周亮,葛彬,桑澤東

(招商局金陵船舶(南京)有限公司,南京 210015)

針對(duì)客滾船艏門(mén)及其周圍船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和管理重點(diǎn),以866客船型的側(cè)開(kāi)式的艏門(mén)設(shè)計(jì)為例,對(duì)艏門(mén)與船體結(jié)構(gòu)交互的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行兩方面分析:①基于艏門(mén)與船體關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn),以三維一體化設(shè)計(jì)原則下的艏門(mén)區(qū)域高效率設(shè)計(jì)流程;②艏門(mén)及周圍船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素,通過(guò)3D 模型進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞下的關(guān)鍵設(shè)計(jì)方案。

1 艏門(mén)的特點(diǎn)

利用866客首艘客滾船項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)公司第一次高效承建高附加值客滾船,也是首次將三維一體設(shè)計(jì)用于艏門(mén)結(jié)構(gòu)。艏門(mén)是客滾的重要結(jié)構(gòu),主要在艏門(mén)區(qū)域內(nèi)還設(shè)有折疊的艏跳板、L型鉸臂和油缸等滾裝附件,因此艏門(mén)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性可想而知。艏門(mén)形狀不規(guī)則,受力支撐臂完全鑲嵌在結(jié)構(gòu)內(nèi)部,結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜[1],同時(shí)又與艏門(mén)內(nèi)部的鉸鏈臂、油缸等滾裝附件有較高協(xié)調(diào)性要求,因此在布置設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)校核以及制造安裝方面難度都比較大。

鑒于艏門(mén)布置和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,艏門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要在滾裝設(shè)備設(shè)計(jì)與船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間進(jìn)行反復(fù)迭代的協(xié)同和交互,這種交互是全過(guò)程的,在不同階段時(shí)間都互相依賴于雙方的輸入。而一般采用是以二維(2D)平面設(shè)計(jì)信息交互的艏門(mén)設(shè)計(jì)模式,以二維圖紙進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳遞很難準(zhǔn)確表達(dá)每一處重要節(jié)點(diǎn)。

設(shè)備廠商、上海設(shè)計(jì)院(SDARI)及船廠3方將需要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)多次“翻譯”成自己所需的數(shù)據(jù)形式,這樣的轉(zhuǎn)換會(huì)降低設(shè)計(jì)效率,延長(zhǎng)設(shè)計(jì)周期。因此,隨著設(shè)計(jì)理念、方法和設(shè)計(jì)軟件的不斷更新,國(guó)內(nèi)外部分設(shè)計(jì)采用船舶三維一體化設(shè)計(jì)方法[2],嘗試對(duì)客滾船艏門(mén)設(shè)計(jì),采用高效、精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)流程,提高設(shè)計(jì)效率和縮短設(shè)計(jì)周期。利用三維一體化設(shè)計(jì),能有效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)的共享和即時(shí)反饋。通過(guò)時(shí)效的數(shù)據(jù)及模型共享,有利于直觀立體地呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)全貌,提前做好艏門(mén)前期各道工序策劃,對(duì)組立建造、滾裝附件預(yù)裝精度控制、合攏控制、艏門(mén)割縫劃線、切割等每道工序的進(jìn)行管控,全方面為艏門(mén)的建造策劃和精度控制提供數(shù)據(jù)支持。

艏門(mén)項(xiàng)目能否建造成精品工程,取決于合理的三維一體化設(shè)計(jì)流程和建造精度;另外,艏門(mén)作為整個(gè)客滾船的建造周期的一個(gè)重點(diǎn),也是降低綜合建造成本的關(guān)鍵點(diǎn)。

2 艏門(mén)建造控制點(diǎn)

