劉 銘

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引 言

我國(guó)船用升降機(jī)技術(shù)發(fā)展較晚，在20 世紀(jì)90 年代才發(fā)布2 個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即CB/T 3867—1993《船用乘客電梯》和CB/T 3878—1993《船用載貨電梯》，隨著國(guó)家科技水平的不斷提高，船舶大型化已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，貨物升降機(jī)作為大型船舶內(nèi)部實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)功能的重要甲板機(jī)械，得到了越來(lái)多的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)之后，我國(guó)自主開發(fā)出了載重量為500 ～1 500 kg的曳引式船用升降機(jī)。船舶常年在潮濕的環(huán)境中航行，受氣候的影響較為嚴(yán)重，很容易造成電氣元件受損和結(jié)構(gòu)腐蝕，同時(shí)船舶6 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)會(huì)影響升降機(jī)的使用。因此，提升船用升降機(jī)的安裝質(zhì)量尤為重要，應(yīng)盡可能地降低安裝精度問(wèn)題對(duì)升降機(jī)運(yùn)行的影響，以滿足船用大型升降機(jī)在惡劣環(huán)境下的使用需求。

1 結(jié)構(gòu)組成及主要參數(shù)

一般大型貨物升降機(jī)主要安裝于大型滾裝船和大型集滾船的甲板及艙內(nèi)通道位置，其主要功能是實(shí)現(xiàn)集裝箱和車輛等滾裝物資在各層甲板之間的垂直轉(zhuǎn)運(yùn)。

大型船用貨物升降機(jī)平臺(tái)長(zhǎng)約8 m，寬約3 m，平臺(tái)運(yùn)行高度約為7.5 m，整個(gè)升降機(jī)的安裝高度約為10 m（從1 甲板至3 甲板）。在停泊狀態(tài)下，升降機(jī)的額定載荷約為15 t。大型貨物升降機(jī)由機(jī)械組件、電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和液壓動(dòng)力系統(tǒng)組成，其中機(jī)械組件由艙口蓋及圍欄、安全護(hù)欄、平層鎖銷裝置、導(dǎo)軌裝置、升降平臺(tái)組件、鋼絲繩組件、平層座組件、驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲繩固定座和基座等組成。

升降機(jī)主要結(jié)構(gòu)組成見圖1，其中：艙口蓋為埋入式防火無(wú)壓差氣密結(jié)構(gòu)，安裝在甲板的艙口圍上，圍欄作為船體的一部分與相應(yīng)的艙壁甲板焊接，艙口蓋關(guān)閉時(shí)能作為甲板的一部分，采用液壓動(dòng)力啟閉，通過(guò)主鉸鏈、油缸鉸鏈和撐桿鉸鏈與船體連接；導(dǎo)軌裝置由2 根T型導(dǎo)軌組成，焊接固定于圍井壁上，長(zhǎng)度約為10 m，當(dāng)升降機(jī)工作時(shí)，升降機(jī)平臺(tái)上的滾輪分別作用于T型導(dǎo)軌的機(jī)加工平面上，確保平臺(tái)沿T 型導(dǎo)軌上下運(yùn)行。升降平臺(tái)組件為貨物上下運(yùn)輸?shù)某休d結(jié)構(gòu)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)鋼絲繩組件沿T 型導(dǎo)軌在各層甲板之間運(yùn)行；驅(qū)動(dòng)裝置由缸體、活塞桿、前后缸蓋和密封組件等組成，在液壓控制系統(tǒng)輸出壓力油的作用下，推動(dòng)活塞桿伸出和收回，進(jìn)而推動(dòng)動(dòng)滑輪沿槽型導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)行，通過(guò)鋼絲繩組件帶動(dòng)升降平臺(tái)沿T型導(dǎo)軌上下運(yùn)行。

