艙儲系統(tǒng)基礎(chǔ)梁安裝工藝研究

熊 飛 旋靖華

(廣船國際工法研究所、居裝部)

0 前言

某船艙儲系統(tǒng)采用自動(dòng)化形式，系統(tǒng)設(shè)施為國內(nèi)首制研發(fā)項(xiàng)目，首次在船上進(jìn)行安裝使用，圖1為自動(dòng)化艙儲系統(tǒng)在本船運(yùn)用范圍，運(yùn)用范圍較廣。

對于自動(dòng)化艙儲系統(tǒng)首次在船上使用，其關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)即為基礎(chǔ)梁的安裝，系統(tǒng)的運(yùn)行是建立在基礎(chǔ)梁上的。系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵設(shè)施自行搬運(yùn)小車的軌道為安裝在基礎(chǔ)梁上的，主要設(shè)施貨架為安裝在基礎(chǔ)梁上的?；A(chǔ)梁的安裝精度，直接影響系統(tǒng)后續(xù)安裝及運(yùn)行。在自動(dòng)化艙儲系統(tǒng)前期研制過程中，僅在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)專用場地做的安裝以及使用效果試驗(yàn)，而船上相應(yīng)的情況較實(shí)驗(yàn)室要復(fù)雜的多，國內(nèi)企業(yè)在此方面無相關(guān)借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 基礎(chǔ)梁的結(jié)構(gòu)形式及安裝節(jié)點(diǎn)

艙儲系統(tǒng)基礎(chǔ)梁的安裝，首先了解其結(jié)構(gòu)形式及其安裝節(jié)點(diǎn)?；A(chǔ)梁主體由上、下蓋板，隔熱構(gòu)件組成?；A(chǔ)梁安裝在支撐角鋼上，下蓋板與支撐角鋼間采用角焊連接，支撐角鋼與船體甲板面采用角焊連接，見圖3

2 基礎(chǔ)梁安裝關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 基礎(chǔ)梁整體平面度及焊接變形控制

系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)施自行搬運(yùn)小車的軌道為安裝在基礎(chǔ)梁上的，見圖3。軌道的安裝對平面度要求較高，按設(shè)備廠家前期提供的精度要求，焊后庫內(nèi)基礎(chǔ)梁上表面整體平面度需控制在2mm以內(nèi)，控制基礎(chǔ)梁整體平面度為基礎(chǔ)梁安裝關(guān)鍵點(diǎn)之一。

圖4為某庫基礎(chǔ)梁安裝平面圖，庫室面積14×14m，基礎(chǔ)梁數(shù)量達(dá)到69根，從中可以看出其安裝數(shù)量眾多、安裝范圍廣、大面積施焊的特性，焊接對基礎(chǔ)梁整體平面影響巨大，控制安裝過程的焊接變形為基礎(chǔ)梁安裝關(guān)鍵點(diǎn)之一。

2.2 基礎(chǔ)梁安裝甲板基準(zhǔn)面選取及高度控制

艙儲系統(tǒng)內(nèi)貨架為安裝在基礎(chǔ)梁上的，貨架及庫頂連接裝置的安裝尺寸固定，見圖5。若基礎(chǔ)梁上表面與庫頂結(jié)構(gòu)之間的距離偏差較大，則影響后續(xù)貨架及庫頂連接裝置安裝及正常運(yùn)行。所以基礎(chǔ)梁安裝時(shí)，選取的甲板基準(zhǔn)面，依據(jù)貨架及庫頂連接裝置的安裝高度進(jìn)行確定。

后續(xù)基礎(chǔ)梁安裝時(shí)，控制基礎(chǔ)梁平面與庫頂結(jié)構(gòu)之間的距離為關(guān)鍵點(diǎn)之一。

3 基礎(chǔ)梁安裝甲板面整體平整度測量及調(diào)整

基礎(chǔ)梁在支撐角鋼上的安裝位置，由2.2中所述選定的甲板基準(zhǔn)面來進(jìn)行定位，同時(shí)下蓋板與支撐角鋼間需滿足焊接節(jié)點(diǎn)要求。

