襟翼舵吊裝及安裝工藝研究

摘" " 要：襟翼舵是船舵中的一種，是保障船舶操縱性的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)尺寸較大，對中精度要求高，因安裝位置等原因，吊裝難度大。本文設(shè)計(jì)制作了一種襟翼舵的吊裝工裝，研究了襟翼舵的吊裝安裝方法，通過設(shè)置吊梁的方式解決吊裝位置受限的問題，蝸輪蝸桿箱實(shí)現(xiàn)襟翼舵位置及姿態(tài)的調(diào)整，安全便捷地實(shí)現(xiàn)了襟翼舵的吊裝安裝，降低了勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：襟翼舵；吊裝對中工裝；吊梁；蝸輪蝸桿箱；關(guān)節(jié)軸承

中圖分類號：U664.36 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on Lifting and Installation Technology of Flap Rudder

CAI Yi，" YAN Bo，" XU Ligeng，" ZHANG Yingqiao

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited，" Guangzhou 510715 ）

Abstract： The flap rudder is one type of the marine rudders， which is the key system equipment to ensure the ship operation. The flap rudder used in a hovercraft has large structure size， high alignment accuracy， and its installation position is limited. It is difficult to lift and install the rudder accurately. This paper designs and manufactures a kind of lifting tooling for the flap rudder， studies the lifting and installation method of the flap rudder. The lifting beam is set to avoid the limitation of lifting position. The worm gear box can adjust position of flap rudder. The lifting and installation of flap rudder can be carried out safely and conveniently. These processes reduce labor intensity and improve work efficiency.

Key words： flap rudder;" lifting and alignment tools;" lifting beam;" worm gear box;" spherical plain bearing

1" " "引言

加強(qiáng)先進(jìn)工藝技術(shù)的融入和應(yīng)用，研制專用設(shè)備工裝對造船作業(yè)的節(jié)能環(huán)保、安全高效具有重要的意義，也是企業(yè)降本增效、提高效益的可行途徑之一。工裝在生產(chǎn)制造過程中起配合及輔助作用，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動效率同時保障生產(chǎn)安全。以襟翼舵的吊裝安裝為例，襟翼舵是某特種船舶航行中保持和改變航向的主要工具。它仿效飛機(jī)的襟翼，在普通主舵葉后緣裝一個稱為襟翼的副舵葉，當(dāng)主舵葉轉(zhuǎn)動一個角度時，副舵葉繞主舵葉的后緣轉(zhuǎn)出一個更大的角（稱襟角），產(chǎn)生更大的流體動力。襟翼舵有助于這種特種船舶獲得較大的轉(zhuǎn)船力矩，從而提高舵效或減小舵桿扭矩，減少油耗。襟翼舵是保障特種船操縱性的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，準(zhǔn)確合理的吊裝安裝決定了舵的運(yùn)行可靠性和使用壽命。安裝不當(dāng)?shù)脑?，輕則加劇舵系部件的磨損，增加使用和維修成本；重則導(dǎo)致舵系設(shè)備損毀，影響特種船的使用。對襟翼舵的吊裝安裝過程進(jìn)行分析研究并研制相應(yīng)工裝，對提高特種船建造質(zhì)量具有重要意義。

2" " 吊裝安裝過程分析

2.1" "襟翼舵的吊裝

襟翼舵主要由主舵葉、副舵葉（即襟翼舵葉）、舵軸、舵桿、舵承等組成，由于其線型復(fù)雜、玻璃鋼復(fù)合材質(zhì)等原因，這個舵體的結(jié)構(gòu)尺寸較大且呈扁平狀、板壁較薄，由于材質(zhì)為玻璃鋼復(fù)合材而不適合焊接吊裝吊馬，這就導(dǎo)致了在其本體上沒有吊裝吊碼等受力吊點(diǎn)，且其重心偏置，原采用的吊裝時采取的綁扎、捆綁等傳統(tǒng)方法，存在舵葉體側(cè)翻傾覆安全穩(wěn)患，綁固難度大、吊點(diǎn)中心無法有效保證，常常要多次反復(fù)調(diào)整綁扎位置、多次試吊，導(dǎo)致效率低下，且由于襟翼舵的線型等原因有綁扎不牢固的可能，這影響了吊裝綁固可靠，且吊裝位置重心和中心的調(diào)整難度大。因此設(shè)計(jì)一款結(jié)合吊裝、安裝作業(yè)的工裝，不僅可進(jìn)行襟翼舵的吊裝作業(yè)，同時可進(jìn)行襟翼舵的對中定位的安裝作業(yè)，提升工裝的可用性、高效性，避免了吊裝、對中安裝更換工裝，節(jié)約了時間，提升了作業(yè)效率、降低了成本。

