王曉剛，甘伯惠，孫海云

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

曲型分段外板板架包括機(jī)艙和艏艉分段所包含的特有組立類(lèi)型[1]，如圖1和圖2曲型分段的外板組立流程圖所表達(dá)的建造和裝配過(guò)程，外板組立以外板為基面進(jìn)行建造[2]，完工后轉(zhuǎn)移到分段制作胎位進(jìn)行翻身裝配作業(yè)，整個(gè)過(guò)程包含了組立脫胎、翻身和大組3次吊裝作業(yè)，設(shè)計(jì)出合理的吊裝方案將為分段安全、快速、高效建造奠定基礎(chǔ)。本文以曲型外板組立的傳統(tǒng)裝配方法為出發(fā)點(diǎn)，分析傳統(tǒng)吊裝方法的利弊，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況進(jìn)行優(yōu)化改良，提出更優(yōu)的解決方案，力求提高吊裝作業(yè)的效率。

圖1 曲型外板組立在胎示意

圖2 組立裝配流程

1 傳統(tǒng)作業(yè)方法

為實(shí)現(xiàn)曲型分段外板板架脫胎、翻身、大組的裝配作業(yè)，設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)吊裝方案是采用雙鉤脫胎、翻身大組。其主要吊裝工藝流程：在外板組立上下口及外板(非構(gòu)架面)各安裝兩只吊馬，形成3組吊馬，分別用卸扣將主鉤和副鉤的鋼絲繩連接在組立上下口的2組吊馬上，起吊進(jìn)行脫胎，當(dāng)組立吊離地面一定距離后，停住副鉤，提升主鉤使組立沿水平軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直至副鉤處于完全松鉤狀態(tài)，然后拆除副鉤卸扣將其連接在外板(非構(gòu)架面)的吊馬上，提升副鉤，使組立再次沿水平軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直至達(dá)到大組所需的姿態(tài)進(jìn)行大組。工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 傳統(tǒng)作業(yè)方法流程

2 方案分析

2.1 跨間工況參數(shù)

目前公司曲面中心配有42、45、48 m三種類(lèi)型跨間，各跨間分工明確，共同完成各船型船舶曲型組立、分段的制作。其中42 m跨間主要承擔(dān)曲型外板中組立、小型外板分段的建造，45 m跨間則建造機(jī)艙區(qū)域中型曲面分段，艏部、艉部以及機(jī)艙區(qū)域大型曲面分段的建造則在48 m跨間完成[3]。各跨間配備的梁式起重機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 車(chē)間梁式起重機(jī)參數(shù)表

2.2 利弊分析

通過(guò)對(duì)公司各類(lèi)船型曲型分段建造過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)于傳統(tǒng)作業(yè)方法，采用雙鉤來(lái)脫胎、翻身大組，整個(gè)過(guò)程比較安全平穩(wěn)。不過(guò)發(fā)現(xiàn)很多曲型外板組立需要重新增加吊馬來(lái)完成脫胎和大組作業(yè)，原設(shè)計(jì)的雙鉤方案無(wú)法滿足生產(chǎn)，總結(jié)使用雙鉤方案的限制條件如下。

1)場(chǎng)地限制。在組立脫胎過(guò)程中，利用大鉤、小鉤同時(shí)起吊4只吊馬，42m跨間內(nèi)的兩臺(tái)50 t吊車(chē)的大、小鉤不能分開(kāi)使用，而45和48 m跨間也只有部分吊車(chē)大、小鉤可分開(kāi)使用，而曲型外板組立多在42、45 m跨間內(nèi)建造，42 m跨間內(nèi)吊車(chē)則不能使用，雙鉤大組方案對(duì)場(chǎng)地有一定的要求，存在局限性。

2)胎位限制。在組立建造脫胎時(shí)，雙鉤方案中的主副鉤方位應(yīng)與吊車(chē)大小鉤位置相匹配，否則在脫胎時(shí)組立存在扭動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，可能造成結(jié)構(gòu)及胎架的損壞，甚至無(wú)法完成起吊脫胎。現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)情況下，外板組立在胎架上的布置是不能保證主副鉤方位與吊車(chē)大小鉤位置相匹配的，從而影響了該方案的順利實(shí)施。

