全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器結(jié)構(gòu)的放樣改進(jìn)與應(yīng)用

楊偉鋒， 趙 鵬

(中船黃埔文沖有限責(zé)任公司， 廣東 廣州510715)

0 引 言

隨著船舶行業(yè)的蓬勃發(fā)展、船舶建造技術(shù)的創(chuàng)新與船舶設(shè)計(jì)水平的不斷提高，全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器被廣泛應(yīng)用于各類船舶。

船用全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器是保證船舶機(jī)動靈活的一種動力推進(jìn)裝置，其與傳統(tǒng)推進(jìn)器相比，推力更大，且可以360°旋轉(zhuǎn)，完全擺脫了船舶轉(zhuǎn)向?qū)Χ嫒~的依賴，可以大幅提高船舶的靈活機(jī)動性[1]。

全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器與常規(guī)船舶推進(jìn)系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，其與船體基本面結(jié)構(gòu)形成一定角度，相關(guān)線形曲度變化大，且建造精度要求高?，F(xiàn)有的船舶建模軟件對此部分結(jié)構(gòu)展開后的零件誤差大、精度低，不能作為船用零件直接使用，因此結(jié)構(gòu)零件只能手工放樣展開。傳統(tǒng)手工放樣方法難度大、準(zhǔn)確率低、耗時(shí)長，展開零件往往須加放余量，后續(xù)裝配須修割打磨，致使船臺安裝周期延長。因此，有必要對其放樣方法進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的目的。

1 與全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器相接的船體結(jié)構(gòu)形式

全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器不僅要為船舶提供動力支持，而且要起到調(diào)節(jié)船舶方向的作用，其最大的優(yōu)點(diǎn)是：靈活機(jī)動，可縮小船舶轉(zhuǎn)向半徑。因此，對其在船舶上的布置定位及安裝精度要求較高，與其相接的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，現(xiàn)場施工難度較大，且安裝周期較長[2]。

根據(jù)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器軸線與船舶基本投影面的角度關(guān)系，可將其分為以下4種結(jié)構(gòu)形式：

(1) 推進(jìn)器中軸線在縱剖面圖和橫剖面圖中均與船體基線平面垂直，如圖1a)所示。此種結(jié)構(gòu)形式較為簡單，可分別在縱、橫剖面直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)展開，即推進(jìn)器分布與常規(guī)結(jié)構(gòu)相同，也可看作常規(guī)構(gòu)件來放樣展開，施工安裝也相對簡單。

(2) 推進(jìn)器中軸線在縱剖面圖中與船體基線平面成一定夾角,在橫剖面圖中與船體基線平面垂直，如圖1b)所示。此種結(jié)構(gòu)形式的縱向結(jié)構(gòu)可以在縱剖面上直接展開,但橫向結(jié)構(gòu)需要采用投影法，在一次投影后展開，即推進(jìn)器僅在縱向有角度，展開相對簡單，施工容易。

(3) 推進(jìn)器中軸線在縱剖面圖中與船體基線平面垂直，在橫剖面圖中與船體基線平面成一定夾角，如圖1c)所示。此種結(jié)構(gòu)形式的橫向結(jié)構(gòu)可以在橫剖面上直接展開，但縱向結(jié)構(gòu)需要采用投影法，在一次投影后展開，即推進(jìn)器僅在橫向有角度，展開相對簡單，施工容易。

(4) 推進(jìn)器中軸線在縱剖面圖和橫剖面圖中均與船體基線平面成一定夾角，如圖1d)。此種結(jié)構(gòu)形式在縱、橫剖面圖中都不能直接展開，即推進(jìn)器在縱向、橫向都有傾角，基本投影面上無法放樣展開結(jié)構(gòu)零件，必須經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換投影，剖切實(shí)形，才能放樣展開。

圖1 與全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器相接的船體結(jié)構(gòu)形式

2 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的放樣方法及改進(jìn)

以全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器第4種結(jié)構(gòu)形式(推進(jìn)器中軸線與船體基線平面呈雙傾角)作為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的典型案例，其縱、橫剖面圖如圖2所示。全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器軸線在橫剖面圖中與基線平面成85°夾角，在縱剖面圖中與基線平面成88°夾角。

由圖2分析可知：全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器無論是在橫剖面圖還是縱剖面圖中，呈現(xiàn)的都不是推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)實(shí)形，只是其在縱、橫向視圖的投影。放樣展開結(jié)構(gòu)零件必須進(jìn)行投影改造，沿著全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器中軸線剖切出推進(jìn)器的實(shí)際投影圖[3]。

全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器中軸線求取圖如圖3所示。根據(jù)推進(jìn)器中軸線MN在橫剖面圖和縱剖面圖的角度，投影出推進(jìn)器中軸線在水線面的投影線M′N′。沿水線面上的MN剖切水線，投影得到A-A剖面。H為為了展開而作的高度輔助線，把水線面上的M′、N′點(diǎn)投影到A-A剖面，連接剖面上M1、N1點(diǎn),即得到推進(jìn)器中軸線實(shí)形。已知推進(jìn)器筒體直徑為3 100 mm,上口在A-A剖面顯示為EF,下口為CD，如此得到CDEF為推進(jìn)器筒體中軸剖面。