2.2" "襟翼舵的安裝

受襟翼舵線型及結(jié)構(gòu)的影響，安裝時襟翼舵的主舵軸線與水平面之間的夾角約70°，外廓尺寸接近2.3m×0.7 m×4.0 m（長×寬×高），重量約0.8 t。襟翼舵需要在地面完成組裝固定，再由吊機(jī)吊至船舶甲板面上進(jìn)行對中安裝。對中過程中舵體進(jìn)行前后、左右、高低以及傾角的位置調(diào)整。對中合格后，施工作業(yè)人員對襟翼舵進(jìn)行安裝固定。

襟翼舵由主舵、襟翼舵、舵軸、舵桿、舵承等組成，襟翼舵上下兩端設(shè)置舵葉的傳動機(jī)構(gòu)，由搖臂、拉桿組成。搖臂的一端通過螺栓與襟翼舵的兩端連接，一端與拉桿連接，拉桿的另一端與船體基座連接。電動液壓舵機(jī)通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動主舵葉時，襟翼舵葉被轉(zhuǎn)動。

襟翼舵的主要安裝要求為：

1）主舵葉與上層發(fā)動機(jī)艙室的間隙為200+10 mm；

2）主舵葉與前面推進(jìn)槳葉安裝基座結(jié)構(gòu)的圓弧表面之間的間隙為150+5 mm；

3）舵葉中心線與推進(jìn)槳葉中心線在同一平面上，公差不大于±2 mm；

4）主舵葉下端面距離甲板面的最小處為120 mm。

結(jié)合襟翼舵的自身特點(diǎn)以及現(xiàn)場施工環(huán)境，其安裝主要存在以下困難：

1）舵體結(jié)構(gòu)尺寸較大且呈扁平狀，對中定位以及安裝位置調(diào)整難度大；

2）襟翼舵的安裝位置前面為推進(jìn)槳葉船體結(jié)構(gòu)基座，頂部為發(fā)動機(jī)艙室，對中調(diào)整及安裝空間受到限制；

3）采用傳統(tǒng)的對中方式即在艙頂上燒焊吊馬并利用手拉葫蘆調(diào)整的對中方式，施工空間不足且對中調(diào)整的風(fēng)險很大；舵施工工序多，需要多次對中和移開舵進(jìn)行對中調(diào)整、鉆孔等作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，同時還有安裝精度的要求。

綜合以上施工難點(diǎn)，課題組分析研究后，設(shè)計(jì)制作的安裝工裝具有吊運(yùn)架功能、對中安裝時的位置調(diào)整功能以及對中合格后的平臺施工功能：

1）舵葉體的吊裝固定功能。工裝考慮采用剛性結(jié)構(gòu)對襟翼舵進(jìn)行吊裝固定，要求能保證舵葉體在吊裝安裝過程中的安全平穩(wěn)。為防止舵葉體側(cè)翻傾覆，襟翼舵的前后、左右方向需要加以約束。襟翼舵?zhèn)缺砻娉柿骶€型，左右固定應(yīng)該根據(jù)表面弧度來調(diào)節(jié)。舵葉體的前后固定可采用花籃螺栓等可調(diào)機(jī)構(gòu)進(jìn)行拉緊；

