其余設(shè)計(jì)由船廠完成。由于是改裝項(xiàng)目，船東對成本極為重視，要求盡量在滿足規(guī)范及使用要求的基礎(chǔ)上采用較低成本的設(shè)計(jì)，并要求在四個(gè)月內(nèi)完工。

2.艙蓋主體改裝與變形控制

本項(xiàng)目需將共7個(gè)貨艙的艙口蓋由原來的1整個(gè)艙蓋分別切割成4個(gè)片體，改裝成折疊式結(jié)構(gòu)，并增加液壓千斤頂實(shí)現(xiàn)折疊式開關(guān)艙。對于位于船首0.25L位置的1號艙口蓋和部分位于0.25L位置的2號艙蓋，原艙蓋不是根據(jù)UR$21或CSR建造，艙口蓋壓緊器強(qiáng)度、艙蓋邊板緣強(qiáng)度和艙蓋限位塊和其加強(qiáng)均要滿足IACSUR$21和UR$30的要求。

主體改裝方法為首先將艙口蓋上的永久吊耳及相關(guān)附件結(jié)構(gòu)割除，其中1號艙口蓋由原來單塊修改為三塊片體，2到7號艙口蓋由原來單塊修改為四塊片體。艙口蓋橫向切開后，切開面增加封板結(jié)構(gòu)。端部片體增加端鉸鏈及縱向內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，艙蓋四周內(nèi)部增加附件的反面加強(qiáng)肘板。艙蓋上的部分原散料孔移位。增加設(shè)計(jì)和安裝艙蓋上壓緊器、限位塊、支承塊和壓緊器附件。由于原艙蓋上并無貨艙自然通風(fēng)蓋，施工過程中在艙蓋底板上增開工藝孔。全部結(jié)構(gòu)板零件采用數(shù)控下料，以提高制作精度。先將艙蓋整體吊到地面上進(jìn)行切割后部分吊進(jìn)貨艙進(jìn)行施工，部分安排在地面上施工及附件安裝。施工完成后統(tǒng)一吊到艙口圍上進(jìn)行總裝與艙蓋安裝。

艙蓋改裝設(shè)計(jì)后的理論外形尺寸與原艙蓋外形是一致的，變形控制是整個(gè)改裝的成敗關(guān)鍵。由于主要是增加橫向結(jié)構(gòu)，改裝過程中的焊接變形主要在出現(xiàn)橫向，由于項(xiàng)目的特殊性，無法采用反變形控制措施，因此，主要的變形控制措施為合理的對稱焊接順序，控制好焊角高，盡可能減少焊接熱量輸入，焊后變形通過火工校正。在改裝過程中對于中間的片體，由于是前后對稱增加側(cè)板，故在前后側(cè)板片體裝配時(shí)對稱施焊，減少橫向的焊接變形。對于邊上片體，只是增加了一個(gè)橫向側(cè)板，與前面端鉸鏈臂的結(jié)構(gòu)交錯(cuò)焊接，以減少應(yīng)力積聚。

3.端鉸鏈相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

端鉸鏈座設(shè)計(jì)時(shí)需注意下腳及與艙口圍相連處需下放足夠的余量，一般為30～50mm。原船甲板變形不確定性，本船施放50 mm，用于彌補(bǔ)艙蓋端鉸板與甲板間的制造偏差。端鉸鏈座眼板下腳不需要也不應(yīng)再放余量。油缸底座鉸鏈板與甲板及艙口圍連接的地方應(yīng)施放余量。油缸下眼板結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有橫向的流水孔，避免此區(qū)域出現(xiàn)積水腐蝕。油缸上下鉸鏈處鄰近結(jié)構(gòu)，應(yīng)留有軸安裝和拆卸的空間，如沒有，應(yīng)考慮在結(jié)構(gòu)上增加開孔，用于軸安裝時(shí)的進(jìn)出空間。油缸附近的艙口圍結(jié)構(gòu)，應(yīng)留有足夠空間安裝液壓軟管。

