仲偉松， 王　維， 顧小林

(上海江南長(zhǎng)興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

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大型鐵舾件綁扎橋總組、駁運(yùn)加強(qiáng)、防塑性變形控制方法研究及應(yīng)用

仲偉松， 王維， 顧小林

(上海江南長(zhǎng)興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

摘要主要針對(duì)9 400TEU大型鐵舾件綁扎橋總組、駁運(yùn)加強(qiáng)、防塑性變形技術(shù)難題，進(jìn)行其控制方法研究。闡述和分析了綁扎橋總組、駁運(yùn)加強(qiáng)及防塑性變形的成因，提出了一種操作新穎、實(shí)用的方法，有效地解決了生產(chǎn)總組和駁運(yùn)過程中綁扎橋塑性變形的技術(shù)難題，起到了控制塑性變形的作用，提高了火工矯正的工作效率。

關(guān)鍵詞綁扎橋塑性變形加強(qiáng)工藝總組駁運(yùn)加強(qiáng)方法

1項(xiàng)目背景

集裝箱船作為貨物運(yùn)輸出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代。自1999年，已開始了對(duì)超大集裝箱船(ULCS)的探討，越來越多的10 000TEU以上船型開始投入運(yùn)營(yíng)。然而在建造大型集裝箱船時(shí)會(huì)涉及到大型鐵舾件綁扎橋，綁扎橋是為增加船只裝載能力用于艙口蓋上堆箱綁扎固定的依靠。綁扎橋在總組和完工后會(huì)經(jīng)過多次駁運(yùn)，如果在總組和駁運(yùn)時(shí)不采取一些措施綁扎橋易產(chǎn)生嚴(yán)重的變形。因此，在每次總組和駁運(yùn)綁扎橋前都要對(duì)綁扎橋進(jìn)行加強(qiáng)處理。隨著集裝箱船建造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)綁扎橋的各項(xiàng)制作均提出了更高更苛刻的要求，除了滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，還需滿足如主尺度、對(duì)角線、垂直度等多方面的要求。在制作綁扎橋過程中采用臨時(shí)加強(qiáng)來控制塑性變形問題已不能滿足要求，需設(shè)計(jì)一種不僅能滿足設(shè)備固定要求，而且也能降低施工整體成本的工裝。大型鐵舾件——綁扎橋總組、駁運(yùn)加強(qiáng)及防塑性變形控制技術(shù)，一種防變形的通用工裝日益受到人們的重視，具有廣闊的應(yīng)用前景，在造船領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

2任務(wù)來源及研究目的

本項(xiàng)目是上海江南長(zhǎng)興重工有限責(zé)任公司承建的9 400TEU船只上的大型鐵舾件。綁扎橋總長(zhǎng)48.2 m，最高高度為9.013 m，寬度(厚度)為1.084 m，為型寬方向的大型鐵舾件(每榀綁扎橋由三小段總組而成，每段長(zhǎng)16 m，重27 t，如圖1所示)，是為增加船只裝載能力用于艙口蓋上堆箱綁扎固定的依靠。其結(jié)構(gòu)由方管、面板、腹板、三角板等構(gòu)件組成，板材材質(zhì)都為AH36高強(qiáng)度鋼。它們有三種規(guī)格類型，分別為一層、兩層及三層。其中三層的規(guī)格類型最易產(chǎn)生各種塑性變形。特別是在總組和駁運(yùn)的過程中，在總組電焊后綁扎橋的兩端易發(fā)生上拱或下拱變形。

圖1　三層綁扎橋示意圖

由于集裝箱船在艙口蓋上還要擺放大量的貨物箱子，因此對(duì)箱體綁扎固定的依靠——綁扎橋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、總長(zhǎng)度、對(duì)角線、垂直度等要求較高(綁扎橋總長(zhǎng)度偏差控制在±10 mm之內(nèi),安裝后綁扎橋?qū)蔷€誤差控制在±3 mm之內(nèi)，安裝后綁扎橋垂直度的偏差控制在±6 mm之內(nèi))。為了能夠控制精度提高工作效率，減少火工工作勞動(dòng)強(qiáng)度，故提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的防止綁扎橋塑性變形的工裝——加強(qiáng)吊排，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，從而達(dá)到綁扎橋防塑性變形的目的。通過在9 400TEU船上使用后，得到了比較滿意的效果。