基礎(chǔ)梁在船上安裝不同于試驗(yàn)場所及特制地面安裝，其最大區(qū)別就是安裝平臺平整度偏差。船體甲板面由于拼板及背面骨材焊接等不可避免因素，平整度偏差始終存在，即為實(shí)際甲板面為波浪形。若支撐角鋼安裝位置處的甲板面凸起太多，則會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)梁下蓋板低于角鋼邊緣的情況；若支撐角鋼安裝位置處的甲板面凹下太多，則會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)梁下蓋板高于角鋼邊緣的情況，此兩種情況均不滿足基礎(chǔ)梁與支撐角鋼間焊接要求，導(dǎo)致基礎(chǔ)梁無法安裝，如圖6。所以基礎(chǔ)梁安裝甲板面整體平整度十分重要，需要進(jìn)行測量。

對庫底甲板面整體平整度進(jìn)行拉線測量，測量位置需覆蓋支撐角鋼安裝位置，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。若角鋼安裝位置處平整度偏差較多，超出下蓋板在支撐角鋼上的焊接可調(diào)整范圍，則需火工或開刀調(diào)整此處甲板面平整度。

圖1 自動(dòng)化艙儲系統(tǒng)在某船運(yùn)用范圍

圖2 基礎(chǔ)梁安裝示意圖

圖3 軌道安裝示意圖

圖4 某庫基礎(chǔ)梁安裝平面圖

圖5 貨架及庫頂連接裝置安裝局部示意圖

4 劃線

為保證基礎(chǔ)梁安裝精度，安裝前需進(jìn)行庫內(nèi)劃線，包含十字基準(zhǔn)線、基礎(chǔ)梁安裝線、支撐角鋼安裝線，劃線時(shí)機(jī)為甲板面整體平整度測量調(diào)整完畢。

同一艙室內(nèi)劃線應(yīng)選擇統(tǒng)一的參考基準(zhǔn)，以船體中心線為基準(zhǔn)開角尺劃出橫向十字線，做好十字基準(zhǔn)線標(biāo)記，所有后續(xù)劃線以此為基準(zhǔn)進(jìn)行。根據(jù)十字基準(zhǔn)線偏移來堪劃出基礎(chǔ)梁以及支撐角鋼安裝線，并做好起始端標(biāo)記。劃線需保證直線度，以確保后續(xù)支撐角鋼安裝不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，影響基礎(chǔ)梁定位及焊接，劃線精度偏差控制在1mm以內(nèi)。

圖6 基礎(chǔ)梁下蓋板與支撐角鋼安裝偏差示意圖

圖7 標(biāo)桿樹立示意圖

圖8 標(biāo)桿劃線示意圖

圖9 支撐角鋼安裝偏差示意圖

圖10 焊接保型工裝示意圖

5 標(biāo)桿樹立

為做好基礎(chǔ)梁整體平面度以及基礎(chǔ)梁平面與庫頂結(jié)構(gòu)之間的距離控制，基礎(chǔ)梁安裝前需樹立標(biāo)桿，用于后續(xù)拉鋼絲監(jiān)控及檢驗(yàn)。標(biāo)桿樹立時(shí)機(jī)為庫內(nèi)劃線后，沿基礎(chǔ)梁安裝線在各端口及中心位置處樹立，且剛性固定在甲板上，如圖7。為減少后續(xù)鋼絲擾度影響，若兩條標(biāo)桿之間的間距大于5m，需在中間位置轉(zhuǎn)接一根標(biāo)桿。

標(biāo)桿樹立完成后，進(jìn)行相應(yīng)的劃線工作。以甲板下結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)零點(diǎn)，全站儀配合，根據(jù)理論限定距離H，向下確定基礎(chǔ)梁安裝甲板基準(zhǔn)面。再根據(jù)甲板基準(zhǔn)面，以及基礎(chǔ)梁理論高度值L，檢驗(yàn)水線高度值設(shè)定h（一般h值設(shè)定在基礎(chǔ)梁理論上表面高100mm位置），確定檢驗(yàn)水線所在平面，見圖8。最后利用激光經(jīng)緯儀，在所有標(biāo)桿上掃出檢驗(yàn)水線所在平面，堪劃出檢驗(yàn)水線，同時(shí)將基礎(chǔ)梁安裝線引至標(biāo)桿上，與檢驗(yàn)水線相交成十字線，十字線四周打上洋沖做好標(biāo)記，留待后續(xù)拉線。

