橫向干貨補(bǔ)給裝置升降導(dǎo)軌制造加工及安裝工藝

劉榮忠，齊 斌，劉 健

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

海上橫向干貨補(bǔ)給裝置是利用安裝在補(bǔ)給船上高約16 m的補(bǔ)給門(mén)架通過(guò)升降傳動(dòng)裝置將懸掛補(bǔ)給貨物的補(bǔ)給發(fā)送頭從補(bǔ)給甲板上升至門(mén)架頂，再通過(guò)搭設(shè)于補(bǔ)給船和接收船之間的高架索將貨物傳送至接收船，實(shí)現(xiàn)海上船與船之間貨物輸送的裝置。補(bǔ)給發(fā)送頭在安裝于補(bǔ)給門(mén)架上長(zhǎng)達(dá)15 m的導(dǎo)軌內(nèi)上下滑動(dòng)，導(dǎo)軌為“工”字鋼形狀，成對(duì)布置，與補(bǔ)給門(mén)架通過(guò)焊接方式連接，安裝焊接精度難以控制。超長(zhǎng)升降導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、制造和安裝的好壞直接影響補(bǔ)給發(fā)送頭的升降運(yùn)行，進(jìn)而影響裝置的海上作業(yè)。本文從導(dǎo)軌布置及功能特點(diǎn)分析其制造、安裝技術(shù)難點(diǎn)，研究制定導(dǎo)軌制造加工精度，將超長(zhǎng)導(dǎo)軌分三段制造，通過(guò)對(duì)制造、加工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控及變形控制，并對(duì)補(bǔ)給門(mén)架建造提出防變形要求，最終以嚴(yán)格的工藝措施確保超長(zhǎng)導(dǎo)軌安裝到補(bǔ)給門(mén)架上后不影響補(bǔ)給發(fā)送頭的上下運(yùn)行。

1 導(dǎo)軌布置及制造安裝難點(diǎn)分析

1.1 導(dǎo)軌布置

橫向干貨補(bǔ)給裝置[1]門(mén)架上設(shè)置2對(duì)（4根）導(dǎo)軌，左右舷各1對(duì)，每根導(dǎo)軌長(zhǎng)15 525 mm，具體布置如圖1所示。導(dǎo)軌為“工”字鋼外形，補(bǔ)給發(fā)送頭通過(guò)位于兩根導(dǎo)軌之間的滑塊上下滑動(dòng)帶動(dòng)貨物運(yùn)行，滑塊與導(dǎo)軌配合面長(zhǎng)度為756 mm，寬度為216 mm。

圖1 補(bǔ)給門(mén)架導(dǎo)軌布置示意圖（單位：mm）

1.2 導(dǎo)軌制造及安裝難點(diǎn)分析

根據(jù)導(dǎo)軌功能特點(diǎn)分析導(dǎo)軌制造及安裝技術(shù)難點(diǎn)：1）導(dǎo)軌外形雖為“工”字鋼，根據(jù)尺寸考察無(wú)相應(yīng)的市場(chǎng)品，必須使用厚板拼裝；2）拼裝的導(dǎo)軌很難保證工作面的粗糙度及安裝后平行度和直線度等，必須留足夠的余量進(jìn)行機(jī)加工；3）整根導(dǎo)軌長(zhǎng)度達(dá)15 525 mm，無(wú)法整根進(jìn)行機(jī)加工，必須分段，且應(yīng)一一配對(duì)加工；4）超長(zhǎng)導(dǎo)軌上門(mén)架定位焊接時(shí)，直線度、平行度難以保證，擬使用滑塊工裝配合進(jìn)行。

2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)軌分段及編號(hào)

導(dǎo)軌數(shù)量4根，兩兩成對(duì)布置，左右舷各1對(duì)，編號(hào)為左舷1號(hào)導(dǎo)軌和2號(hào)導(dǎo)軌，右舷3號(hào)導(dǎo)軌和4號(hào)導(dǎo)軌，見(jiàn)圖1。每根導(dǎo)軌長(zhǎng)度為15 525 mm，考慮到一般機(jī)加工設(shè)備能力，將導(dǎo)軌分為3段進(jìn)行制造、加工和安裝，并進(jìn)行相應(yīng)編號(hào)，如1號(hào)導(dǎo)軌的3段分別編為“1上”、“1中”、“1下”。為了減小分段后的導(dǎo)軌安裝時(shí)接頭對(duì)滑塊的沖擊影響，成對(duì)的2根導(dǎo)軌分段接縫錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)軌分段及編號(hào)圖（單位：mm）