圖2 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器縱、橫剖面圖

圖3 推進(jìn)器中軸線求取圖

2.1 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)放樣改進(jìn)前做法

與全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器相關(guān)的船體結(jié)構(gòu)主要為推進(jìn)器筒體的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，放樣的關(guān)鍵在于求取筒體與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間的相交線[4]。以往推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的放樣展開步驟如下(以L14縱剖面上筒體與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的交線為例，見圖4)。

(1) 在A-A剖面上作平行于筒體上口的等分線E1F1～E7F7,把水線面上MN與縱剖面L14的交點(diǎn)O投影在A-A剖面上，得到與筒體等分線的交點(diǎn)O1～O7。

(2) 分別把筒體等分線上的交點(diǎn)O1～O7投影到筒體橫截面中線上，根據(jù)水線上MN與縱向結(jié)構(gòu)線得到的角度(如圖4中的68°)，得到1組平行線交筒體截面于A1～A7點(diǎn)。

(3) 將筒體橫截面上得到的交點(diǎn)對應(yīng)投回等分線上，相應(yīng)得到1組交點(diǎn)A1～A7，再將這些點(diǎn)投影到水線面上，與L14交于B1～B7點(diǎn)。

(4) 量取A-A剖面上A1～A7的高度值，在L14縱剖面上作出高度值的輔助線，將水線面上的B1～B7點(diǎn)對應(yīng)投影到縱剖面的高度線上，得到1組點(diǎn)，連接起來就得到推進(jìn)器筒體與縱向L14加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際交線，即：L14縱剖處的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以展開，橫剖面處的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)類似展開。

圖4 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)放樣改進(jìn)前做法

以上步驟僅是推進(jìn)器筒體在L14縱剖面處1條相交線的求法，而推進(jìn)器筒體在同一個(gè)剖面有2條交線，且相關(guān)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的縱、橫剖面又有很多，同樣的步驟要重復(fù)多次，才能完成結(jié)構(gòu)的放樣展開。

2.2 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)放樣改進(jìn)后做法

改進(jìn)以后的步驟如下(以L14縱剖面上筒體與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的交線為例，如圖5所示。

(1) 在A-A剖面上把高度線H4 500、H7 000、H9 000與推進(jìn)器筒體的截交線投影在水線面，得到1組橢圓，如橢圓I、O、P等。橢圓圓心位于MN線上，長軸沿MN方向，短軸垂直MN(短軸長度為筒體直徑)，這組橢圓為推進(jìn)器筒體在水線面的投影。

(2) 橢圓I、O、P在水線面上分別交L14縱剖線于I1、O1、P1和I2、O2、P2等2組點(diǎn)。把這2組點(diǎn)對應(yīng)投影到L14縱剖面上，得到的投影點(diǎn)分別連接起來就是推進(jìn)器筒體在L14縱剖面上與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的相交線，相關(guān)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)就可以直接放樣展開。

由以上可知：改進(jìn)后推進(jìn)器筒體與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的交線求取僅需2個(gè)步驟，可以節(jié)省一半的工作時(shí)間，且過程清晰、簡單。

圖5 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)放樣改進(jìn)后做法

3 成果應(yīng)用

全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的放樣改進(jìn)是對投影技術(shù)的靈活運(yùn)用，即根據(jù)圓柱體經(jīng)任意斜切得到的截面為橢圓，投影求取推進(jìn)器筒體與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的相交線，進(jìn)而展開加強(qiáng)結(jié)構(gòu)零件[5]。

目前此種放樣方法已應(yīng)用于中船黃埔文沖有限責(zé)任公司建造的各類船舶，取得了較好的效果。改進(jìn)后在零件放樣階段節(jié)省大量工作時(shí)間，零件展開精準(zhǔn)度提高，無需加放過多余量，提高了材料利用率，分段裝配節(jié)奏明顯加快，且縮短了船臺周期。改進(jìn)前與改進(jìn)后各項(xiàng)工作耗時(shí)及材料利用率對比如表1所示。

表1 改進(jìn)前與改進(jìn)后各項(xiàng)工作耗時(shí)及材料利用率對比

4 結(jié)束語

推進(jìn)器筒體類的全回轉(zhuǎn)復(fù)雜構(gòu)件在船體結(jié)構(gòu)中并不少見，相關(guān)的結(jié)構(gòu)放樣占據(jù)了相當(dāng)一部分工作。本文以全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的放樣為例，充分體現(xiàn)了投影改造等方法在零件放樣展開過程中的重要性，不但節(jié)省結(jié)構(gòu)放樣時(shí)間，提高材料利用率，而且有效縮短了分段裝配和船臺占用周期。類似結(jié)構(gòu)也可以通過本文提供的方法完成精準(zhǔn)的零件放樣，使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡單化，滿足施工要求，提高工作效率。