圖11 基礎(chǔ)梁初定位及限位工裝運(yùn)用示意圖

圖12 基礎(chǔ)梁拉線定位示意圖

圖13 基礎(chǔ)梁拉線定位示意圖

6 支撐角鋼安裝

支撐角鋼為基礎(chǔ)梁安裝的基礎(chǔ)，其垂直度和間距直接影響后續(xù)基礎(chǔ)梁的安裝，尤為重要。若支撐角鋼安裝時(shí)傾斜，或者與甲板焊接時(shí)變形嚴(yán)重，則會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)梁安裝時(shí)無法卡入，或與支撐角鋼之間角焊縫間隙過大而無法焊接的情況，如圖9。同時(shí)基礎(chǔ)梁與支撐角鋼之間的角焊縫間隙偏大，焊接線熱量輸入過多，基礎(chǔ)梁焊接時(shí)容易偏移，無法保證其上表面整體平面度及安裝精度。

對于支撐角鋼的安裝，就本船來說，單根長度一般在3m左右，由于其太長，焊接時(shí)易發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。為控制角鋼安裝的垂直度及焊接變形，焊接前必須在角鋼間安裝相應(yīng)保型工裝，見圖10。保型工裝與支撐角鋼及船體結(jié)構(gòu)間不進(jìn)行焊接，要求在每根支撐角鋼的艏艉端口必須安裝。

支撐角鋼與甲板面之間的角焊焊接采用CO2半自動(dòng)焊，控制好焊角大小。遵循從中間往兩邊對稱焊接的原則，減少焊接變形。相同，從庫室中間往兩邊依次焊接。以上焊接過程中，必須注意監(jiān)控鋼絲與基礎(chǔ)梁上表面之間的高度值，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。

圖14 基礎(chǔ)梁安裝完成效果圖

7 基礎(chǔ)梁安裝

支撐角鋼焊接完成后，拆除保型工裝，保留保型槽鋼。在角鋼之間提前安裝限位工裝，限位工裝一般為木楔，用于對基礎(chǔ)梁進(jìn)行初定位，見圖11。

基礎(chǔ)梁初步落位后，通過吊線錘與甲板面劃線對應(yīng)，進(jìn)行中心及端口定位。再過前后端及中心處標(biāo)桿拉鋼絲，垂直量取鋼絲與基礎(chǔ)梁上表面之間的距離值，通過限位工裝微調(diào)基礎(chǔ)梁的平面度，來進(jìn)行上下高度定位，見圖12。

基礎(chǔ)梁下蓋板與支撐角鋼存在大面積焊接，主要防止焊接過程中應(yīng)力導(dǎo)致的角鋼扭曲變形，從而影響基礎(chǔ)梁平面度。焊接前應(yīng)保持保型槽鋼處于未拆除狀態(tài)，且安裝專用連接工裝，見圖13。專用連接工裝可用扁鐵制作，其上轉(zhuǎn)孔位置與基礎(chǔ)梁上表面理論螺栓孔位置拂配，安裝時(shí)用螺栓與基礎(chǔ)梁鎖死，用于基礎(chǔ)梁焊接前兩兩之間固定保型及尺寸控制。

單根基礎(chǔ)梁的焊接，要求基礎(chǔ)梁與角鋼兩邊的角焊縫同時(shí)對稱施焊，要求施焊方向必須統(tǒng)一。庫內(nèi)整體基礎(chǔ)梁的焊接順序，與支撐角鋼的焊接順序

8 基礎(chǔ)梁安裝后檢測

基礎(chǔ)梁焊后，庫內(nèi)整體拉線檢測其上表面平面度，不符合要求的基礎(chǔ)梁必須重新安裝，圖14為基礎(chǔ)梁安裝完成效果圖。

9 結(jié)束語

作為首制研發(fā)自動(dòng)化艙儲系統(tǒng)在船上使用，其關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)梁安裝工藝的研究，確保了安裝精度，為系統(tǒng)后續(xù)安裝工作提供了基礎(chǔ)。同時(shí)其研究成果，為類似自動(dòng)化系統(tǒng)的船上安裝工作，起到了指導(dǎo)及借鑒作用，成效顯著。