2.2 導(dǎo)軌加工精度設(shè)計(jì)

依據(jù)導(dǎo)軌功能及特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)軌加工精度進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖3）：1）滑塊寬度為216 mm，兩端與導(dǎo)軌間隙各2 mm，設(shè)定導(dǎo)軌與滑塊接觸的兩個(gè)面加工尺寸為）滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)接觸，設(shè)定導(dǎo)軌與滑塊的接觸面粗糙度為6.3；3）導(dǎo)軌“工”字鋼工作底面與端面垂直度要求不大于0.3 mm；4）導(dǎo)軌安裝焊接端加工后應(yīng)在同一平面內(nèi)，平面度不大于0.3 mm；5）導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向加工后直線度要求不大于1/1 000。

2.3 導(dǎo)軌余量及毛坯制造精度設(shè)計(jì)

根據(jù)導(dǎo)軌加工設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)軌制造時(shí)需在各加工面上留有足夠的加工余量，導(dǎo)軌加工余量布置見(jiàn)圖4中陰影部分。由2塊50 mm×165 mm（厚×寬）鋼板作為“工”字鋼端板，一塊30 mm×210 mm（厚×寬）鋼板作為中間腹板拼焊成導(dǎo)軌毛坯。

圖3 導(dǎo)軌精加工圖（單位：mm）

圖4 導(dǎo)軌毛坯制造及余量分布圖（單位：mm）

導(dǎo)軌毛坯拼焊時(shí)，同樣要求從裝配精度和焊接工藝上控制變形量，以免超差影響導(dǎo)軌加工[2]。拼裝精度方面要求：1）兩端板內(nèi)口間距為）拼裝后導(dǎo)軌直線度要求不大于3/1 000，每段導(dǎo)軌總的直線度偏差不大于5 mm；3）導(dǎo)軌兩端板端面共面，平面度要求不大于3 mm[3]。導(dǎo)軌兩端板與腹板采用不對(duì)稱(chēng)焊接坡口，焊接前預(yù)熱至120℃～150℃。

導(dǎo)軌毛坯制造及余量分布見(jiàn)圖4。

2.4 導(dǎo)軌安裝精度設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌上門(mén)架安裝后需保證中間的滑塊上下運(yùn)行平穩(wěn)、順暢，無(wú)卡滯和沖擊現(xiàn)象。安裝精度設(shè)定為：1）導(dǎo)軌定位時(shí)確保配對(duì)導(dǎo)軌的滑塊配合面之間距離為）每根導(dǎo)軌分段連接處配合面與配合面在一個(gè)平面內(nèi)，平面度不大于0.3 mm；3）保證兩配對(duì)導(dǎo)軌的A面和B面共面，平面度不大于2 mm，如圖5所示；4）兩配對(duì)導(dǎo)軌安裝后直線度和平行度要求不大于1 mm。

圖5 導(dǎo)軌安裝典型圖（單位：mm）

3 導(dǎo)軌制造

3.1 下料及刨邊

按照設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌毛坯及余量圖下料，面板（板厚50 mm）毛坯寬度為165 mm，長(zhǎng)度方向每端各加放10 mm余量；腹板（板厚30 mm）毛坯寬度為210 mm+2 mm（補(bǔ)償量），同樣在長(zhǎng)度方向每端各加放10 mm余量。注意下料時(shí)應(yīng)考慮留出刨邊時(shí)加工余量，導(dǎo)軌余量分布圖中所留的余量為機(jī)加工余量，不包括刨邊所需余量。零件下料后按焊接坡口要求刨邊。

3.2 裝配

裝配前先進(jìn)行劃線，在“工”字梁的兩塊面板上劃出腹板裝配線，注意不是面板的中心線，見(jiàn)圖4。利用工裝夾具將面板及腹板按照導(dǎo)軌毛坯圖定位尺寸夾緊固定好，同時(shí)裝上零件3肘板，再在零件3的對(duì)稱(chēng)位置安裝工藝肘板（可以在零件3肘板的基礎(chǔ)上隔檔安裝），以減小焊接變形。

