瞿 音，楊龍霞，鄧 梅，張曉群，陳 琳

（1.南京中船綠洲機(jī)器有限公司，南京 210039；2.上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

船用起重機(jī)是在海上環(huán)境中執(zhí)行運(yùn)輸作業(yè)的一種特殊起重機(jī)，主要用于船-岸和船-船間貨物的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移、海上補(bǔ)給、水下作業(yè)設(shè)備的投放與回收等重要任務(wù)，是船舶裝置的重要組成。船用起重機(jī)一般由承載結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)（起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走等）、驅(qū)動(dòng)及控制等部分組成?，F(xiàn)在船用起重機(jī)在各類船舶上已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。不同類型船舶對(duì)船用起重機(jī)的功能、結(jié)構(gòu)等要求存在較大差異。

國(guó)際規(guī)范方面，國(guó)際海事組織（IMO）、國(guó)際勞工組織（ILO）等國(guó)際組織對(duì)船用起重機(jī)的功能要求和安全操作等都發(fā)布有不同規(guī)范。國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)（IACS）及各主要船級(jí)社（LR、DNV GL、ABS、CCS、RINA、BV、NK、KR等）也制定了船用起重設(shè)備規(guī)范，如CCS在《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范（2007）》[1]中對(duì)船用起重機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提出了嚴(yán)格的規(guī)范和要求。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)船用起重機(jī)制造技術(shù)也非常重視，船舶與海洋技術(shù)委員會(huì)/舾裝與甲板分技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC8/SC4）已組織研制了船用起重機(jī)系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)船用起重機(jī)設(shè)計(jì)制造和使用等進(jìn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。目前已制定發(fā)布了ISO 16855:2013《船舶與海洋技術(shù) 船用起重設(shè)備可拆卸零部件 一般技術(shù)要求》及 ISO 19354:2016《船舶與海洋技術(shù) 船用起重機(jī) 一般要求》[2-4]等近10項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

上述ISO 19354:2016系列船用起重機(jī)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了船用起重機(jī)的一般要求、結(jié)構(gòu)要求和試驗(yàn)規(guī)范和要求等，對(duì)船級(jí)社相關(guān)規(guī)范形成補(bǔ)充，有效促進(jìn)了船用起重機(jī)的研發(fā)和制造的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)有的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)大多強(qiáng)調(diào)船用起重機(jī)安全性要求，且多為總體要求，而船用起重機(jī)種類繁多，作業(yè)工況惡劣，組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其組成構(gòu)件和制造技術(shù)決定了船用起重機(jī)的優(yōu)劣，因此，對(duì)船用起重機(jī)組件及制造開展技術(shù)研究及分析必不可少。

1 船用起重機(jī)組成構(gòu)件

船用起重機(jī)目前在散貨船、集裝箱船、油船、多用途船等都有應(yīng)用。如散貨船及集裝箱船的貨物吊機(jī)，油船的軟管吊，多用途船的甲板起重機(jī)等。相對(duì)于一般陸用起重機(jī)，船用起重機(jī)由于安裝在非穩(wěn)定的船舶上，作業(yè)時(shí)船舶會(huì)出現(xiàn)傾斜、搖擺等運(yùn)動(dòng)，且工作環(huán)境惡劣多變，需經(jīng)受海風(fēng)、海水等的侵蝕；不工作時(shí)也需承受船舶航行時(shí)的風(fēng)雪、波浪、搖擺、垂蕩、沖擊等外力作用。船用起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式多樣，如臂架回轉(zhuǎn)式、行走式、鋼絲繩變幅式、油缸變幅式、伸縮臂式、折臂式、A型架式、復(fù)合式等；驅(qū)動(dòng)方法各異，有電動(dòng)、電-液驅(qū)動(dòng)、電-氣驅(qū)動(dòng)、汽（柴）油機(jī)驅(qū)動(dòng)、人力驅(qū)動(dòng)等。典型的安裝在散貨船上用于貨物裝卸的電-液船用起重機(jī)組件構(gòu)成見圖1，其主要組成部件見表1。

圖1 船用起重機(jī)組件構(gòu)成圖

表2 船用起重機(jī)主要組成部件一覽表

這種船用起重機(jī)的承載結(jié)構(gòu)基柱、塔身、臂架等為金屬鋼板的焊接結(jié)構(gòu)件。其中基柱下部焊接在船體結(jié)構(gòu)上，承受起重機(jī)的重力載荷，基柱上部安裝回轉(zhuǎn)支撐；塔身是起重機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，下部與回轉(zhuǎn)支撐連接，并與臂架鉸接，上部有滑輪組鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，塔身內(nèi)部用作機(jī)房，司機(jī)室位于前方；臂架為相形桁架結(jié)構(gòu)，用于支撐重物。

船用起重機(jī)機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)是有馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)收放鋼絲繩使吊鉤上下運(yùn)動(dòng)來(lái)起吊貨物實(shí)行起升運(yùn)動(dòng)；變幅機(jī)構(gòu)是有馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)收放鋼絲繩使臂架繞下鉸點(diǎn)上下旋轉(zhuǎn)改變角度讓吊鉤在不同的幅度實(shí)行變幅運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)側(cè)是有馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)帶動(dòng)小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐的大齒輪嚙合使塔身和臂架旋轉(zhuǎn)實(shí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；3個(gè)機(jī)構(gòu)減速箱都帶有常閉式制動(dòng)器，保證其各運(yùn)動(dòng)的正常運(yùn)行。3個(gè)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)作業(yè)把載荷吊放到作業(yè)范圍內(nèi)需要的位置。