圖1 升降機(jī)主要結(jié)構(gòu)組成

2 安裝精度要求及工藝流程

2.1 控制精度要求

為保證升降機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的平層精度滿足轉(zhuǎn)運(yùn)大型物資的要求，相關(guān)位置船體的建造精度應(yīng)達(dá)到一定的要求，具體見表1。

表1 船體的精度控制技術(shù)要求

2.2 安裝工藝流程

根據(jù)設(shè)備的安裝精度和設(shè)備設(shè)計(jì)的技術(shù)要求細(xì)化安裝工藝流程，見圖2。

圖2 升降機(jī)建造工藝流程圖

3 船體建造階段精度控制

3.1 控制工藝方案

升降機(jī)平臺(tái)同時(shí)與1 甲板和3 甲板的平層誤差應(yīng)小于等于±5 mm，要求對(duì)2 層甲板的平面度、2 層甲板之間的平行度精度和2 層甲板之間的高度間距誤差進(jìn)行嚴(yán)格控制。但是，由于升降機(jī)平臺(tái)尺寸較大，平臺(tái)安裝要跨越多個(gè)分段或總段，最后在船塢內(nèi)總組。通過(guò)在鋼板下料、焊接、分段制造、總段合攏和船塢搭載等階段對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的精度控制、矯正和全過(guò)程檢測(cè)，每個(gè)階段都對(duì)2 層甲板的平面度、2 層甲板之間的平行度和2 層甲板之間的高度間距誤差提出嚴(yán)格的控制要求，并進(jìn)行矯正、檢測(cè)和驗(yàn)收，合格之后才能進(jìn)行下一階段的工作，確?？偨M后結(jié)構(gòu)精度能達(dá)到升降機(jī)平臺(tái)的安裝要求。

3.2 分段制造精度控制

3.2.1 鋼板下料控制

鋼板采用激光數(shù)控切割機(jī)切割，推行無(wú)補(bǔ)償值程序切割，并完善相關(guān)切割機(jī)管理流程。零件切割完成之后需進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，針對(duì)超差零件進(jìn)行火工矯正或重新下料切割，嚴(yán)格控制零件的精度。通過(guò)以上措施，確保下料零件的切割精度偏差小于等于1 mm。

3.2.2 部件和中組件焊接控制

在制造部件和中組件時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行焊接程序，控制焊接變形，采用數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)部件和中組件進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，針對(duì)變形零件進(jìn)行火工矯正。控制部件和中組件的焊接精度誤差小于等于2 mm。

3.2.3 分段完工后精度控制

開展分段制造全過(guò)程精度測(cè)量，跟蹤被測(cè)量分段的變形情況。采用激光跟蹤儀或全站儀三維數(shù)字測(cè)量的方式完整監(jiān)測(cè)并控制分段的建造精度，確保分段完工之后甲板的平面度精度誤差小于等于3 mm，各層甲板之間的平行度精度誤差小于等于3 mm。

3.3 總段合攏和船塢搭載精度控制

在進(jìn)行總段合攏或船塢搭載時(shí)，采用三維軟件分析，全面、可靠地反映分段的精度數(shù)據(jù)。形成視圖報(bào)表分析偏差，控制分段和總段的搭載精度；采用三維模擬搭載分析軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬搭載，通過(guò)軟件預(yù)演吊車調(diào)整過(guò)程，分析分段的搭載精度問(wèn)題，提前預(yù)修正。通過(guò)以上措施，達(dá)到甲板的平面度精度誤差小于等于4 mm，2 層甲板之間的平行度精度誤差小于等于4 mm，2 層甲板之間的層高誤差小于等于10 mm。