3.3 焊接

導(dǎo)軌毛坯裝配[3]完成后按照如下步驟進(jìn)行焊接：1）焊接前清除焊接部位雜物和水漬，將焊接件預(yù)熱到120℃～150℃；2）工裝夾具焊接；3）工藝肘板和零件3肘板點(diǎn)焊；4）腹板和面板之間焊接，注意采用對(duì)稱(chēng)、退焊法施焊，控制焊接變形；4）完成零件3肘板焊接。

3.4 消除焊接應(yīng)力處理及編號(hào)

導(dǎo)軌焊接完成后拆除工藝肘板，采用電加熱方式進(jìn)行低溫退火消除焊接應(yīng)力，溫度為350℃～450℃，保溫時(shí)間不小于2 h。退火處理后應(yīng)按照導(dǎo)軌毛坯精度要求進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)還存在局部變形，可進(jìn)行局部火工矯正直至滿足要求。

導(dǎo)軌制造完成后按照導(dǎo)軌布置及編號(hào)要求一一對(duì)應(yīng)編號(hào)后送機(jī)加工。

4 導(dǎo)軌加工

制造完成后的導(dǎo)軌毛坯件已按照導(dǎo)軌布置及編號(hào)要求進(jìn)行了編號(hào)，機(jī)加工前應(yīng)根據(jù)編號(hào)區(qū)分每根導(dǎo)軌的每段導(dǎo)軌毛坯件，并按照導(dǎo)軌加工圖（圖3）先加工基面，根據(jù)加工出的基面劃出各加工位置加工余量，檢查確定合理后加工導(dǎo)軌。注意導(dǎo)軌焊接端的余量應(yīng)留待補(bǔ)給門(mén)架上船后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)兩根導(dǎo)軌安裝面的間距來(lái)確定，以免補(bǔ)給門(mén)架制造和安裝過(guò)程中超差影響導(dǎo)軌的安裝。加工時(shí)應(yīng)注意導(dǎo)軌的配對(duì)性（1號(hào)導(dǎo)軌與2號(hào)導(dǎo)軌配對(duì)，3號(hào)導(dǎo)軌與4號(hào)導(dǎo)軌配對(duì)）[3]。導(dǎo)軌加工后應(yīng)滿足圖3導(dǎo)軌加工圖中尺寸及精度要求，并保證每段導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向直線度≤1/1 000。

5 導(dǎo)軌安裝

5.1 導(dǎo)軌安裝準(zhǔn)備

5.1.1 滑塊工裝制作

考慮到導(dǎo)軌安裝時(shí)直線度和平行度難以保證，采用鋼板及銅襯套制作滑塊工裝1件，工裝外形尺寸與實(shí)物（圖6）完全一致。導(dǎo)軌上門(mén)架定位及焊接過(guò)程中將滑塊工裝置于導(dǎo)軌間，并上下滑動(dòng)可隨時(shí)檢查與導(dǎo)軌的間隙，確保導(dǎo)軌平行度和直線度。

圖6 滑塊示意圖

5.1.2 干貨補(bǔ)給門(mén)架制造要求

干貨補(bǔ)給門(mén)架是導(dǎo)軌安裝的基礎(chǔ)，導(dǎo)軌安裝的好壞很大程度上取決于補(bǔ)給門(mén)架制造質(zhì)量[2]。對(duì)補(bǔ)給門(mén)架建造精度要求（圖7）：1）兩配對(duì)導(dǎo)軌安裝面間距公差控制要求為）參照CSQS中艙口圍制造直線度要求，兩導(dǎo)軌安裝面直線度控制在每3 m長(zhǎng)度上偏差不超過(guò)4 mm；3）導(dǎo)軌安裝側(cè)面與底面垂直，垂直度不大于2 mm；4）在門(mén)架中間墻板兩端各加放2.5 mm反變形量，減小焊接過(guò)程中收縮引起的變形。