3研究過程

3.1綁扎橋主要性能、技術(shù)要求

綁扎橋的作用主要是綁扎、緊固集裝箱，目的是防止集裝箱在風(fēng)浪中傾斜、墜落。對(duì)于特殊裝載時(shí)如混裝20尺、40尺、45尺、48尺、53尺時(shí)，集裝箱的箱腳會(huì)落在綁扎橋上，即綁扎橋起到箱柱的作用，這樣的綁扎橋結(jié)構(gòu)就較為復(fù)雜。其結(jié)構(gòu)由方管、面板、腹板、三角板等構(gòu)件組成，板材材質(zhì)都為AH36高強(qiáng)度鋼。具體見表1AH36高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分表，以及表2其力學(xué)性能表。

表1　AH36高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分表

表2　AH36高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能表

技術(shù)要求：

總組后綁扎橋總長(zhǎng)度偏差控制在±10 mm之內(nèi),安裝后綁扎橋?qū)蔷€誤差控制在±3 mm之內(nèi)，安裝后綁扎橋垂直度的偏差控制在±6 mm之內(nèi)，安裝后綁扎橋的寬度誤差控制在+5 mm之內(nèi)。如果超差，這不僅會(huì)使集裝箱箱體綁扎、固定工作無法進(jìn)行，而且還會(huì)讓綁扎橋吊裝后產(chǎn)生綁扎橋與船體結(jié)構(gòu)安裝上偏差，最終產(chǎn)生大量修復(fù)工作(增加大量反頂硬檔腹板)。

3.2現(xiàn)有技術(shù)概況與難點(diǎn)

3.2.1技術(shù)概況

集裝箱船的一大特點(diǎn)是：貨艙區(qū)域開口較大，主甲板面積較小，因而船體結(jié)構(gòu)相對(duì)比較弱。由于綁扎橋的整體結(jié)構(gòu)較寬，且前后方向較單薄，因此給運(yùn)輸帶來難度，這就要求綁扎橋做好合理的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，保證運(yùn)輸和吊裝過程中綁扎橋不變形。根據(jù)綁扎橋外形特點(diǎn)，許多單位在大型集裝箱船的綁扎橋安裝時(shí)，大多采用半榀(衡量綁扎橋數(shù)量的單位)吊裝，在船上總組，其具體步驟如下：(1) 綁扎橋供貨廠家結(jié)構(gòu)提交后送貨；(2) 半榀吊裝上船，臨時(shí)定位；(3) 船上進(jìn)行綁扎橋總組并進(jìn)行報(bào)驗(yàn)；(4) 綁扎橋上小鐵舾件進(jìn)行安裝；(5) 綁扎橋進(jìn)行定位及焊前報(bào)驗(yàn)；(6) 進(jìn)行電焊及打磨；(7) 整個(gè)綁扎橋變形部位火工矯正；(8) 做MT及焊后報(bào)驗(yàn)。這樣的施工步驟，其缺點(diǎn)是：建造周期長(zhǎng)，總組精度低，消耗大量人力物力，同時(shí)又產(chǎn)生大量的高空作業(yè)，帶來許多安全隱患。

結(jié)合這樣的情況，公司提出了研究綁扎橋整“榀”吊上船的安裝施工工藝，保證安裝的精度，縮短安裝的周期，改高空作業(yè)平地做，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及作業(yè)難度，保證綁扎橋的拼接質(zhì)量。

3.2.2現(xiàn)有技術(shù)難點(diǎn)及缺陷

大型鐵舾件在總組電焊后往往會(huì)導(dǎo)致綁扎橋發(fā)生上拱或下拱變形，變形量一般在20 mm～40 mm，發(fā)生變形之后需要火工的修復(fù)來保證綁扎橋的直線度。在變形大的位置需要火工來回反復(fù)矯正，如在板材的同一部位重復(fù)加熱三次就會(huì)造成板材的碳元素?zé)?，?nèi)部晶體變大，致使板材變脆，在很大程度上就會(huì)造成換板工作。

9 400TEU綁扎橋總長(zhǎng)度為48.2 m。而這么長(zhǎng)的綁扎橋在總組后會(huì)產(chǎn)生大量的變形，并且還會(huì)經(jīng)過多次駁運(yùn)，在駁運(yùn)中又會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形，因此在每次綁扎橋上都需進(jìn)行加強(qiáng)。20榀綁扎橋的船槽鋼需求量將達(dá)到30#槽鋼1 200 m，重41 356 kg。20#槽鋼240 m，重5 433 kg，連接板400余塊，重1 500 kg。

傳統(tǒng)加強(qiáng)(見圖2)存在以下缺點(diǎn)。

(1) 吊運(yùn)不方便(需要大量增加汽車吊，且吊運(yùn)場(chǎng)地受限制)。

(2) 投入人力大(吊運(yùn)槽鋼時(shí)需人工配合擺放及掛鉤，加強(qiáng)連接時(shí)也需要人工進(jìn)行搬運(yùn))。

(3) 綁扎橋吊運(yùn)完成后，拆除槽鋼也有一定的危險(xiǎn)性，同時(shí)也增加了割刀與打磨的工作量，無形之中又增加了焊材的消耗，且給涂層油漆帶來了破壞。