4 升降機(jī)安裝階段控制

4.1 基準(zhǔn)線定位精度控制

為確?；鶞?zhǔn)線的定位精度滿足要求，研究策劃一套完善的方案。以船體肋骨加強(qiáng)結(jié)構(gòu)“T”型材中心為基準(zhǔn)，初定船長(zhǎng)方向和高度方向的基準(zhǔn)線，可用吊重錘彈線或拉鋼絲繩的方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)彈線測(cè)量各層甲板的開口尺寸，并進(jìn)行局部修整。在舯部肋位架設(shè)激光經(jīng)緯儀，通過(guò)經(jīng)緯儀激光劃出圍井通道內(nèi)升降機(jī)安裝基準(zhǔn)線。

4.2 導(dǎo)軌安裝平行度控制

控制導(dǎo)軌安裝的平行度是確保升降機(jī)平臺(tái)上下平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，控制導(dǎo)軌安裝平行度的關(guān)鍵在于控制導(dǎo)軌T面安裝精度和控制導(dǎo)軌焊接變形2 個(gè)方面。升降機(jī)導(dǎo)軌及平臺(tái)三維模型見圖3。

圖3 升降機(jī)導(dǎo)軌及平臺(tái)三維模型

4.2.1 導(dǎo)軌T面安裝精度控制

若要使平臺(tái)升降運(yùn)行平穩(wěn)，首先要求導(dǎo)向滿足設(shè)計(jì)要求，能與平臺(tái)導(dǎo)向輪有效接觸和傳遞載荷，導(dǎo)向?qū)к壓椭苿?dòng)導(dǎo)軌的裝焊面必須與船體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)且平行，在約20 m長(zhǎng)的焊接范圍內(nèi)。將整個(gè)圍井艙壁的垂直度控制在小于等于艙壁高度除以1 000 的范圍內(nèi)。對(duì)于局部安裝間隙的問(wèn)題，采用增加墊板的方式解決。

采用專用工裝夾緊導(dǎo)向?qū)к墸瑢⑵渲糜诖怪庇诖蟮厮降难b焊位置，并設(shè)置固定支架，用于定位。在圍井通道內(nèi)測(cè)量導(dǎo)軌在垂直方向與艙壁的間距，裝焊導(dǎo)向?qū)к墶?duì)于局部間隙，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)制造相應(yīng)尺寸的墊板，并將其焊接在對(duì)應(yīng)加強(qiáng)肘板的背部。專用工裝簡(jiǎn)圖見圖4。參照導(dǎo)向?qū)к壍奈恢?，通過(guò)拉鋼絲繩的方法將制動(dòng)導(dǎo)軌置于垂直于大地的裝焊位置（與安裝基準(zhǔn)重合），并設(shè)置固定支架用于定位，嚴(yán)格保證導(dǎo)向?qū)к壟c制動(dòng)導(dǎo)軌的安裝間距，修整制動(dòng)導(dǎo)軌的安裝基座余量之后與艙壁焊接，保證制動(dòng)導(dǎo)軌與導(dǎo)向?qū)к壍钠叫幸恢滦浴Ｍㄟ^(guò)工裝能實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)軌的有效夾緊和固定，確保導(dǎo)軌T面在同一平面內(nèi)，并在安裝和焊接過(guò)程中有效控制導(dǎo)軌本身的變形，有效提高導(dǎo)軌的安裝質(zhì)量，為升降機(jī)的安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

圖4 專用工裝簡(jiǎn)圖

4.2.2 導(dǎo)軌焊接變形控制

導(dǎo)軌焊接的好壞會(huì)直接影響導(dǎo)軌的安裝質(zhì)量，焊接變形主要是由熱輸入較大引起的，為控制雙導(dǎo)軌焊接變形，制訂以下裝焊計(jì)劃，保證導(dǎo)軌的安裝平行度：

1）焊接之前檢查圍井內(nèi)部防護(hù)施工腳手架的安全性、焊工是否嚴(yán)格按要求使用勞防用品、安全保護(hù)繩的質(zhì)量、井道口（圍井層門開口處）是否設(shè)置有安全防護(hù)欄和警示標(biāo)志牌和井道內(nèi)照明是否正常。