3)吊鉤限制。由于內(nèi)場(chǎng)吊車(chē)上大鉤和小鉤南北方向位置不能互換，使用雙鉤方案進(jìn)行組立翻身的過(guò)程中，需要主鉤單獨(dú)吊住組立并利用人工將組立旋轉(zhuǎn)180°后，才能用副鉤裝上非構(gòu)架面的2只吊馬來(lái)完成外板組立的大組。

4)裝配角度限制。外板組立大組過(guò)程中，外板需要以一定角度進(jìn)行大組裝配。利用吊鉤調(diào)整組立大組時(shí)的姿態(tài)對(duì)順利完成大組裝配起著至關(guān)重要的作用。雙鉤方案是使用大鉤和小鉤同時(shí)起吊4個(gè)吊點(diǎn)，通過(guò)人工旋轉(zhuǎn)組立來(lái)調(diào)整裝配角度，最終完成大組。該方法操作起來(lái)十分困難，而且旋轉(zhuǎn)的角度有限，這使外板大組工時(shí)大大增加，生產(chǎn)效率極為低下，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要，曲面車(chē)間分段擺放見(jiàn)圖4。

圖4 曲面車(chē)間分段擺放

3 解決方案

通過(guò)對(duì)常規(guī)雙鉤方案各類(lèi)限制條件的梳理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，設(shè)計(jì)出新的吊裝方案，即單鉤脫胎、雙鉤共同翻身、單鉤大組方案，此方案僅需在構(gòu)架面和非構(gòu)架面各裝2只吊馬。單鉤脫胎，起吊后吊鉤可以旋轉(zhuǎn)任意角度，故不會(huì)因組立的擺放方位不同而導(dǎo)致無(wú)法起吊。同時(shí)在單鉤大組過(guò)程中，吊鉤的旋轉(zhuǎn)可以使外板組立轉(zhuǎn)至滿足大組要求的角度。

新的吊裝方案具體實(shí)施流程：分別用卸扣將主鉤和副鉤的鋼絲繩連接在相對(duì)應(yīng)的吊馬上，主鉤處于絕對(duì)松弛狀態(tài)，提升副鉤，將組立吊起一定高度后，停住副鉤，然后慢慢提升主鉤轉(zhuǎn)動(dòng)組立，直至副鉤達(dá)到絕對(duì)松弛狀態(tài)，拆除副鉤，用主鉤單獨(dú)進(jìn)行組立的大組，工藝流程見(jiàn)圖5。

圖5 新吊裝方案流程

3.1 脫胎設(shè)計(jì)

在42 m跨間內(nèi)的曲型外板組立制作區(qū)域內(nèi)，吊車(chē)均為單鉤，主要服務(wù)于外板組立裝焊結(jié)束后的脫胎，較少參與到大組。利用液壓平板車(chē)，將脫胎后的外板組立運(yùn)到45或48 m跨間，在45或48 m跨間進(jìn)行后續(xù)制作。

曲型外板組立在胎架上時(shí)，肋板多為斜插，吊馬安裝在肋板上。應(yīng)盡量保證吊點(diǎn)處在重心與地面垂直形成的平面內(nèi)，均布于重心上方、兩側(cè)，并使兩吊點(diǎn)連線盡量靠近重心，考慮吊繩斜拉角度≤30°，兩吊點(diǎn)間距取2～4 m為宜，最大不應(yīng)超過(guò)6 m，保證每個(gè)吊點(diǎn)的受力為F1≈F2≈0.5G(G為組立重量)[4]。盡量避免組立脫胎碰觸肋板情況的發(fā)生，以保證整個(gè)過(guò)程的平穩(wěn)性、安全性?？紤]到是單鉤脫胎，2個(gè)吊點(diǎn)，而且吊車(chē)上的大鉤、小鉤都可以旋轉(zhuǎn)，所以不管組立擺放處在哪種方位，都能起吊，吊馬安裝位置見(jiàn)圖6。

圖6 組立脫胎吊馬安裝位置示意

3.2 大組設(shè)計(jì)

曲型分段大部分為反態(tài)制作，曲型外板組立在大組時(shí)的狀態(tài)須與分段保持一致，為此，在設(shè)計(jì)大組吊馬時(shí)，在非構(gòu)架面(外板)上兩吊點(diǎn)的連線中點(diǎn)應(yīng)與組立重心重合(俯視圖中)。