2）舵葉體對中安裝時的位置調(diào)整功能。舵葉體對中安裝時需要進(jìn)行前后、左右、高低以及傾角的調(diào)整，結(jié)合以往的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這種直線平移運(yùn)動可以通過蝸輪蝸桿的伸縮運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。傾角的調(diào)整則通過底部四角的4個蝸輪蝸桿，異步頂升來實(shí)現(xiàn)；

3）舵葉對中合格后鉆孔、固定等施工工作。襟翼舵安裝位前面為推進(jìn)槳安裝的船體結(jié)構(gòu)基座，頂部為發(fā)動機(jī)艙室，施工作業(yè)平臺只能設(shè)置在舵葉體的兩側(cè)及后側(cè)，并需要預(yù)留足夠的施工作業(yè)空間。整體工裝框架的尺寸較大，與船體的分總段吊裝類似，適宜借助吊馬、卸扣的方式進(jìn)行吊運(yùn)。襟翼舵的吊裝落座受到頂部發(fā)動機(jī)艙室寬度和高度的限制，常規(guī)的單機(jī)吊裝方式可能使索具與發(fā)動機(jī)艙室之間發(fā)生碰撞。襟翼舵的吊裝方法要求能避開發(fā)動機(jī)艙室寬度和高度的限制，實(shí)現(xiàn)受限空間內(nèi)的設(shè)備吊裝。工裝設(shè)計(jì)應(yīng)該在保證施工安全的前提下，盡可能地降低工人的施工難度，保障襟翼舵的安裝質(zhì)量，并兼顧可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境保護(hù)的要求，綜合評價考慮。

3" " 工藝解決方案

3.1" "工裝整體方案

根據(jù)襟翼舵的吊裝和安裝過程以及實(shí)際存在的困難，最終決策選定的吊裝工裝和吊裝對中安裝方法簡述如下。工裝采用外框架形式，主要由吊架、底部框架、水平調(diào)整平臺、固定夾緊裝置、調(diào)整裝置以及施工作業(yè)平臺組成，工裝整體形式及其他附屬結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）吊架呈“U”形結(jié)構(gòu)設(shè)置在襟翼舵的兩側(cè)及后側(cè)，底部焊接有平板（圖中未表示出），吊裝時平板托舉著底部框架及其上的襟翼舵一起吊升，將襟翼舵及整體工裝從地面吊至船舶甲板面。

2）吊架的上層矩形鋼管處搭焊A型吊馬，吊機(jī)索具與吊馬相連，中間設(shè)置吊梁，吊裝時吊梁從發(fā)動機(jī)艙室上方跨過從而避開發(fā)動機(jī)艙室寬度和高度的限制，將襟翼舵平穩(wěn)吊裝到推進(jìn)槳安裝船體結(jié)構(gòu)基座后面的安裝位置。

3）底部框架用于承載除吊架、施工作業(yè)平臺以外所有結(jié)構(gòu)的重量?？蚣艿乃慕窃O(shè)置手動蝸輪蝸桿升降裝置，四個升降桿可以同時或獨(dú)立伸縮，實(shí)現(xiàn)襟翼舵整體上下以及前后、左右的俯仰調(diào)整。底部框架上設(shè)置水平調(diào)整平臺，水平調(diào)整平臺與2個獨(dú)立運(yùn)動的蝸輪蝸桿裝置連接，手動調(diào)節(jié)蝸輪，蝸桿伸縮推拉水平調(diào)整平臺從而實(shí)現(xiàn)襟翼舵左右、前后的水平調(diào)整。襟翼舵的左右、前后、高低以及傾角的調(diào)整都可以通過相應(yīng)位置的蝸輪蝸桿裝置來完成。

4）框架四角的蝸輪蝸桿裝置通過撐腳而接地，兩者之間用關(guān)節(jié)軸承連接；底部框架和水平調(diào)整平臺之間通過降低表面粗糙度、加潤滑劑的方式減小滑動摩擦，保證水平調(diào)整平臺能在底部框架上相對滑動。