艏門(mén)是客滾船的標(biāo)志性結(jié)構(gòu),形狀不規(guī)則,在主船體結(jié)構(gòu)中挖出一部份結(jié)構(gòu)作為艏門(mén),通過(guò)艏門(mén)兩側(cè)的油缸推動(dòng)L型鉸鏈臂水平運(yùn)動(dòng),從而使艏門(mén)向兩側(cè)開(kāi)啟。L形鉸鏈臂完全鑲嵌在結(jié)構(gòu)內(nèi)部,結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,同時(shí)又對(duì)開(kāi)閉狀態(tài)的外觀有較高協(xié)調(diào)性的要求,在布置設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)校核、建造控制及安裝方面難度都比較大[3]。其建造精度對(duì)船舶的使用性能及船體艏部整體外觀質(zhì)量影響很大。艏門(mén)建造精度將直接影響艏門(mén)的質(zhì)量。考慮到施工特點(diǎn)和工藝水平,艏門(mén)建造一般為組立分道,大組整造建造方式[4]。

3 艏部結(jié)構(gòu)前期策劃

由于分段劃分將艏門(mén)分為上下兩部分,涉及FG02C、FG03C、FG12P/S 4個(gè)分段組成,其中主要艏門(mén)結(jié)構(gòu)在FG12P/S分段,該分段采用曲面+平面組立方式進(jìn)行分道建造。而艏門(mén)建造中主要難點(diǎn)及控制點(diǎn)如下:艏門(mén)曲面中組時(shí)外板線型控制,L型鉸鏈臂兩端的眼板定位精度,密封槽預(yù)裝精度,錨穴在外板預(yù)裝精度、滾裝附件(如鉤頭鎖緊、止擋塊、鎖緊插銷)等精度、L型鉸鏈臂預(yù)緊力試驗(yàn)、艏門(mén)割縫的劃線及切割精度等,對(duì)于這些控制點(diǎn),采用以下措施。

3.1 工藝文件策劃交底

艏門(mén)分段建造前期,利用建造、精度控制等技術(shù)文件和策劃方案形式的交底會(huì),提高各部門(mén)對(duì)于艏門(mén)分段的建造的立體認(rèn)知。通過(guò)對(duì)艏門(mén)分段建造重點(diǎn)及控制點(diǎn)的策劃,從艏門(mén)壓條的預(yù)制、曲面外板上胎、滾裝附件的預(yù)制等工序進(jìn)行跟蹤控制,確保結(jié)構(gòu)及滾裝附件達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 組立策劃

對(duì)船體部份結(jié)構(gòu)及艏門(mén)結(jié)構(gòu)分別以曲面組立形式建立各自的外板曲面胎架,安裝組立相應(yīng)的縱橫向框架結(jié)構(gòu),再以艏部船體結(jié)構(gòu)的平臺(tái)作為大組基面,安裝艏門(mén)組立。這樣,可實(shí)現(xiàn)空間分道,時(shí)間有序,方便艏部船體分段與艏門(mén)可以同步施工,施工作業(yè)條件相對(duì)較好,減少狹小空間施焊。由于艏門(mén)沒(méi)有船體結(jié)構(gòu)作為支撐約束,在建造中不能直觀體現(xiàn)艏門(mén)結(jié)構(gòu)與船體結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)件連接關(guān)系,容易產(chǎn)生縱、橫及扭曲變形[5],必要時(shí)需增加臨時(shí)邦材輔助,減少焊接變形。

3.3 滾裝附件安裝策劃

艏門(mén)四周均設(shè)有相應(yīng)的配合協(xié)調(diào)的、止擋塊、鎖緊插銷、密封槽和L型鉸鏈臂眼板等附件,針對(duì)這些滾裝附件安裝精度,在前期策劃時(shí),將相關(guān)精度控制項(xiàng)匯總,并標(biāo)出哪些必須保證,哪些可以適當(dāng)放寬,見(jiàn)表1。

表1 滾裝附件安裝精度 mm

3.4 艏門(mén)劃線切割策劃

艏門(mén)的成功與否,最后是靠艏門(mén)開(kāi)啟來(lái)驗(yàn)證的,因此對(duì)于艏門(mén)劃線切割是重中之重,針對(duì)艏門(mén)劃線切割提前做好相關(guān)策劃方案,并進(jìn)行模擬切割,以便驗(yàn)證最后在艏門(mén)時(shí)切割的精度。艏門(mén)劃線切割示意于圖1。

