基于膨脹芯軸工裝的跳板安裝技術(shù)

柏君勵，張麟，鄧潤波，胡毅

(武昌船舶重工集團有限公司，武漢 440060)

跳板應(yīng)用范圍廣泛，各型滾裝船、客滾船、大型船舶的舷側(cè)及兩棲艦艇等都需要用到跳板。跳板的安裝重難點包括安裝的精度與安裝后的密封性。跳板的安裝精度主要取決于跳板鉸鏈的安裝精度與同軸度。跳板鉸鏈的安裝工藝主要有兩種：①先在船臺完成鉸鏈裝焊，然后采用鏜孔機在船臺進行二次鏜孔以保證鉸鏈的同軸度；②先在內(nèi)場完成鉸鏈孔的全部加工，再在船臺借助假軸工裝進行鉸鏈安裝，通過假軸及工藝控制保證鉸鏈的同軸度。第一種工藝優(yōu)點是可以非常精確的保證各鉸鏈的同軸度，但是其缺點也非常明顯。為保證鏜孔機的鏜孔精度，需要在跳板上或船體上制作鏜孔工裝，工裝精度要求高，施工難度較大。此外，若跳板較小則供鏜孔的施工空間可能不足；若跳板較大，則采用長鏜桿鏜孔時難以控制鏜桿的振動，進而影響鏜孔的同軸度。與先安裝后鏜孔的工藝相比，采用假軸工裝進行安裝的工藝，可避免在船臺鏜孔，安裝更便捷高效。但采用長假軸或分段假軸的安裝工藝，在進行焊接時需轉(zhuǎn)動假軸來保證鉸鏈的同軸度。此外，由于假軸與鉸鏈孔之間存在間隙，因此若焊接產(chǎn)生變形則可能出現(xiàn)假軸卡死無法轉(zhuǎn)動的問題。有研究將鉸鏈側(cè)眼板與中心眼板組成單元再采用以短假軸作為工裝的方式進行鉸鏈安裝，每付鉸鏈設(shè)計1個假軸，且各假軸獨立安裝和使用。其中短假軸采用圓鋼或鋼管制造，大小不能調(diào)節(jié)，通用性較差。為此，考慮對某型船的艏跳板安裝設(shè)計可調(diào)節(jié)徑向大小的膨脹芯軸工裝，提出基于膨脹芯軸工裝的安裝工藝。

1 艏跳板及鉸鏈介紹

某船艏部設(shè)有艏跳板，見圖1。

圖1 艏跳板布置

該船主船體采用高強鋼，艏跳板采用鋁合金制造，長、寬、尺寸為5.4 m×4.8 m，重約2.8 t。艏跳板通過液壓絞車上的傳動鋼絲繩進行收放。艏跳板完全收回時，通過壓縮艏封板上密封槽內(nèi)的密封橡皮達(dá)到密封的效果。

艏跳板在端部橫向上設(shè)有3個非對稱布置的雙眼板，見圖2。

圖2 艏跳板結(jié)構(gòu)

艏跳板與船體采用三組鉸鏈連接，每組鉸鏈由跳板上的鋁合金雙眼板、船體上的鋼質(zhì)單眼板以及不銹鋼材質(zhì)的鉸鏈軸組成，見圖3。

圖3 艏跳板鉸鏈布置

由于鉸鏈存在上述多種材質(zhì)，為避免跳板在長期使用中出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，在鉸鏈軸與單/雙眼板軸孔之間配有一副復(fù)合材料襯套，在單眼板與雙眼板的接觸面處配有一副復(fù)合材料墊圈。

艏跳板是活動部件，鉸鏈軸與單/雙眼板的軸孔之間存在一定的軸向與徑向配合間隙。若直接采用跳板的原裝軸貫穿鉸鏈進行安裝，則由于間隙的存在難以控制眼板的焊接變形，因此需要設(shè)計假軸作為工裝用于固定鉸鏈，待鉸鏈焊接、安裝完畢后再換裝原裝軸。

2 安裝用膨脹芯軸工裝設(shè)計

膨脹芯軸工裝見圖4，膨脹芯軸工裝采用45號鋼制作，實物見圖5。

圖4 膨脹芯軸工裝裝配

圖5 膨脹芯軸工裝實物

膨脹套外表面為圓面，直徑與眼板內(nèi)孔直徑一致，內(nèi)表面為錐面。膨脹軸一端為方型，另一端為螺桿，中間部分為錐形，錐面坡度與膨脹套一致。墊板是膨脹芯軸工裝的定位板，其安裝在鉸鏈雙眼板外側(cè)，膨脹套頂住墊板以實現(xiàn)定位。

