倪 國 春

（中船江南重工股份有限公司，上海 200023）

0 引 言

大型起重船主要用于大型物件起重作業(yè)、沉船打撈、海灘救助、橋梁架設等等。特別是海洋工程裝備這個新興行業(yè)，必須依靠大型起重船在海面進行吊裝。隨著我國經濟的增長，科技實力的提升，逐步進入這一領域，目前已能設計和建造數千噸甚至接近萬噸起重能力的起重船，如振華港機建造的7500t“藍鯨”號起重船。

我國在全球金融危機背景下[1,2]，適時提出了加快船舶工業(yè)調整和振興規(guī)劃，一方面推進產業(yè)結構調整，提高大型企業(yè)綜合實力，形成新的競爭優(yōu)勢，另一方面加快自主創(chuàng)新，開發(fā)高技術高附加值船舶，發(fā)展海洋工程裝備，為大型起重船的發(fā)展創(chuàng)造良好條件。

1 工程技術水平

1.1 起重船概況

2500t單臂架起重船的航行區(qū)域為近海和內河航區(qū)，起重作業(yè)為遮蔽海域、內河和港口水域。結構形式為單底（機艙部分為雙層底）、單甲板、縱骨架式方箱駁船型，采用4錨定位的方式進行起重作業(yè)。船體主要結構采用D、E級船用結構鋼，龍門架結構采用D32、D36高強度船用結構鋼，臂架、A架及其絞座采用Q500D和Q500E高強度結構鋼。臂架為桁架式結構，與主船體連接為銷軸連接。工作吊鉤為額定起重能力 2500t（625t×4）的主鉤，見圖1。

1.2 構造及主要參數

該船為固定式臂架非自航起重船，主要參數及特點如下：

1)臂架起升高度高。吊鉤滿載起升高度達到101m，能用于超高結構的吊裝作業(yè)。

2)臂架總長度長、變幅范圍寬。臂架總長達120m，工作變幅范圍 30～65°，舷外最遠吊距能達到93m（吊重400t）。長臂架加上寬變幅使得該起重船能進行遠距離作業(yè)，具有較高的作業(yè)效率。

3)滿載吃水淺、通航高度要求低。通航時可以將臂架放置在15°，能通過限高48m的橋梁，作業(yè)適應范圍廣。

國內外大型起重船參數比照見表1。

圖1 2500t單臂架起重船

表1 國內外大型起重船參數比照

2 關鍵技術

2.1 水陸結合方式安裝臂架

大型起重船的主體結構可分為船體和臂架2部分，將兩者合攏安裝再穿繞變幅和起升鋼絲繩系統，是一個復雜的安裝工程。通常有如下2個實施方案：

1)借用大型的船塢。根據該船外形尺寸（船長105.6m，型寬 42m）以及臂架尺寸、重量（總長120m，總重1200t），需要10萬噸級以上的船塢，用2臺650t以上龍門起重機抬吊臂架，這樣才能滿足安裝需要。

2)采用其他大型起重船，在水面上進行吊裝。根據該船情況，需要2艘起重能力1000t以上的起重船吊裝臂架。如果有良好的碼頭條件，可以將船體系泊在碼頭進行安裝，如碼頭條件不理想，則選擇在寬闊水域拋錨后安裝。

該船的臂架安裝吸收了以上2種方案的優(yōu)點，并借鑒了大型龍門起重機[3]的提升方法，創(chuàng)新地提出水陸結合的總裝方案。先將總裝完成的臂架以根部朝向水側滑移出去與船首龍門架絞座對接，根部對接后穿引鋼絲繩系統，再用提升塔架將臂架頭部抬起至變幅可運行角度（15°），最后利用變幅絞車將臂架拉起完成整體安裝。

首先是臂架根部與船首龍門架絞座的連接。將船體移進港池，用移船絞車與港池兩側帶纜樁將船體系好，船體在移船絞車控制下進行前后位置的調節(jié)。臂架通過滑移小車將根部伸出平臺，調整其左右位置，使其位于船首龍門架兩絞座后，采用一副提升塔架將根部抬起，并移動和調整臂架前后位置，使其鉸軸孔對準龍門架絞座軸孔，然后穿裝銷軸，見圖2。

圖2 臂架根部與船體龍門架絞座的安裝

根部對接后安裝鋼絲繩系統，通過變幅絞車、A架和臂架變幅滑車穿引變幅鋼絲繩；通過起升絞車、A架、臂架起升滑車和吊鉤穿引起升鋼絲繩。然后采用提升塔架進行臂架頭部的提升。將臂架抬至變幅絞車運行范圍之內，啟動變幅絞車提升臂架完成安裝過程，見圖3。

2.2 大型軸套、襯套的過盈配合安裝

臂架根部銷軸孔與銷軸的安裝采用大型襯套和軸套過渡，其中大型襯套與軸套間為過盈配合，襯套材質為鑄造鋁青銅，見圖4。

襯套的安裝采用了冷卻法，經過一系列的工藝探索、理論研究并結合以往同類產品的冷卻法安裝經驗，在實施中采用了整體浸沒冷卻方式，冷卻介質選用液氮。同時根據鋁青銅材質的線膨脹系數，結合襯套尺寸、冷卻介質溫度、環(huán)境溫度等因素制定了詳細操作工藝。安裝完成后經檢查襯套與軸套過盈配合良好，達到了預期的效果。