圖1 艏門(mén)劃線切割示意

4 前期艏門(mén)曲面組立建造控制難點(diǎn)

前期艏門(mén)在曲面組立建造中,考慮到艏門(mén)割線精度問(wèn)題,在以曲面上胎階段,將艏門(mén)的割縫線及提前放出,并配合鉆孔方式,減少塢內(nèi)高空描線作業(yè)難度及時(shí)間,為后續(xù)艏門(mén)劃線提供基準(zhǔn)點(diǎn)。通過(guò)圖2可以,艏門(mén)切割線精度在10(0～5)mm,提前在曲面組立階段劃線鉆孔方式,可有效提前劃線精度,避免艏門(mén)分段合攏后在塢內(nèi)高空作業(yè)下外板盲目找線的困難,節(jié)省塢內(nèi)高空作業(yè)的時(shí)間,提高外板劃線的精度,通過(guò)該形式也促進(jìn)了分段在曲面建造中的精度要求。艏門(mén)曲面組立階段鉆孔示意于圖2。

圖2 艏門(mén)曲面組立鉆孔示意

5 密封槽的預(yù)裝定位精度控制

密封槽主要為艏門(mén)密封而設(shè)置的,分為艏門(mén)邊框密封槽和艏門(mén)前端密封槽,其中艏門(mén)邊框密封槽基本為不規(guī)則密封槽,并且密封槽隨線型變化而設(shè),因此該位置的精度控制要求較高,安裝的難度也大,密封槽直線度±2/2 000 mm。密封槽需在曲面組立建造階段定位,車間根據(jù)圖紙,結(jié)合精控的全站儀輔助定位,最后通過(guò)對(duì)密封槽定位復(fù)測(cè)把關(guān),對(duì)存在的問(wèn)題要求現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)修正,保證密封槽定位整體精度。由于密封橡皮只能在艏門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)下安裝,通過(guò)提前對(duì)密封槽提前預(yù)裝方式,減少塢內(nèi)高空作業(yè)時(shí)間。密封槽現(xiàn)場(chǎng)安裝示意于圖3。

圖3 封槽安裝示意

6 相關(guān)附件定位預(yù)裝精度控制

由于艏門(mén)配合的滾裝附件較多,艏門(mén)不僅需要關(guān)注L臂鉸鏈安裝精度,對(duì)于其他配合鉤頭鎖緊、止擋塊、鎖緊插銷等限位附件的定位精度同樣需要嚴(yán)格控制。例如,艏門(mén)前部的鉤頭鎖緊裝置眼板定位預(yù)裝要求高,預(yù)裝精度控制難度較大,鉤頭裝置眼板(共計(jì)3塊FR260,2 塊/FR268,1 塊)定位精度±1 mm,焊后應(yīng)控制開(kāi)檔及眼板高度差應(yīng)均在0～2 mm,焊后眼板垂直度在0～2 mm。鉤頭裝置安裝示意于圖4。

通過(guò)對(duì)所有滾裝附件定位精度監(jiān)控及焊接變形的細(xì)化,可有效提升附件安裝的合格率;另外,前期的精心策劃及與車間的工藝交流,可有效降低錯(cuò)位的風(fēng)險(xiǎn)。