圖7 門(mén)架制造精度要求（單位：mm）

在門(mén)架裝配制造過(guò)程中對(duì)門(mén)架進(jìn)行過(guò)程測(cè)量及控制，基本要求為：1）門(mén)架部件在胎架上裝配完成后（焊接前）應(yīng)按照?qǐng)D7要求劃出導(dǎo)軌安裝對(duì)稱(chēng)中心線，并測(cè)量數(shù)據(jù)D1、D2、D3、D4填入門(mén)架制造安裝數(shù)據(jù)測(cè)量記錄表（表1，每間隔500 mm測(cè)量1次）中，930焊接前加放了5 mm的補(bǔ)償值，故裝配時(shí)測(cè)量理論數(shù)據(jù)D1=D2=467.5 mm，D3=D4=467.5 mm；2）門(mén)架結(jié)構(gòu)焊接，注意控制焊接變形，焊接過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻按照門(mén)架制造、安裝數(shù)據(jù)測(cè)量表監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，隨時(shí)調(diào)整焊接工藝；3）焊接完成后再次按照?qǐng)D7要求測(cè)量檢查，并將測(cè)量的D1、D2、D3、D4填表，要求理論值為：D1=D2=465 mm，D3=D4=465 mm。

表1 門(mén)架制造、安裝數(shù)據(jù)測(cè)量表

5.1.3 門(mén)架上船安裝后數(shù)據(jù)測(cè)量

干貨補(bǔ)給門(mén)架制造完成后上船定位安裝，安裝完成后再次按照?qǐng)D7要求，在門(mén)架上劃出左、右導(dǎo)軌安裝對(duì)稱(chēng)中心線，劃線完成后從01甲板面開(kāi)始往上每隔500 mm測(cè)量D1、D2、D3、D4值，理論值為D1=D2=465 mm，D3=D4=465 mm，并將測(cè)量結(jié)果填表后交技術(shù)部門(mén)，由技術(shù)部門(mén)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后確定導(dǎo)軌安裝面加工余量，然后通知機(jī)加工部門(mén)完成導(dǎo)軌最后加工。

5.2 安裝導(dǎo)軌

補(bǔ)給門(mén)架上船后，將按要求加工好的導(dǎo)軌按照編號(hào)一一對(duì)應(yīng)吊裝到門(mén)架上，按圖5導(dǎo)軌安裝典型圖調(diào)整好位置后（必要時(shí)可加調(diào)整墊片）點(diǎn)焊定位各段導(dǎo)軌，定位時(shí)注意將滑塊工裝件放入兩根導(dǎo)軌之間。在導(dǎo)軌高度方向不同的位置測(cè)量導(dǎo)軌與滑塊工裝的間隙，控制各方向間隙為2 mm，考慮導(dǎo)軌焊接后收縮變形可以將間隙各增加1 mm[2]。焊接導(dǎo)軌，焊接時(shí)注意間斷、對(duì)稱(chēng)焊接控制變形，并不斷地上下滑動(dòng)滑塊工裝，檢查滑塊工裝與導(dǎo)軌之間的間隙。焊接完成后再上下滑動(dòng)滑塊工裝，在不同的位置檢查與導(dǎo)軌之間的間隙，確保滿足要求后拆除滑塊工裝，在導(dǎo)軌與滑塊的接觸面上涂牛油保護(hù)，等待安裝補(bǔ)給發(fā)送頭。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)導(dǎo)軌布置及功能特點(diǎn)分析入手，合理設(shè)計(jì)了導(dǎo)軌毛坯余量和制造控制精度，并制定了嚴(yán)格的加工控制精度和安裝技術(shù)要求，據(jù)此完成了橫向干貨補(bǔ)給裝置導(dǎo)軌安裝，確保了裝置正常運(yùn)行。本文介紹的超長(zhǎng)導(dǎo)軌制造安裝工藝還可為其他大型直線運(yùn)行設(shè)備導(dǎo)軌制造及安裝提供借鑒。本裝置設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌與門(mén)架為焊接式安裝，焊接變形對(duì)導(dǎo)軌的安裝精度影響很大，且不易調(diào)整，建議后續(xù)對(duì)超長(zhǎng)型導(dǎo)軌螺栓安裝方式進(jìn)行深入研究。