2）開設(shè)合理的坡口形式，焊接之前必須檢查裝配間隙、接頭形式、坡口尺寸和定位焊質(zhì)量等是否符合工藝文件的規(guī)定，對(duì)于影響焊接操作和焊接質(zhì)量的嚴(yán)重超差，應(yīng)在焊接之前予以修整。

3）選擇具有資質(zhì)的2 名高級(jí)焊工，同時(shí)由上至下同步焊接。

4）施工時(shí)嚴(yán)格控制焊接的電流和電壓，控制焊接速度；焊角高度要適當(dāng)，焊接之前坡口及兩側(cè)各30 mm范圍內(nèi)的氧化皮、鐵銹、水分、油污、泥灰和鐵渣等臟物必須清除，影響焊接質(zhì)量的涂料也應(yīng)清除。

5）對(duì)于較長(zhǎng)的焊縫，應(yīng)采用分段退焊法焊接，每名焊工的施焊長(zhǎng)度一般不超過(guò)2.5 m，焊縫填滿坡口之前，不許停止焊接。

4.3 門框安裝面平面度的控制

升降機(jī)圍井為防爆設(shè)計(jì)區(qū)域，對(duì)圍井門的密性有較高的要求，圍井壁門框安裝面的平面度是圍井門安裝質(zhì)量的重要保障。通過(guò)對(duì)圍井門安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，采用以下方案能確保對(duì)圍井壁門框安裝面的平面度進(jìn)行有效控制。門內(nèi)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)均為散件供貨，圍井外加強(qiáng)結(jié)構(gòu)數(shù)量眾多，在安裝圍井門時(shí)，圍井壁內(nèi)外加強(qiáng)構(gòu)件均應(yīng)根據(jù)門部件的安裝位置確定，并一一對(duì)應(yīng)。圍井門的內(nèi)外加強(qiáng)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)結(jié)束之后，焊接圍井門周邊的小件基座，焊接變形會(huì)直接影響圍井門安裝面的平面度。圍井門加強(qiáng)圖見圖5。

圖5 圍井門加強(qiáng)圖

在圍井門內(nèi)外結(jié)構(gòu)加強(qiáng)和圍井門周邊小件基座焊接完成之后，將圍井門吊起并緊貼圍井壁，人工對(duì)圍井門加焊固定支撐之后，手動(dòng)測(cè)量圍井門與艙壁之間存在的安裝間隙，即圍井壁門框安裝面的平面度誤差。為確保安裝圍井門門框時(shí)艙壁的平面度滿足要求，嚴(yán)格控制每個(gè)分段內(nèi)圍井門安裝艙壁的垂直度（偏差控制在艙壁高度除以1 000 范圍以內(nèi)）。對(duì)于局部安裝間隙較大的地方，通過(guò)火工矯正的方法消除間隙；對(duì)于間隙較小的地方，通過(guò)壓板條安裝控制的方式彌補(bǔ)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文從大型貨物升降機(jī)的組成、運(yùn)行原理和安裝工藝流程入手，重點(diǎn)從升降機(jī)安裝基準(zhǔn)精度控制、導(dǎo)軌安裝平行度控制和圍井壁門框安裝面平面度控制等3 個(gè)方面對(duì)船體建造階段的精度控制進(jìn)行了研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)精度控制測(cè)量和搭載安裝，發(fā)現(xiàn)該設(shè)計(jì)符合技術(shù)要求，主要得到以下結(jié)論：

1）通過(guò)鋼板下料控制、部件與中組件焊接控制、分段完工后的精度控制和總段合攏及船塢搭載精度控制，為大型升降機(jī)的安裝提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

2）通過(guò)對(duì)升降機(jī)的安裝進(jìn)行控制，提高了安裝精度，精度滿足控制要求，解決了安裝施工過(guò)程中出現(xiàn)的平層精度問(wèn)題，相關(guān)成果可供同類型貨物升降機(jī)的安裝參考。