7 艏門(mén)L型臂鉸鏈安裝定位精度控制

艏門(mén)主要的附件為L(zhǎng)臂的鉸鏈,該鉸鏈的精度涉及艏門(mén)能否安全打開(kāi),為了保證L臂主鉸鏈的安裝精度,在主鉸鏈定位安裝時(shí)拉線確定艏門(mén)鉸鏈中心線,以鉸鏈臂軸套內(nèi)孔中心為基準(zhǔn),采用鋼絲拉線定位,再利用假軸配合鉸鏈雙眼板。在以假軸定位鉸鏈臂軸套及鉸鏈雙眼板時(shí),應(yīng)保證假軸中心與鉸鏈中心線的同軸度≤0.1 mm。經(jīng)檢驗(yàn)鉸鏈中心線符合設(shè)計(jì)要求后,實(shí)施軸套與臂、鉸鏈雙眼板與主船體的焊接,施焊過(guò)程中觀察假軸的變化,要邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊調(diào)整邊測(cè)量,對(duì)稱施焊,及時(shí)檢測(cè),并隨時(shí)調(diào)整焊接順序。完成焊接后,整體對(duì)L型臂鉸鏈點(diǎn)位置加設(shè)預(yù)緊力,從而保證后期艏門(mén)在開(kāi)啟后不會(huì)因?yàn)轸奸T(mén)自重原因而下沉,最后影響艏門(mén)使用?，F(xiàn)場(chǎng)L型臂鉸鏈處做預(yù)緊力示意于圖5。

圖5 L型壁鉸鏈處預(yù)緊力示意

8 艏門(mén)劃線開(kāi)啟

所有的艏門(mén)附件工程結(jié)束后,最后進(jìn)行艏門(mén)劃線、切割、開(kāi)啟。對(duì)艏門(mén)劃線是重中之中,艏門(mén)劃線的精度,將反映出開(kāi)啟后艏門(mén)的線型美觀問(wèn)題。

艏門(mén)分段合攏后借助全站儀在外板上找點(diǎn),并連接成艏門(mén)外形,通過(guò)修飾外板上艏門(mén)的各點(diǎn),最后再切割,由于分段、合攏各階段累計(jì)誤差,導(dǎo)致后期找點(diǎn)會(huì)存在較大誤差。通過(guò)對(duì)1號(hào)船的跟蹤及后續(xù)船的改進(jìn),在曲外板放線階段,將鉆孔加密,每檔肋位鉆一個(gè)孔,另外對(duì)于肋位之間弧長(zhǎng)較長(zhǎng)的位置、切割線上折角、圓弧的位置適當(dāng)加密鉆孔,并將外板上切割線位置做涂裝保留。鉆孔加密、做涂裝保留,便于合攏后切割線直接連線,一方面提高劃線效率,另一方面保證劃線精度,為艏門(mén)切割的精準(zhǔn)性、整體美觀性及開(kāi)啟提供有力支撐。從最終切割的情況來(lái)看,艏門(mén)切割劃線精度符合廠家要求,最后通過(guò)艏門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉來(lái)驗(yàn)證艏門(mén)附件與結(jié)構(gòu)配合的精度。艏門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)示意于圖6。

圖6 艏門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)示意

9 結(jié)論

艏門(mén)的成功開(kāi)啟驗(yàn)證了對(duì)于艏門(mén)從建造至切割到開(kāi)啟的精度控制有效。

艏門(mén)不僅涉及船體結(jié)構(gòu)的裝配精度、焊接變形,還涉及滾裝設(shè)備附件安裝定位的精度,主要有以下要點(diǎn)。

1)結(jié)合三維一體化設(shè)計(jì)模型,進(jìn)行建造精度策劃。

2)優(yōu)化艏門(mén)外板劃線鉆孔方式,減少塢內(nèi)盲目劃線,提高精度及節(jié)省作業(yè)時(shí)間。

3)錨穴在曲面中的狀態(tài)及成功預(yù)裝。

4)L型鉸鏈臂眼板及滾裝附件安裝精度的定位完善整個(gè)滾裝的策劃。

5)分段按組立分道形式建造方式,節(jié)省整體建造時(shí)間,大幅改善焊接角度問(wèn)題。

通過(guò)以上措施能大幅降低建造難度,減少仰焊作業(yè)大量,減少滾裝附件眼板高空定位風(fēng)險(xiǎn),提高附件裝配精度,解決在狹小空間施焊難的問(wèn)題。另外通過(guò)組立建造有效控制焊接變形,提高合攏階段精度。