螺母與膨脹芯軸、墊板配合，松緊螺母時膨脹軸左右移動并導(dǎo)致膨脹套外擴或內(nèi)收，進而實現(xiàn)消除膨脹芯軸工裝與鉸鏈軸孔間的徑向間隙的目的。

兩個環(huán)形墊圈安裝在焊接單眼板與雙眼板之間，用于消除鉸鏈單、雙眼板之間的軸向間隙。通過調(diào)節(jié)膨脹芯軸工裝，可同時消除鉸鏈軸孔的軸向與徑向間隙，使得鋁合金雙眼板與船體單眼板形成1個牢固的整體，從而能最大程度地控制船體單眼板焊接時變形。見圖6。

圖6 膨脹芯軸工裝剖面

3 安裝工藝

3.1 安裝前準(zhǔn)備

艏跳板本體完成制造后，將鋁合金雙眼板裝焊在艏跳板上，然后在內(nèi)場對雙眼板進行鏜孔加工，3處雙眼板軸孔的同軸度需控制在0.5 mm以內(nèi)。

鋼質(zhì)單眼板在內(nèi)場加工，在船臺安裝。首先，采用等離子數(shù)控機床進行下料，下料時在長度方向需留有余量便于船臺安裝時校正誤差，然后標(biāo)記出單眼板軸孔的圓心位置，再在銑床上加工出軸孔。

跳板為重型設(shè)備，其安裝時機為船舶軸系施工前。艏跳板安裝前需完成艏部船體外板的裝焊，為保證跳板安裝后的水密性，要求跳板收起時與跳板所接觸的船體面的平面度達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。此外，在艏部船體面板上刻畫船體中心線并做洋沖標(biāo)記，在跳板正反面刻畫中心線并做洋沖標(biāo)記。

3.2 船體單眼板定位

在船體艏部兩側(cè)焊接定位拉線架，使用激光經(jīng)緯儀找出跳板鉸鏈軸孔中心線，將中心線投射在左右兩側(cè)的定位拉線架上，安裝鉸鏈對中工具，采用0.5 mm鋼絲穿過兩側(cè)拉線，然后調(diào)整鉸鏈對中工具，確保軸線定位準(zhǔn)確。

在安裝船體單眼板前，先按照實物劃出與之外形一致的樣板。根據(jù)樣板尺寸切割焊接單眼板的余量，待長度方向余量切割完畢后，現(xiàn)場加工焊接坡口并點焊定位單眼板。

3.3 艏跳板定位

在船體艏部區(qū)域設(shè)置安裝墩位，安裝墩頂部高度位于跳板鉸鏈軸線下500 mm左右為宜，然后在安裝墩上放置墊木和千斤頂。

如圖7所示，使用吊車將跳板落在安裝墩上并進行粗定位，使跳板鉸鏈軸孔與軸線大致平齊，將鋼絲穿過鉸鏈孔后拉緊。在船舶艏部中間和兩側(cè)分別設(shè)螺旋扣拉碼。調(diào)整跳板下的千斤頂和螺旋扣拉碼，對跳板進行精確定位，使跳板鉸鏈孔中心線與鋼絲重合，跳板密封面(即跳板關(guān)閉時與船體上密封橡皮貼合的平面)水平。

圖7 跳板安裝示意

3.4 使用膨脹芯軸工裝安裝艏跳板

卸去鋼絲，在鉸鏈中安裝膨脹芯軸工裝。先在單眼板軸孔兩側(cè)安裝墊片，然后將膨脹芯軸、膨脹套穿過軸孔，在另一側(cè)放置墊板、螺母，膨脹軸與螺母旋住后，調(diào)整墊片與膨脹套位置，墊片圓心與軸孔中心一致，3個膨脹套等分放置，旋緊膨脹軸。此時膨脹套消除了鉸鏈軸孔的徑向間隙，墊片消除了單眼板與雙眼板之間的軸向間隙，使跳板鉸鏈形成一個牢固的整體，見圖8。