5）固定夾緊裝置由三部分組成：2個固定架左右對稱地安裝在水平調(diào)整平臺上，用于承載夾緊裝置；6組手轉(zhuǎn)輪用于左右夾緊襟翼舵；2個前部帶萬向軸的花籃螺栓，手動調(diào)節(jié)花籃螺栓的伸縮行程及萬向軸的角度，可拉緊舵葉前部。底部框架、水平調(diào)整平臺以及固定夾緊裝置、調(diào)整裝置的三維模型如圖2所示。

6）施工作業(yè)平臺設(shè)置在襟翼舵的兩側(cè)及后側(cè)，吊架保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，以降低施工人員對舵葉對中的影響。平臺距甲板面高度2000 mm，寬度500 mm，并設(shè)有安全圍欄和上落梯，上落梯采用可拆式連接。

7）承載、夾持襟翼舵的接觸位置都設(shè)有墊塊，端部設(shè)有安全軟膠墊，以避免損傷舵葉。

3.2" "工裝主要技術(shù)參數(shù)

襟翼舵裝船要素：尺寸約為2.3 m×0.7 m×4.0 m（長×寬×高），重量約0.8 t，安裝時主舵軸線與水平面夾角約70°。設(shè)計(jì)制作的襟翼舵吊裝及對中安裝工裝整體尺寸為3438 mm×2750 mm×2816 mm，其調(diào)整行程及精度分別為：

1）前后調(diào)整行程：-500 mm至+100 mm（即對位完成后，舵葉可再向后平移400 mm）；

2）左右調(diào)整行程：±100 mm；

3）高低調(diào)整行程：±75 mm；

4）調(diào)整精度：0.5 mm。

工裝主體（吊架、底部框架以及焊接吊馬等）采用Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制成，屈服強(qiáng)度235 MPa（板厚≤16 mm）。結(jié)構(gòu)之間主要采用焊接形式連接，框體跨度較大的部位和轉(zhuǎn)角處都設(shè)置斜撐或肘板，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。工裝承重的易發(fā)生斷裂處集中在焊接吊馬上，故不單獨(dú)對吊架進(jìn)行強(qiáng)度校核。

吊馬為Q235鋼質(zhì)A型吊馬，與上層矩鋼搭接，搭接長度70 mm且不影響卸扣的安裝，吊馬板厚14mm，周界全焊，焊腳高度≥9.8 mm。按照相關(guān)規(guī)范校核滿足抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度要求。

4" " 工藝應(yīng)用

具體施工過程如下：

1）現(xiàn)場組裝好襟翼舵的整體工裝，即吊架、施工作業(yè)平臺、底部框架及其上的所有工裝都已準(zhǔn)備就緒；

2）襟翼舵按設(shè)備吊裝要求初步吊入到固定夾緊裝置上，手動調(diào)節(jié)手轉(zhuǎn)輪和花籃螺栓的伸縮行程、萬向軸的角度，從而快速鎖緊舵葉，保證起吊安裝過程的穩(wěn)固安全。舵葉的其他位置可加綁帶進(jìn)行固定。承載、夾持襟翼舵的接觸位置都設(shè)置墊塊，端部設(shè)置安全軟膠墊，以避免損傷舵葉；

3）吊機(jī)索具與吊架上的吊馬相連接，索具中間設(shè)置吊梁，吊裝時吊梁從發(fā)動機(jī)艙室上方跨過從而避開發(fā)動機(jī)艙室寬度和高度的限制，平穩(wěn)地將整體工裝及襟翼舵吊入到推進(jìn)槳安裝船體結(jié)構(gòu)基座后面的安裝位置，吊裝示意圖見圖3和圖4；

4）整體工裝采用非焊接固定方式固定在船舶甲板面上，這里選擇可拆式螺栓連接。手動調(diào)整蝸輪蝸桿升降裝置，進(jìn)行襟翼舵整體上下以及前后、左右的俯仰調(diào)整；水平調(diào)整平臺上的2個獨(dú)立運(yùn)動的蝸輪蝸桿裝置實(shí)現(xiàn)襟翼舵的前后、左右的水平調(diào)整，便捷準(zhǔn)確地進(jìn)行對中安裝；