將組立重心線垂向延長(zhǎng)與外板相交，此交點(diǎn)即為大組吊馬主板的中心位置，水平方向吊點(diǎn)應(yīng)均布于重心兩側(cè)。2個(gè)吊點(diǎn)之間的最佳距離應(yīng)設(shè)計(jì)在4 m以內(nèi)，這樣可保證組立以正態(tài)向下大組，而且單個(gè)吊鉤大組，吊鉤旋轉(zhuǎn)可以讓組立以各種角度進(jìn)行大組裝配，不受落胎方位限制，吊馬安裝位置見(jiàn)圖7。

圖7 組立大組吊馬安裝位置示意

4 有限元分析

以某散貨船-SS1A組立為例，利用TSV軟件對(duì)曲型外板組立在不同工況下的各個(gè)吊裝階段其受力情況進(jìn)行有限元仿真分析，計(jì)算出曲型外板組立的應(yīng)力和變形情況見(jiàn)表2。

表2 曲面板不同工況下的各吊裝作業(yè)階段受力情況表

由表1可知，在沒(méi)有設(shè)置加強(qiáng)的工況下，整個(gè)結(jié)構(gòu)其最大應(yīng)力主要集中于兩端吊點(diǎn)上，最大應(yīng)變最高達(dá)37 mm，已不能滿足生產(chǎn)施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。為克服這種較大變形量，在組立脫胎前，應(yīng)在結(jié)構(gòu)合理位置設(shè)置臨時(shí)槽鋼或工字鋼等加強(qiáng)，以保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。設(shè)置加強(qiáng)后，此工況下的曲外板兩端吊點(diǎn)應(yīng)變明顯減小，符合生產(chǎn)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

5 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)有限元分析，需在吊點(diǎn)的位置增加斜撐加強(qiáng)，同時(shí)增加縱向加強(qiáng)槽鋼或工字鋼，以保證整個(gè)吊裝過(guò)程中結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，加強(qiáng)位置見(jiàn)圖9。

圖9 曲型外板組立工字鋼加強(qiáng)

在曲型外板組立翻身工藝過(guò)程中，存在結(jié)構(gòu)突然失重的情況，會(huì)產(chǎn)生較大的沖力，對(duì)鋼絲繩和吊鉤均有較大考驗(yàn)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為規(guī)避此風(fēng)險(xiǎn)，要求組立翻身時(shí)，應(yīng)以地面為支點(diǎn)單鉤吊住，然后再用主鉤連接外板上的吊馬進(jìn)行單鉤大組，見(jiàn)圖10。

圖10 組立落地翻身

此外，翻身過(guò)程中會(huì)存在鋼絲繩環(huán)繞組立，與結(jié)構(gòu)干涉的情況，容易導(dǎo)致鋼絲繩的損壞，應(yīng)在鋼絲繩與外板端口接觸處安裝半圓鋼，防止鋼絲繩在翻身過(guò)程中損壞[5]，見(jiàn)圖11。

圖11 鋼絲繩圓管保護(hù)

外板組立在胎架上建造時(shí)的擺放方位對(duì)吊裝設(shè)計(jì)有較大影響，應(yīng)結(jié)合胎架設(shè)計(jì)的偏角充分考慮，保證組立吊起瞬間不因重心的偏差導(dǎo)致局部區(qū)域吊離造成受力不均而壓壞胎架，甚至產(chǎn)生整體傾覆的安全隱患。同時(shí)，外板組立翻身后進(jìn)行裝配作業(yè)時(shí)，考慮裝配作業(yè)便捷性，組立應(yīng)先接觸胎架上的平臺(tái)板的邊緣，進(jìn)行裝配定位，然后肋板慢慢靠牢，完成裝配，因此，吊裝設(shè)計(jì)需要確保組立按照少量?jī)A斜進(jìn)行裝配，降低施工難度。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)方案的優(yōu)化，單鉤大組吊裝方案在便捷性和提高建造安全性的同時(shí)，更能滿足公司對(duì)高效建造和產(chǎn)能輸出最大化的要求。從船體曲型分段外板板架的翻身裝配過(guò)程出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)吊裝方案的分析，梳理出存在的短板及影響分段建造速度的制約因素。針對(duì)這些不足，提出解決方案，優(yōu)化吊裝工藝。鑒于不同的船型，以及不同船型分段的外板板架形狀、線形、重心位置不同，外板板架的翻身大組方案各有差異，后續(xù)將進(jìn)一步展開(kāi)調(diào)查和研究。