一種船舶舵葉托架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

易輝 詹映龍 楊紅燕 沈頌 俞葉舟

摘 ? ?要：針對(duì)公司某系列船舵葉在脫胎后碼腳批補(bǔ)磨等作業(yè)中存在的不足，設(shè)計(jì)制作了一種舵葉托架，方便快捷地進(jìn)行火工、密性、沖砂、涂裝、轉(zhuǎn)運(yùn)、船臺(tái)安裝等作業(yè)，有效提高了工效及現(xiàn)場(chǎng)管理水平。

關(guān)鍵詞：舵葉托架;舵葉焊接;舵葉打磨;提高工效

中圖分類號(hào)：U667.9 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In view of the deficiencies in the carbon gouging， repair welding and grinding process after the rudders out of the jig during the series of rudder blades manufacturing in our company， a kind of rudder blade pallet the is designed and produced to prevent the code feet from being generated several times， and facilitate the rapid implementation of tightness，firecalibration，blasting，painting，transportation，berth installation， which could effectively improve work efficiency and worksite management level.

Key words： ?Rudder blade pallet; Rudder blade welding; Rudder blade grinding; Improve work efficiency

1 ? ?引言

舵是船舶的主要操縱設(shè)備之一，通過舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一系列水動(dòng)力作用，使船舶改變航向。舵葉多數(shù)為焊接結(jié)構(gòu)的流線型剖面，主要由舵葉旁板、垂直隔板、水平隔板、鑄鋼件等組成。某系列船的舵葉為流線型剖面，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間狹小，對(duì)裝配、焊接、涂裝等作業(yè)要求很高，制作工藝比較復(fù)雜。該舵葉生產(chǎn)制作工序輔助設(shè)施如下：

（1）首先用行車吊運(yùn)到裝焊平臺(tái)上立放，其兩端部各用兩段長(zhǎng)度100*6 mm的等邊角鋼焊接固定在裝焊平臺(tái)和舵葉本體外板上，后再進(jìn)行舵葉外板拉條、裝配碼板等碼腳批補(bǔ)磨作業(yè);

（2）對(duì)于舵葉外板有局部焊后或其它變形的，需行車吊運(yùn)反身多次進(jìn)行火工作業(yè);

（3）進(jìn)行密性檢查：首先把用于支撐舵葉100*6mm的4條等邊角鋼拆除，然后用行車吊運(yùn)平放于已墊好枕木的裝焊平臺(tái)上進(jìn)行碼腳批補(bǔ)磨作業(yè)，完成后再用行車吊運(yùn)反身，進(jìn)行碼腳批補(bǔ)磨作業(yè)，最后再進(jìn)行充氣試驗(yàn);

（4）沖砂涂裝移動(dòng)作業(yè)：沖砂涂裝移動(dòng)作業(yè)時(shí)需將舵葉與龍門架用角鋼焊接牢固;

（5）船臺(tái)安裝作業(yè)：船臺(tái)安裝舵葉前需拆除角鋼，對(duì)所產(chǎn)生的碼腳需批補(bǔ)磨、補(bǔ)油漆作業(yè)。

2 ? ?輔助設(shè)施存在的問題

（1）每個(gè)舵葉脫胎后至少需要兩個(gè)裝配、一個(gè)電焊配合安裝焊接多個(gè)角鋼做舵葉的支撐，比較耗時(shí)且用角鋼做支撐存在安全隱患;

（2）針對(duì)舵葉外板有局部出現(xiàn)焊后變形的，需要行車配合吊運(yùn)反身多次進(jìn)行火工作業(yè);

（3）密性作業(yè)的條件：必需所有結(jié)構(gòu)件裝焊完整、舾裝件裝焊完整、火工校正完畢，且自檢結(jié)束并通過專檢、外檢。所以密性檢查作業(yè)前，首先要拆除角鋼支撐留根后批補(bǔ)磨，然后吊運(yùn)反身后再進(jìn)行另一面的角鋼碼腳批補(bǔ)磨作業(yè)。另外，由于該舵葉頂部結(jié)構(gòu)橫截面與底部橫截面線型尺寸區(qū)別較大，故枕木需放置到一定的高度容易產(chǎn)生重心不穩(wěn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致密性檢查作業(yè)不方便甚至帶來危險(xiǎn);

（4）沖砂涂裝移動(dòng)作業(yè)：沖砂涂裝移動(dòng)作業(yè)時(shí)需要把舵葉與龍門架用角鋼焊接牢固，費(fèi)時(shí)費(fèi)力;

（5）船臺(tái)安裝作業(yè)：需要拆除固定角鋼進(jìn)行碼腳批補(bǔ)磨作業(yè)、補(bǔ)油漆作業(yè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力;

（6）工裝材料不能重復(fù)使用，浪費(fèi)嚴(yán)重。

3 ? ?托架設(shè)計(jì)

（1）托架結(jié)構(gòu)及主尺度

根據(jù)某系列船舵葉長(zhǎng)度、最大截面寬度、最大截面高度、最小截面寬度、最小截面高度、舵葉自重等參數(shù)，結(jié)合原方案中存在的實(shí)際問題，設(shè)計(jì)一種舵葉托架：一方面在舵葉施工過程中既可方便盛放舵葉，又可順利進(jìn)行該舵葉馬腳批補(bǔ)磨等施工作業(yè);另一方面該舵葉托架既能重復(fù)使用，又能實(shí)現(xiàn)舵葉的輕松轉(zhuǎn)運(yùn)等作業(yè)。該舵葉托架包括底座以及固定在底座上的支撐腳、吊耳、靠撐和防傾肘板;所述支撐腳固定在底座下方。吊耳固定在底座邊上，靠撐固定在底座上方;靠撐下端。