(4) 會(huì)產(chǎn)生大量的火工工作量(在綁扎橋總組的時(shí)候如果存在加強(qiáng)槽鋼與加強(qiáng)槽鋼之間對(duì)接處變形，則總組的變形量也會(huì)隨著槽鋼的變形而變形。此外加強(qiáng)分布不均勻?qū)е陆壴鷺虬l(fā)生扭曲變形，在船上進(jìn)行火工矯正扭曲變形的綁扎橋相當(dāng)不易，船上施工都屬高空作業(yè)。對(duì)加強(qiáng)槽鋼的拆除會(huì)導(dǎo)致綁扎橋加強(qiáng)部位發(fā)生變形)。

3.3解決方案及實(shí)施方式

3.3.1新方法的提出

現(xiàn)須新研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的防止綁扎橋塑性變形的工裝——加強(qiáng)吊排(見圖3)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

圖2　傳統(tǒng)加強(qiáng)圖　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3　小榀綁扎橋

為了解決上述技術(shù)問題，采用新研制的技術(shù)方案，如圖4、圖5所示。一種防止綁扎橋塑性變形的加強(qiáng)吊排，綁扎橋上有多個(gè)并列設(shè)置的方管，加強(qiáng)吊排包括長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的吊排本體和至少四個(gè)夾板，夾板上部開有配合插孔，下部設(shè)有連接插孔，夾板通過配合插孔套裝在吊排本體上，相鄰的兩個(gè)夾板通過連接桿穿過連接插孔配合連接，通過連接桿連接后的相鄰兩個(gè)夾板之間夾緊綁扎橋上的一根方管。

吊排本體上設(shè)有至少兩個(gè)叉車叉運(yùn)孔，吊排本體的長(zhǎng)度為9 m ～12 m，本體上的夾板為六個(gè)或八個(gè)，吊排本身的兩端分別設(shè)有端板，連接桿通過鏈條連接在相鄰?qiáng)A板的其中一個(gè)上，本技術(shù)方法是一種防止綁扎橋變形的加強(qiáng)吊排，具有以下有益效果。

通過吊排本身的夾板對(duì)綁扎橋上相鄰的方管進(jìn)行綁扎夾持，因吊排本體和方管是垂直放置所以能對(duì)方鋼起到限位、加強(qiáng)的作用，也就使得綁扎橋整體在總組和駁運(yùn)途中不易產(chǎn)生變形，并且經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)其實(shí)際的工作效果顯著，每榀綁扎橋只需要一對(duì)吊排本體就可以防止總組和駁運(yùn)變形。同時(shí)采用夾持的方式，使得方便拆卸并可以重復(fù)使用，這不僅大大節(jié)約了槽鋼和焊材的使用，也減小了工人的勞動(dòng)力輸出，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。圖4為吊排結(jié)構(gòu)圖，圖5為新方法示意圖。

圖4　結(jié)構(gòu)圖

圖5　新方法示意圖

3.3.2實(shí)施方式

利用綁扎橋的原理把綁扎橋的方管與新研制的方管捆扎在一起，使總組和駁運(yùn)途中不易產(chǎn)生變形。將事先制作好的綁扎橋吊運(yùn)加強(qiáng)排用叉車叉至綁扎橋總組接縫位置(每片綁扎橋由三小段總組而成)，再將鎖銷銷住即可，具體現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖6、圖7所示。

圖6　現(xiàn)場(chǎng)示意圖①　　　　　　　　　　　　　　　　　圖7　現(xiàn)場(chǎng)示意圖②

3.4創(chuàng)新點(diǎn)及研究成果驗(yàn)證

3.4.1創(chuàng)新點(diǎn)

綜上所述，本方法是一種防止綁扎橋變形的加強(qiáng)吊排，能夠有效防止綁扎橋在總組、駁運(yùn)時(shí)發(fā)生的塑性變形，又能滿足綁扎橋的技術(shù)指標(biāo)，并且成本低廉。能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中的一些實(shí)際問題從而有很高的利用價(jià)值和使用意義。