艙蓋端鉸鏈每舷設(shè)計(jì)了兩對眼板，一般采用滾動球面軸承，以方便安裝及提高使用壽命。

端鉸鏈處的相關(guān)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對艙蓋開關(guān)運(yùn)動空間進(jìn)行核實(shí)，避免出現(xiàn)干涉情況。

端鉸鏈相關(guān)結(jié)構(gòu)的甲板下加強(qiáng)設(shè)計(jì)都是對齊加強(qiáng)形式，考慮到艙蓋等制造偏差，為了避免加強(qiáng)錯(cuò)位帶來的返工，對應(yīng)的結(jié)構(gòu)到位后點(diǎn)焊，待底座及絞鏈到位后完成焊接。

本船的端鉸臂結(jié)構(gòu)（見圖1），每艙共4個(gè)，采用整體制造形式，在車間里預(yù)拼裝后整體安裝到艙蓋上，減少了艙蓋上的焊接變形。

4.機(jī)加工零件的制造和安裝

本船艙蓋存在油缸上下鉸連、端鉸鏈、中間鉸鏈、滾輪座板及相關(guān)軸等的零件需要進(jìn)行機(jī)加工處理。對于鉸鏈板，直接采用厚板數(shù)控下料，再在機(jī)床上對由孔進(jìn)行機(jī)加工。對鉸鏈板機(jī)加工面施放10～15 mm的余量，下料后進(jìn)行配對編號，對每對鉸鏈板統(tǒng)一找軸中后成對進(jìn)行加工。對于厚板數(shù)據(jù)下料，火焰切割開孔會出現(xiàn)約5～10 mm的咬邊，對咬邊過大的幾個(gè)鉸鏈板，采用了補(bǔ)焊一點(diǎn)再進(jìn)行機(jī)加工的解決方案?；鹣輸?shù)控下料的圓孔，部分會存在偏差，并不是正圓，兩塊鉸鏈板配對加工時(shí)需要重新找軸中心點(diǎn)。

除了鉸鏈板，另一部分機(jī)加工件是各種軸及滾輪的加工。艙蓋上軸材料一般為普通碳鋼、優(yōu)質(zhì)中碳鋼或合金鋼。經(jīng)設(shè)計(jì)公司的軸受力計(jì)算，采用了Q275-D材料。經(jīng)成本對比，最終采用購買鍛件自行加工零件。鍛件毛坯加工余量為10 mm。

在軸的設(shè)計(jì)上均未采用軸承和軸套，特別是在滾輪及端鉸鏈處，增加軸承軸套能延長軸的壽命，減少后期維護(hù)成本。在艙蓋中間鉸鏈鎖定上需設(shè)計(jì)為可拆式，不能采用焊接座板固定，否則會給后期維護(hù)帶來困難。本船設(shè)計(jì)采用開口銷進(jìn)行鎖緊。

所有機(jī)加工件的加工面在安裝前均要涂油保護(hù)好。艙蓋上的各種鉸鏈板，一般是在艙蓋總裝平臺上安裝，由于場地限制，本船是在船上安裝，精度和作業(yè)效率不高，如有條件均應(yīng)在地面組裝焊接完畢。

5.艙蓋鎖定裝置設(shè)計(jì)

艙蓋開啟到位后需要立即進(jìn)行鎖定，以防止油缸失效導(dǎo)致艙蓋的關(guān)閉下落。本項(xiàng)通過將導(dǎo)軌端部設(shè)計(jì)成滾輪后限位，在導(dǎo)軌上設(shè)計(jì)止動塊作為滾輪前限位的止動裝置，采用插銷進(jìn)行固定（見圖2）。對于1號艙蓋后艙蓋，由于尺寸限制只能設(shè)計(jì)成一個(gè)片體，非折疊式開啟，沒有行走滾輪，因此無法在導(dǎo)軌上設(shè)計(jì)滾輪鎖定裝置，如采用艙口圍撐桿設(shè)計(jì)，制作及安裝相對復(fù)雜，最終在艙蓋后方設(shè)計(jì)了兩個(gè)艙蓋固定柱（見圖3），在艙蓋到位后采用卸扣對艙蓋進(jìn)行油缸失效的鎖定保護(hù)。