具體布置為：首先用4根14a規(guī)格普通槽鋼（每根長(zhǎng)為2 430 mm）相互平行排列，間距分別為600mm、460 mm、600 mm;同時(shí)采用5根同規(guī)格槽鋼（每根1 684 mm）縱向相互平行排列，分別垂直于橫向4根14 a規(guī)格普通槽鋼（間距均為600 mm）以此形成底座;其次采用6個(gè)直徑為83 mm、高度為200 mm、壁厚為3.5 mm焊接鋼管作為支撐腳，分別固定在底座下方整體沿舵葉立放的長(zhǎng)度方向布置，且基于中軸線兩兩對(duì)稱;再次，采用4個(gè)吊耳固定在底座邊上，整體沿舵葉立放的長(zhǎng)度方向布置;最后采用4組靠撐，每組靠撐均由一根直撐和一根斜撐組成，直撐和斜撐均可采用直徑83 mm、壁厚3.5 mm的鋼管，直撐的長(zhǎng)度為1000 mm、斜撐的長(zhǎng)度為1160 mm，每組靠撐頂端連接而成的夾角為29 o，直撐與底座的夾角為90 o，斜撐與底座的夾角為61 o;此外，相鄰兩組靠撐的縱向間距為1.117 m，對(duì)稱的兩組靠撐的直撐間距為0.577 m，整體沿舵葉立放的長(zhǎng)度方向布置，且基于中軸線兩兩對(duì)稱，對(duì)稱的兩組靠撐之間的距離與所需要立放的舵葉厚度適配，以更好地適于多種規(guī)格的舵葉立放其中;設(shè)計(jì)8塊三角形板材防傾肘板，固定支撐在所述靠撐下端，其大小均為200 mm*200 mm*8 mm，可采用Q235以上級(jí)別鋼板切割而成。具體建模效果圖如圖1所示。

（2）托架強(qiáng)度校核

設(shè)計(jì)的舵葉托架底座屬于相互垂直交叉的正交板架梁系，在舵葉整體側(cè)向立放時(shí)投影平面為460mm*2360mm，其縱向間距為460mm，受到來自舵葉側(cè)放時(shí)自重壓力，且該區(qū)域梁是等截面、等跨度的，則連續(xù)梁每一跨度受力可視作均布載荷分析處理。經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》及14 a普通槽鋼單位長(zhǎng)度重量、結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力、面模量等相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算得到最大均布載荷為3.159 t，大于該型船舵葉自重，故采用14a槽鋼做該舵葉的托架的底座滿足實(shí)際使用要求。同理可得，選取長(zhǎng)度分別為1 000 mm和1 166 mm、外直徑83mm、壁厚4mm的Q235無縫鋼管分別做該舵葉托架的垂向支撐和斜撐，滿足穩(wěn)性要求。

舵葉放置在該托架時(shí)的重心高度不大于732.2mm，靠撐直撐高度1 000 mm大于實(shí)際重心高度，滿足實(shí)際使用要求。另外，根據(jù)該系列船舵葉自重，可直接依據(jù)吊耳相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取材質(zhì)Q235、板厚18 mm的N5t吊耳。

4 ? ?加工制作

充分利用某公司分段作業(yè)區(qū)、預(yù)舾裝作業(yè)區(qū)、管加車間的工裝、型材、管材等余料，選取14a規(guī)格的普通槽鋼共計(jì)18 m，直徑83mm的鋼管共計(jì)8.7 m及厚度8mm的鋼材0.5 m2，按照實(shí)體建模方案尺寸進(jìn)行型材的切割下料、裝配、焊接及涂裝作業(yè)（如圖2所示）。焊接作業(yè)時(shí)應(yīng)選用與材料相匹配的焊材，避免焊接過程中產(chǎn)生諸如氣孔、夾渣、變形等外觀表面缺陷和尺寸缺陷。吊碼焊接完成后應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行外觀檢驗(yàn)及無損探傷檢驗(yàn)。

5 ? 應(yīng)用效果

據(jù)施工人員反饋，該舵葉托架具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）舵葉托架工裝可用于立放及支撐舵葉以進(jìn)行各種作業(yè)，不需要另外用角鋼做支撐，避免了碼腳的產(chǎn)生，無需進(jìn)行碼腳批補(bǔ)磨作用;

（2）火工校正作業(yè)時(shí)舵葉無需反身;

（3）進(jìn)行密性作業(yè)時(shí)省去了拆除角鋼及碼腳批補(bǔ)磨作業(yè);

（4）采用了兩兩對(duì)稱的靠撐對(duì)舵葉進(jìn)行支撐，同時(shí)靠撐下端又有防傾肘板進(jìn)行支撐，整體結(jié)構(gòu)牢固可靠，有效保障了作業(yè)安全;

（5）在各種作業(yè)中達(dá)到減少工作量、節(jié)省時(shí)耗、降本增效的作用;

（6）可重復(fù)使用，無需維護(hù)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，公司使用該舵葉托架工裝進(jìn)行相關(guān)作業(yè)后，每年可節(jié)約21.87萬元。該工裝于2018年2月獲國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專利授權(quán)（發(fā)明專利號(hào)：ZL201610210868.3）。

參考文獻(xiàn)

[1] 易輝. 一種舵葉托盤工裝. 中船黃埔文沖船舶有限公司.

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