優(yōu)點(diǎn)：

(1) 制作好的吊排可以重復(fù)使用，不需要二次電焊切割和打磨工作；

(2) 人力投入少，只需叉車及兩個(gè)人輔助擺放即可；

(3) 顯著縮短了生產(chǎn)周期，提高了勞動(dòng)效率；

(4) 減少火工矯正工作量。

3.4.2研究成果驗(yàn)證

經(jīng)檢驗(yàn)，創(chuàng)新后加強(qiáng)效果顯著并得到充分使用，現(xiàn)在每榀綁扎橋只需要1組吊運(yùn)加強(qiáng)排就可以防止總組、駁運(yùn)變形及吊運(yùn)變形，該自主設(shè)計(jì)的綁扎橋加強(qiáng)排可以重復(fù)使用。

以90 t平板駁運(yùn)車(長(zhǎng)16 m，寬4 m)為起運(yùn)試驗(yàn)工具，表3是幾種方案的試驗(yàn)實(shí)績(jī)表。

表3　試驗(yàn)實(shí)績(jī)表

通過實(shí)際使用效果看，新設(shè)計(jì)的綁扎橋吊運(yùn)加強(qiáng)排完全滿足總組和駁運(yùn)加強(qiáng)要求，防止了綁扎橋發(fā)生塑性變形。經(jīng)質(zhì)檢部門檢測(cè)綁扎橋的整體性能完全符合技術(shù)要求，有效控制了總長(zhǎng)度、對(duì)角線、垂直度的偏差問題(技術(shù)要求綁扎橋總長(zhǎng)度偏差控制在±10 mm之內(nèi),安裝后綁扎橋?qū)蔷€誤差控制在±3 mm之內(nèi)，安裝后綁扎橋垂直度的偏差控制在±6 mm之內(nèi)。實(shí)際數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度偏差控制在±10 mm之內(nèi)，對(duì)角線誤差控制在±3 mm之內(nèi)，垂直度的偏差控制在±6 mm之內(nèi))。此外，還節(jié)省了大量人工(原每條9 400TEU船，其一個(gè)綁扎橋加強(qiáng)：(1) 安裝需裝配2人、電焊1人、汽車吊配合一輛、起重工2人，工作4 h；(2) 拆除加強(qiáng)需裝配1人、打磨1人，工作3 h；(3) 產(chǎn)生的變形需火工2人，工作8 h；(4) 拆除下來的廢槽鋼需整理、清潔，5S工作

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需2人、叉車一輛，工作1 h)。而現(xiàn)在一個(gè)綁扎橋只需叉車1輛、起重工1人、配合擺放吊運(yùn)加強(qiáng)排2人，工作時(shí)間0.5 h。產(chǎn)生的火工工作量只需1人，工作2 h。

本方法通過吊排本身夾板對(duì)綁扎橋上相鄰的方管進(jìn)行綁扎夾持，加強(qiáng)了相鄰方管之間強(qiáng)度，從而使得綁扎橋整體在總組、駁運(yùn)途中不易產(chǎn)生塑性變形；同時(shí)采用新方法不需要槽鋼加強(qiáng)，亦不需要進(jìn)行焊接，故顯著降低了生產(chǎn)成本，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

4結(jié)束語

本方法還有許多方面可以進(jìn)行不斷優(yōu)化，具有很大的推廣應(yīng)用前景，如設(shè)備單元的駁運(yùn)吊裝、船體分段駁運(yùn)吊裝等。

本文在綁扎橋變形后火工矯正技術(shù)的基礎(chǔ)上，從改變施工方法、設(shè)計(jì)工裝、推動(dòng)火工工藝改進(jìn)、開展工法研究等多方面著手，盡可能將能預(yù)估的各類變形控制在產(chǎn)品成品之前，減少公司的勞動(dòng)力投入，降低原材料的損耗，削減因返工造成的能源損耗。本方案的實(shí)現(xiàn)對(duì)綁扎橋總組、駁運(yùn)加強(qiáng)、防塑性變形是一項(xiàng)十分有益的工作，對(duì)今后的工作大有幫助。

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Large Iron Outfitting Binding Bridge Group, Strengthen the Prevention,the Total Transfer Control Method Research and Application of Plastic Deformation

ZHONG Wei-song, WANG Wei, GU Xiao-lin

(Shanghai Jiangnan Changxing Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

AbstractThis paper mainly for 9 400TEU large iron outfitting total binding bridge group, lighterage strengthening, anti plastic deformation problem control methods research. Description and analysis of these causes, presents a novel and practical operation method, effectively solves the production assembly and craft process in lashing bridge plastic deformation of technical problems, to control the plastic deformation of the role, provides high explosive correction work efficiency.

KeywordsBinding bridgePlastic deformationStrengthening technologyTotal groupStrengthen the craftMethod

中圖分類號(hào)U671

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡(jiǎn)介：仲偉松(1966-)，男，工程師，從事集裝箱船、散貨船的上層建筑和綁扎橋總組工作，以及公司火工技術(shù)上的疑難問題。