圖3 臂架頭部提升

圖4 臂架鉸點過盈襯套

2.3 Lebus（籬笆絲）繩槽技術的應用

Lebus繩槽技術是美國人Lebus發(fā)明的一種適合鋼絲繩多層卷繞的繩槽技術，這種繩槽只在一圈中的兩個點上錯開半個節(jié)距，其余部分均平行于卷筒法蘭，這樣每一圈繩槽正好錯開一個節(jié)距[4]。由于這個特點，國內起重行業(yè)稱之為“折線繩槽”。Lebus繩槽作為專利技術，與一般的螺旋繩槽相比，更能確保鋼絲繩排列整齊，提高鋼絲繩的平順度，大大減少鋼絲繩之間的摩擦，延長了鋼絲繩的使用壽命。另外，其對鋼絲繩直徑、卷繞層數、出繩速度的適應性也相當強。

該船變幅絞車和起升絞車上使用了 Lebus繩槽，在絞車裸卷筒上鑲嵌分體式Lebus繩槽卷筒皮完成安裝。與繩槽配對的鋼絲繩在卷筒上會自動沿繩槽卷繞排列整齊，因此并不需要另外的排繩系統。這種繩槽技術也避免了排繩器與絞車滾筒的同步問題以及與鋼絲繩的摩擦問題。

Lebus繩槽對鋼絲繩的要求很高，鋼絲繩匹配不好容易造成亂繩。因此在選繩時，應根據 Lebus繩槽的特點對鋼絲繩，如繩芯構造、旋轉方式、直徑公差、預應力等等均提出特殊要求，以保證鋼絲繩能滿足Lebus繩槽的要求。此外，鋼絲繩在Lebus繩槽上卷繞穿引時，必須施加適當的安裝張力。如果鋼絲繩卷繞太松會造成底層松垮，在頂層受力時就會產生亂繩現象；如果卷繞太緊，則給安裝帶來困難。圖5為起升鋼絲繩在Lebus繩槽卷筒上的卷繞過程。

圖5 起升鋼絲繩卷繞在Lebus繩槽卷筒上

2.4 變頻器-電機驅動的雙備切換優(yōu)化設計

該船起重系統配置有4套起升絞車電機，每臺功率300kW，4套變幅絞車電機，每臺功率315kW，絞車電機的驅動均采用變頻器。在系統安全設計上，要求起升和變幅系統不能同時工作。

按照通常的驅動配置方案，選擇功率 400kW的變頻器，一臺電機配備一臺變頻器，需8臺變頻器，形成一一對應配置方案。根據系統特點還可設計成切換配置方案：一臺變頻器驅動一組起升電機和變幅電機，需4臺變頻器，通過切換開關滿足使用性能。這兩種方案各有優(yōu)缺點，在一一對應方案中每臺變頻器的使用效率只有50%，資源并未充分利用。而在切換方案中每臺變頻器都是滿負荷運行，資源利用率高，但是若某一臺變頻器出現故障，則起升電機和變幅電機都不能工作。

該船的傳動系統設計為雙備切換方案。每組起升電機、變幅電機各配置2臺變頻器，正常工作時采用起升變頻器對應起升電機，變幅變頻器對應變幅電機的一對一模式。當每組變頻器中任一臺出現故障時，可通過變頻器輸出端設置的兩組切換開關，對相應的兩臺電機進行交換驅動。使2臺變頻器和2臺電機實現一一對應并互為備用的方案，既能提高變頻器的利用率，也可解決變頻器出現故障時2臺電機都不能工作的難題?？紤]到變頻器的諧波影響，還在變頻器輸入端配置了無源諧波濾波器，以保護發(fā)電機和網路的其他重要電氣設備。見圖6。

圖6 起重機構單傳動方案圖

3 結 語

水陸結合的臂架安裝方案是該船建造技術的一種創(chuàng)新。這種方案的成功實施，一方面可以證明方案本身的科學性，另一方面也為類似安裝工程提供了一套新的解決方案。在一系列施工難點中，例如大直徑軸套與薄壁襯套的過盈配合安裝工藝，Lebus繩槽的鋼絲繩應如何選用及安裝，電機驅動方案的優(yōu)化等。通過工藝摸索獲得了許多重要工藝參數，對作為造船、海洋工程施工配套技術裝備的大型起重船工程施工積累了大量工藝資料。

[1]朱宏任. 加強結構調整步伐 促進船舶工業(yè)由大到強[J].上海造船，2010, (1)∶ 1-5.

[2]魏家福. 積極應對全球金融危機的中國海運業(yè)現狀和發(fā)展趨勢[J]. 上海造船，2010, (1)∶ 9-11.

[3]王金成，孫東勝. 600t龍門起重機制作[J]. 上海鋼結構，2005, (增)∶ 57-59.

[4]籬笆絲公司. Lebus繩槽產品說明書[Z]. 2009.