6.艙蓋及艙口圍相關(guān)附件設(shè)計(jì)

由于艙蓋不是根據(jù)URS21設(shè)計(jì)建造，本船需要按URS21和URS30對艙蓋附件進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證以下內(nèi)容：（1）.橫向與縱向限位數(shù)量及強(qiáng)度；（2）.壓緊器規(guī)格及數(shù)量；（3）.側(cè)板的慣性距滿足對密封壓緊力的要求。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，每艙側(cè)邊需設(shè)置四組橫向限位裝置；而用于抵抗上浪沖擊的縱向限位可完全由端鉸鏈軸承受，不需要額外的縱向限位；壓緊器要求的間隔為3.09m，直徑為25mm。另外，原船艙口圍上的壓緊扁鐵為SuS316不銹鋼板，如要去掉將花費(fèi)很大的人工，在艙口圍支承塊及壓緊扁鋼設(shè)計(jì)時(shí)保留了這個(gè)結(jié)構(gòu)，直接在原扁鐵上安裝新的艙蓋壓緊扁鋼。本船支承塊采用鋼對鋼的節(jié)點(diǎn)型式。

7.艙蓋運(yùn)動軌跡與縱向限位

運(yùn)動分析是艙蓋設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，所有部件的設(shè)計(jì)，除了滿足強(qiáng)度要求外，均要滿足艙蓋開關(guān)過程的空間要求。折疊式艙蓋開關(guān)運(yùn)動方式直接決定及影響中間縫、分離縫、端鉸鏈、油缸行程和縱向限位等節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

分離縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響著艙蓋的開關(guān)順序，通常設(shè)計(jì)上可能出現(xiàn)允許前后艙蓋同時(shí)開關(guān)和不可以同時(shí)開關(guān)兩種隋況。當(dāng)端鉸鏈位置比中間鉸鏈位置低時(shí)，端鉸鏈可以設(shè)計(jì)成固定式鉸鏈，當(dāng)端鉸鏈位置比中間鉸鏈位置高時(shí)，端鉸鏈需設(shè)計(jì)成活動鉸鏈，并需在艙蓋中間片體上設(shè)計(jì)縱向限位裝置。因?yàn)檫@種情況艙蓋打開瞬間，中間片體要向分離縫方向按圓弧軌跡運(yùn)動，將開始對艙蓋壓緊條進(jìn)行擠壓，而艙蓋密封橡膠條是有壓縮極限要求，盡管有時(shí)候分離縫結(jié)構(gòu)允許艙蓋向前運(yùn)動，超范圍壓縮艙蓋橡膠條將導(dǎo)致?lián)p壞或超出油缸推力而導(dǎo)致艙蓋卡死。因此需設(shè)計(jì)縱向限位塊產(chǎn)生反作用力，使艙蓋向端鉸鏈方向運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)開啟。同樣在艙蓋關(guān)閉瞬間，中間鉸鏈會對中間片體產(chǎn)生后拉力，可能將導(dǎo)致分離縫處密性無法保證。發(fā)現(xiàn)存在問題后，我們與設(shè)計(jì)公司和船東商量把端鉸鏈修改為了活動鉸鏈，并在艙蓋分離縫上增設(shè)縱向限位裝置，最終解決了艙蓋開關(guān)上存在的問題?；顒鱼q鏈見圖4，艙蓋縱向限位見圖5。

8.結(jié)束語

本項(xiàng)目改裝下發(fā)生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙36份，共消耗鋼材原材料570 t。艙蓋安裝完成后，最后通過密性試驗(yàn)及開關(guān)運(yùn)行試驗(yàn)，達(dá)到了原來的設(shè)計(jì)要求并順利交付船東。本改裝工程在滿足規(guī)范和使用要求的前提下，采用了較為常規(guī)和部分創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，降低了施工上的難度，改裝成本較低，周期短，帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。艙口蓋各種裝置的設(shè)計(jì)型式較多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把握好規(guī)范、功能和船東的要求，選用合適的型式和方案。另外，此改裝項(xiàng)目的實(shí)施，也進(jìn)一步提升了我司在艙口蓋修理與改裝領(lǐng)域的能力。