夏棟敏

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

按照航行區(qū)域的不同，船舶分為內(nèi)河型和海運(yùn)型2種。根據(jù)這2種類型，在自卸船管隧設(shè)計(jì)時(shí)就分為通艙型和隔艙型。通艙型管隧設(shè)計(jì)時(shí)，只在機(jī)艙進(jìn)管隧處有1道通道管隧水密門；隔艙型管隧在每個(gè)橫艙壁都設(shè)有3處水密門，其中2處是為皮帶運(yùn)行設(shè)置的皮帶水密門，另一處是為設(shè)備檢修時(shí)的人員通道設(shè)置的水密門。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，本船設(shè)有7個(gè)貨艙區(qū)，6個(gè)橫艙壁，需要設(shè)置18個(gè)水密門，本文主要討論的是通道水密門的安裝。

1 通道水密門控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)

1.1 水密門控制系統(tǒng)

通道水密門采用液壓控制，液壓控制的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)件的慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動(dòng)工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸震，并能自動(dòng)防止過(guò)載[1]。通道水密門的液壓控制系統(tǒng)示意圖見圖1，液壓水密門系統(tǒng)示意圖見圖2。由圖1可知，在液壓系統(tǒng)正常情況下，水密門在開關(guān)時(shí)的液壓動(dòng)力都是由總液壓動(dòng)力單元提供，但是在液壓動(dòng)力單元失去電力或是液壓泵設(shè)備故障等特殊情況下，此水密門需要由圖2中的蓄能器單獨(dú)提供開關(guān)水密門的液壓壓力。

根據(jù)客戶安全使用需求，在失去液壓動(dòng)力這種特殊情況下，蓄能器必須滿足開關(guān)通道水密門不少于3次的使用要求。水密門廠家在滿足上述要求的情況下，為船廠提供了合格的水密門，并提供了相關(guān)的船檢證書。

1.2 水密門結(jié)構(gòu)

通道水密門主要由主體部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)這5大部分組成，主體機(jī)構(gòu)主要是門和門框，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是油缸和滾輪，操作機(jī)構(gòu)主要是電動(dòng)液壓閥組，控制機(jī)構(gòu)主要是限位開關(guān)和報(bào)警器，輔助機(jī)構(gòu)主要是蓄能器、軌道、液壓管、電纜等。通道水密門結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖1 通道水密門的液壓控制系統(tǒng)示意圖

圖2 液壓水密門系統(tǒng)示意圖

圖3 通道水密門結(jié)構(gòu)示意圖

2 影響蓄能器能效的情況分析

摩擦可分為滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦，滑動(dòng)摩擦又可分為靜滑動(dòng)摩擦和動(dòng)滑動(dòng)摩擦[2]。結(jié)合圖3分析，影響水密門蓄能器蓄能能效的情況有2種。

1)在水密門安裝好后，根據(jù)水密門的開關(guān)情況直接加大蓄能器的功率，這是最有效的解決方案，但是這需要水密門廠家更換蓄能器，并重新取得水密門的相關(guān)證書，此種方案會(huì)增加設(shè)備廠家成本，同時(shí)設(shè)備重新取證會(huì)影響船舶交船時(shí)間。

2)減少蓄能器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓油缸在開關(guān)門時(shí)各執(zhí)行部件的摩擦。根據(jù)圖3，在水密門開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的摩擦主要由3部分組成。

(1)水密門在關(guān)閉時(shí)，門和門框上的密封橡膠之間產(chǎn)生了摩擦力，這是動(dòng)滑動(dòng)摩擦。由于此部件是保證設(shè)備水密功能的重要部件，因此這部分摩擦力不能減少。

(2)水密門在關(guān)閉時(shí)，由原先的平行推進(jìn)轉(zhuǎn)換到最后垂向壓緊的過(guò)程，水密門廠家采用了錐形設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)是為了確保水密門能夠正確關(guān)閉。但是在執(zhí)行此過(guò)程時(shí)，門和門框靠錐形定位進(jìn)行最終的位置矯正，位置矯正時(shí)門和門框之間的產(chǎn)生了摩擦力，這同樣是動(dòng)滑動(dòng)摩擦。此部分摩擦力需要蓄能器的蓄能去克服，減少此部分摩擦力的產(chǎn)生是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方向之一。

(3)根據(jù)水密門行程開關(guān)位置可知，門在開關(guān)整個(gè)過(guò)程中，有上下2根軌道。上軌道的作用主要是限位控制，上導(dǎo)軌由水密門廠家在設(shè)備出廠前安裝完成；下軌道的作用主要是承重，由船廠安裝。由于下軌道較長(zhǎng)，門和軌道間產(chǎn)生的摩擦力很大，這是滾動(dòng)摩擦和動(dòng)滑動(dòng)摩擦的組合摩擦力。此部分摩擦力也需要蓄能器的蓄能去克服，減少此部分摩擦力的產(chǎn)生是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的另一方向。

3 解決方案

根據(jù)上述不同情況的分析，影響水密門蓄能器能力的摩擦力來(lái)自2個(gè)方面，即矯正定位時(shí)產(chǎn)生的摩擦力和開關(guān)軌道行程過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力。其中，矯正定位產(chǎn)生的摩擦力對(duì)蓄能器的影響較小，是需要解決的問(wèn)題之一，而開關(guān)軌道行程產(chǎn)生的摩擦力對(duì)蓄能器的影響較大，是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。上述2個(gè)問(wèn)題最終影響了蓄能器的執(zhí)行能力。