驅(qū)動(dòng)及控制等部分的電氣系統(tǒng)有電控箱內(nèi)的各種控制元件按要求組成控制系統(tǒng)，通過(guò)安裝在司機(jī)室座椅兩側(cè)的操作臺(tái)上的按鈕、手柄進(jìn)行操作控制。液壓系統(tǒng)有泵、馬達(dá)、閥組、管路及其附件組成，來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)其中幾個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

船用起重機(jī)還有設(shè)有通道、通風(fēng)裝置等輔助裝置。

2 船用起重機(jī)制造技術(shù)分析

船用起重機(jī)的制造主要涉及較大型鋼結(jié)構(gòu)件焊接技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)、安裝及調(diào)試技術(shù)、防腐技術(shù)等方面。

2.1 焊接技術(shù)

船用起重機(jī)較大型鋼結(jié)構(gòu)件有基柱、塔身、臂架、公共平臺(tái)等。

鋼結(jié)構(gòu)件制造的主要材料為高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼（牌號(hào)為D36和E36）。按工藝要求及工藝條件，焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊等高效焊接方法。焊接材料應(yīng)符合規(guī)范和工藝要求。焊接時(shí)注意調(diào)節(jié)合適的焊接電流和焊接速度，以減小焊接變形，保證焊接質(zhì)量。基柱、公共平臺(tái)的厚底板（E36材料，板厚δ≥60 mm）拼接時(shí)應(yīng)用反變形技術(shù)控制、抵消焊接變形；基柱、塔身、公共平臺(tái)冷裝焊接時(shí)在適當(dāng)?shù)牟课患雍钢慰刂坪附幼冃我约胺乐乖诮Y(jié)構(gòu)件機(jī)加中的應(yīng)力；較長(zhǎng)構(gòu)件臂架焊接后機(jī)加不方便，采用分段部件先機(jī)加，整體焊接時(shí)用特殊設(shè)計(jì)的工裝，控制焊接變形，保證臂架的整體尺寸及形位公差符合要求。

為保證焊接的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)件制造時(shí)必須注意下料氣割的表面質(zhì)量，焊縫坡口的間歇和錯(cuò)位，不同厚度板材對(duì)接的措施，平行焊縫的錯(cuò)位，機(jī)構(gòu)減零件組裝時(shí)的長(zhǎng)度、角度、直線度、平行度、圓度的誤差控制等。

2.2 機(jī)械加工技術(shù)

船用起重機(jī)較大型鋼結(jié)構(gòu)件如基柱、塔身、公共平臺(tái)等的機(jī)械加工的重點(diǎn)是回轉(zhuǎn)支撐安裝的較大環(huán)形平面的平面度及其與安裝回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速機(jī)配合圓柱體孔的垂直度要求。這里應(yīng)使用適合的工裝夾具，制定符合工藝要求的加工程序，使用加工能力符合要求且有精度保證加工機(jī)床。

機(jī)械加工時(shí)應(yīng)保證加工質(zhì)量，注重控制安裝面的平面度誤差和運(yùn)動(dòng)配合面的尺寸誤差。必要時(shí)配合尺寸誤差要做記錄。

2.3 裝配調(diào)試技術(shù)

船用起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)等需要起吊重物，做上下和水平直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等各種動(dòng)作，重物起吊涉及的工作環(huán)境和條件相對(duì)惡劣，安全要求非常高。組成結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的零部件既有牢固強(qiáng)壯的承重結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也有精密的控制系統(tǒng)。為保證裝配、試驗(yàn)要求，根據(jù)需要準(zhǔn)備適合的裝配和調(diào)試試驗(yàn)工裝，設(shè)計(jì)適合的裝配調(diào)試工藝是必須的。

船用起重機(jī)的安裝應(yīng)該在光線充足、清潔衛(wèi)生的場(chǎng)所進(jìn)行。應(yīng)該備足符合要求的工具和計(jì)量器具；配合面特別是液壓系統(tǒng)元件的清潔度要保證符合要求；配合面的安裝間歇要有效控制并做好記錄，回轉(zhuǎn)支撐等特殊功能零部件安裝要注意安裝位置；液壓、電氣系統(tǒng)元器件的安裝必須按要求進(jìn)行。

船用起重機(jī)的機(jī)械、液壓和電氣系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)按規(guī)定的程序和要求進(jìn)行。系統(tǒng)各參數(shù)匹配要符合要求。整機(jī)及零部件試驗(yàn)也要按試驗(yàn)大綱進(jìn)行，要符合規(guī)范的要求。

2.4 防腐技術(shù)

船用起重機(jī)安裝在船上，特別是暴露在甲板上的起重機(jī)及其表面長(zhǎng)時(shí)間承受風(fēng)霜雨雪冰、鹽霧、灰塵及浪潮的腐蝕和沖擊作用。船用起重機(jī)的結(jié)構(gòu)主要是金屬結(jié)構(gòu)，大都是用鋼板焊接而成，其表面的防銹、防腐保護(hù)至關(guān)重要。

船用起重機(jī)的涂裝要求包括服役環(huán)境、涂層厚度、涂裝前表面處理等級(jí)、表面粗糙度、表面灰塵評(píng)定等級(jí)、涂裝時(shí)間、施工前環(huán)境測(cè)試以及船用起重機(jī)各零部件表面的油封要求等。

3 結(jié)論

船用起重機(jī)的研制必須符合ILO、IMO和IACS各船級(jí)社的規(guī)范以及船用起重機(jī)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等的要求，對(duì)船用起重機(jī)的制造技術(shù)即焊接技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)、裝配調(diào)試技術(shù)和防腐技術(shù)等進(jìn)行分析，可以據(jù)此提出船用起重機(jī)的制造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為船用起重機(jī)制造提供技術(shù)指導(dǎo)，保證產(chǎn)品制造質(zhì)量。