5）襟翼舵安裝固定后，解除工裝與船舶甲板面的固定，整體工裝按原吊裝方法撤離安裝位。

目前襟翼舵吊裝及安裝工藝已成功應(yīng)用在某特種船建造項(xiàng)目上，并不斷改進(jìn)優(yōu)化，相關(guān)工裝及工藝方案完全可以在后續(xù)批量化產(chǎn)品船中靈活應(yīng)用。與傳統(tǒng)方法相比，襟翼舵的進(jìn)艙安裝周期由9天縮短至2天，施工人員由原來的20人減少到10人，節(jié)約成本預(yù)計(jì)10-15萬元。

5" " "工藝技術(shù)特征總結(jié)

經(jīng)過對襟翼舵吊裝、安裝工藝研究，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況的分析，現(xiàn)將其工藝技術(shù)特征總結(jié)如下：

1）索具中間設(shè)置吊梁，調(diào)整索具在吊裝過程中的運(yùn)動軌跡，從而避開吊裝過程中的障礙物，實(shí)現(xiàn)受限空間的設(shè)備吊裝；

2）底部框架的四角設(shè)置蝸輪蝸桿升降裝置，升降桿同時或獨(dú)立伸縮，可實(shí)現(xiàn)襟翼舵整體上下以及左右、前后的傾角調(diào)整；

3）底部框架上設(shè)置水平調(diào)整平臺，兩者之間可相對滑動。水平調(diào)整平臺前后、左右的二維方向上連接蝸輪蝸桿裝置，同樣利用蝸桿的伸縮運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)設(shè)備前后、左右的水平調(diào)整；

4）底部框架、水平調(diào)整平臺以及蝸輪蝸桿裝置、關(guān)節(jié)軸承的配合可實(shí)現(xiàn)襟翼舵的三向調(diào)整以及前后、左右的傾角調(diào)整，完全滿足設(shè)備位置調(diào)整的要求。手動蝸輪蝸桿裝置可進(jìn)一步改裝成電動液壓等方式，增加工裝的自動化程度以及精細(xì)程度；

5）固定夾緊裝置利用固定架、手轉(zhuǎn)輪以及前部帶萬向軸的花籃螺栓，實(shí)現(xiàn)襟翼舵的三向鎖緊固定；

6）底部框架四角上的蝸輪蝸桿升降裝置與撐腳之間采用關(guān)節(jié)軸承連接。關(guān)節(jié)軸承是一種球面滑動軸承，運(yùn)動時可任意角度旋轉(zhuǎn)擺動，具有載荷能力大、抗沖擊、耐磨損等特點(diǎn)。底部框架進(jìn)行傾角調(diào)整時兩接觸球面可相對轉(zhuǎn)動；

7）吊架的上層矩形鋼管矩處搭焊吊馬，吊點(diǎn)位置高于整體工裝的重心從而確保吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)過程的安全平穩(wěn)。

上述工藝技術(shù)特征僅是以襟翼舵的安裝為例，同樣適用于其他吊裝調(diào)整不便或安裝空間受限的設(shè)備。通過對技術(shù)特征進(jìn)行簡單的推演和替換，適用范圍更廣，指導(dǎo)作用顯著。

6" " 結(jié)論

襟翼舵的結(jié)構(gòu)尺寸較大，吊裝不易固定且安裝空間受限，起吊轉(zhuǎn)運(yùn)以及對中安裝都存在一定困難。本文介紹的襟翼舵的吊裝工裝及吊裝方法，采用特定結(jié)構(gòu)的吊架、底部框架、固定夾緊裝置、調(diào)整裝置等工裝，解決了襟翼舵吊裝調(diào)整不便以及安裝空間受限的問題，安全便捷地將襟翼舵運(yùn)送到船舶甲板面并準(zhǔn)確進(jìn)行對中安裝，在確保施工安全的前提下，降低了勞動強(qiáng)度，提高工作效率。目前該工藝已在某特種船建造項(xiàng)目中成功應(yīng)用，后續(xù)批量化產(chǎn)品建造完全可以采用本論文的研究成果，并為其他受限空間內(nèi)的設(shè)備安裝提供借鑒，具有廣闊的應(yīng)用前景。