3.1 矯正定位摩擦力的處理

矯正定位摩擦力的產(chǎn)生主要是由于門的最終位置不準(zhǔn)，需要進(jìn)行定位矯正，解決了矯正的問(wèn)題，就解決了摩擦力的問(wèn)題。因此我公司的解決方案是根據(jù)門在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的滾輪位置和高度來(lái)定位承重軌道位置和高度。經(jīng)過(guò)研究，關(guān)閉門時(shí)，僅需調(diào)整好門最終狀態(tài)時(shí)的承重軌道的高度和位置，就能解決此摩擦力。在軌道定位時(shí)，采用重垂方式達(dá)到安裝要求。在高度控制方面，由于滾輪槽有5 mm的深度，因此僅需確保軌道高度方向上的變形量小于5 mm就可以了。在實(shí)際操作中，根據(jù)水密關(guān)門時(shí)的軌道高度，對(duì)整條軌道高度用激光儀進(jìn)行高度校調(diào)，通過(guò)軌道下加塞墊塊的方式，確保整個(gè)承重軌道在關(guān)閉時(shí)的高度要求，同時(shí)保證了整個(gè)軌道水平高度在2 mm誤差范圍內(nèi)。

3.2 軌道行程摩擦力的處理

經(jīng)分析，軌道行程摩擦力主要是由門的重力產(chǎn)生的摩擦力和門下滾輪兩側(cè)邊與軌道邊的摩擦力組成。結(jié)合門的結(jié)構(gòu)形式，由門自重產(chǎn)生的摩擦力不能被減少，因此主要減少門下滾輪兩側(cè)邊與軌道間的摩擦力。結(jié)合廠家提供的滾輪和軌道圖紙，滾輪和軌道單邊有2 mm的間隙，只要控制好軌道的變形，就能減少這部分摩擦力。

設(shè)備廠家要求，承重軌道采用長(zhǎng)2 m、寬20 mm、高40 mm的不銹鋼條制作。對(duì)于此長(zhǎng)條形軌道的變形，主要是通過(guò)焊接進(jìn)行控制。在以往自卸船建造中，此軌道按照相關(guān)的焊接工藝進(jìn)行施工，焊接完成后承重軌道變形很大，橫向變成S型，兩側(cè)邊變形量已超出了水密門滾輪槽的精度要求，加大了承重軌道和門滾輪的摩擦力。僅通過(guò)焊接工藝進(jìn)行此軌道的變形控制，很難實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

經(jīng)過(guò)分析，與廠家工程師協(xié)商是否可以通過(guò)改變承重軌道，或是取消承重軌道、加大下滾輪的方法來(lái)解決此問(wèn)題。廠家工程師不同意這2種變更方案，因此只能控制承重軌道的焊接變形。

長(zhǎng)條形下軌道焊接變形主要是焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫引起的，同時(shí)變形量沒(méi)有得到有效控制。為此設(shè)計(jì)了直軌焊接變形控制裝置，下軌道焊接工裝示意圖見圖4。利用2根長(zhǎng)800 mm、寬50 mm、高50 mm的高強(qiáng)度鋼條，根據(jù)需要焊接的軌道加工成如圖4所示形狀，在上端位置布置5個(gè)M16的頂升孔，在一側(cè)位置布置3個(gè)M10的側(cè)邊鎖緊孔。首先把下軌道調(diào)節(jié)到兩滾輪的中間，兩邊盡量留有1～2 mm的余量，把2根焊接工裝布置到軌道上，讓工裝側(cè)向調(diào)節(jié)孔朝向軌道的外側(cè)，頂緊2根工裝側(cè)邊的螺栓，使軌道內(nèi)側(cè)和工裝緊密貼合。按常規(guī)的焊接工藝對(duì)軌道進(jìn)行焊接，冷卻后放松側(cè)向的頂緊螺栓，調(diào)整工裝位置，如工裝被軌道卡住，可用上端的頂升螺栓孔把工裝從焊接好的軌道上拆下。此裝置利用加工開槽和軌道之間的間隙進(jìn)行了隔熱，同時(shí)工裝的間隙方便了工裝在未焊接軌道上的安裝。由于軌道和工裝槽口之間有間隙，使軌道焊接時(shí)允許變形，但限定了變形量。應(yīng)用工裝裝置焊接后，軌道焊接后變形量很小，已完全達(dá)到水密門廠家的使用要求和原先設(shè)定的單邊小于2 mm的變形目標(biāo)。

圖4 下軌道焊接工裝示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)直軌焊接變形控制裝置的應(yīng)用，成功解決了軌道變形的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)了控制軌道變形的目標(biāo)，減少了軌道行程摩擦力，滿足了通道水密門的正常使用要求。確保了在水密門應(yīng)急操縱試驗(yàn)時(shí)，能夠一次性通過(guò)船東、船檢的驗(yàn)收，避免了以往自卸船建造中，利用打磨方式來(lái)調(diào)整軌道和滾輪之間摩擦的情況。

應(yīng)用直軌焊接變形控制裝置，加快了我公司在自卸船項(xiàng)目中6個(gè)通道水密門的安裝進(jìn)度。首先，既提高了工作效率，又減少了打磨工序。由于焊完即完工，減少了以往項(xiàng)目中采用打磨對(duì)軌道進(jìn)行矯正的工序，減少了建造成本和粉塵污染。其次，減少了調(diào)試中不斷需要液壓?jiǎn)卧浜险{(diào)試的時(shí)間和設(shè)備服務(wù)工程師的服務(wù)時(shí)間，避免了以往相似項(xiàng)目中，服務(wù)工程師的超時(shí)服務(wù)費(fèi)用的支出。最后，由于通道水密門是管隧的主要通道，水密門的順利安裝及調(diào)試，方便了項(xiàng)目中各工種的人員通行，加快了其余工序的施工進(jìn)度，間接減少了其余工種由于通行不便導(dǎo)致的時(shí)間浪費(fèi)、工程延時(shí)等狀況的發(fā)生。