圖8 安裝膨脹芯軸工裝并對單眼板進行加強

3.5 單眼板焊接及變形控制

安裝完膨脹芯軸工裝后，對單眼板進行工裝加強，再焊接單眼板。由于跳板為承重裝置，因此跳板鉸鏈一般選用強度高、厚度大的材料。本船鉸鏈的單眼板為30 mm厚的高強鋼，其焊接坡口深、焊接熱量大，因此需要采取相應(yīng)的焊接變形控制措施，要點如下。

1)單眼板與船體必須保證垂直，在施焊前需做必要的三角板加強。

2)焊接施工時，3處鉸鏈需同時施焊、分段焊接，每焊完1道焊縫后需待焊縫溫度冷卻至相應(yīng)溫度后才能進行下1道焊縫的施焊。

3)焊接時需實時檢查船體面板背面支撐的焊縫是否開裂，實時用三角卡尺監(jiān)測船體單眼板的垂直角度。如果垂直角度發(fā)生變化則需立即停止焊接施工，待焊縫冷卻后在其反面焊接，矯正后再進一步加強支撐工裝，然后再進行焊接作業(yè)。

3.6 換裝原裝軸及復(fù)合材料襯套

單眼板焊接工作完成后，使用錘擊的方式消除應(yīng)力，24 h后拆除工裝用膨脹芯軸工裝。對單眼板焊縫進行探傷，焊接質(zhì)量合格后換裝艏跳板原裝軸。

原裝軸安裝完成后，利用吊車啟閉跳板，重復(fù)操作幾次，查看鉸鏈轉(zhuǎn)動是否順暢，從而確認(rèn)跳板鉸鏈的裝焊質(zhì)量。

3.7 跳板密封

本船在船體艏封板上設(shè)計有鋼制凹槽，凹槽中安裝密封橡皮，當(dāng)跳板完全收攏時，跳板密封面與密封橡皮緊密貼合并壓緊，從而實現(xiàn)對艏跳板的密封。

跳板鉸鏈裝焊完畢后，在艏封板上定位鋼質(zhì)凹槽，在凹槽兩側(cè)點焊止擋塊，再焊接凹槽，見圖9。焊接時兩舷應(yīng)同時施焊并采用間斷對稱焊以控制焊接變形。

圖9 密封用鋼制凹槽裝焊

焊后24 h拆除止擋塊，再在凹槽中安裝密封橡皮。安裝完畢后關(guān)閉跳板進行沖水試驗，觀察試驗部位的反面是否漏水或出現(xiàn)水跡，從而檢驗跳板的密封性。

4 膨脹芯軸工裝優(yōu)勢

使用膨脹芯軸工裝后，無需在船臺二次鏜孔即可實現(xiàn)跳板的高效精確安裝，通過在多條實船上的應(yīng)用，證明了基于膨脹芯軸工裝的艏跳板安裝工藝合理可行、便捷高效。所設(shè)計的膨脹芯軸工裝具有以下優(yōu)勢。

1)安裝及拆卸便捷、高效。膨脹芯軸工裝相對于長假軸尺寸更小、重量更輕，安裝及拆卸只需要松緊膨脹芯軸上的螺栓即可，非常便捷、高效。

2)不會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。使用長假軸安裝眼板時，長假軸需轉(zhuǎn)動，膨脹芯軸工裝則不需要；同時，一組鉸鏈安裝一副膨脹芯軸工裝，即使各組鉸鏈不同軸也不會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

3)膨脹芯軸工裝長度短，不占用鉸鏈兩側(cè)的空間，使焊接、施工空間更大，施工條件比采用長假軸工裝更好。

4)安裝精度高。膨脹芯軸工裝可以消除軸向與徑向間隙，使鉸鏈成為牢固的整體，焊接變形量很小，再配合相應(yīng)的焊接變形控制措施，安裝精度很高。

5)通用性好。膨脹芯軸工裝設(shè)計為錐面加螺桿的形式，可通過松緊螺栓實現(xiàn)對膨脹套外徑的調(diào)節(jié)，因此對不同孔徑的鉸鏈均可使用。此外，膨脹芯軸工裝與單個鉸鏈配合使用，不受跳板尺寸、鉸鏈數(shù)量與鉸鏈間距的限制。

6)經(jīng)濟性好。膨脹芯軸工裝裝卸方便，無卡死的問題，不易損壞，可重復(fù)使用率高。