一种船舶舵叶托架的设计与应用

易辉 詹映龙 杨红燕 沈颂 俞叶舟

摘    要：针对公司某系列船舵叶在脱胎后码脚批补磨等作业中存在的不足，设计制作了一种舵叶托架，方便快捷地进行火工、密性、冲砂、涂装、转运、船台安装等作业，有效提高了工效及现场管理水平。

关键词：舵叶托架;舵叶焊接;舵叶打磨;提高工效

中图分类号：U667.9                              文献标识码：A

Abstract： In view of the deficiencies in the carbon gouging， repair welding and grinding process after the rudders out of the jig during the series of rudder blades manufacturing in our company， a kind of rudder blade pallet the is designed and produced to prevent the code feet from being generated several times， and facilitate the rapid implementation of tightness，firecalibration，blasting，painting，transportation，berth installation， which could effectively improve work efficiency and worksite management level.

Key words：  Rudder blade pallet; Rudder blade welding; Rudder blade grinding; Improve work efficiency

1    引言

舵是船舶的主要操纵设备之一，通过舵叶的转动产生一系列水动力作用，使船舶改变航向。舵叶多数为焊接结构的流线型剖面，主要由舵叶旁板、垂直隔板、水平隔板、铸钢件等组成。某系列船的舵叶为流线型剖面，其内部结构空间狭小，对装配、焊接、涂装等作业要求很高，制作工艺比较复杂。该舵叶生产制作工序辅助设施如下：

（1）首先用行车吊运到装焊平台上立放，其两端部各用两段长度100*6 mm的等边角钢焊接固定在装焊平台和舵叶本体外板上，后再进行舵叶外板拉条、装配码板等码脚批补磨作业;

（2）对于舵叶外板有局部焊后或其它变形的，需行车吊运反身多次进行火工作业;

（3）进行密性检查：首先把用于支撑舵叶100*6mm的4条等边角钢拆除，然后用行车吊运平放于已垫好枕木的装焊平台上进行码脚批补磨作业，完成后再用行车吊运反身，进行码脚批补磨作业，最后再进行充气试验;

（4）冲砂涂装移动作业：冲砂涂装移动作业时需将舵叶与龙门架用角钢焊接牢固;

（5）船台安装作业：船台安装舵叶前需拆除角钢，对所产生的码脚需批补磨、补油漆作业。

2    辅助设施存在的问题

（1）每个舵叶脱胎后至少需要两个装配、一个电焊配合安装焊接多个角钢做舵叶的支撑，比较耗时且用角钢做支撑存在安全隐患;

（2）针对舵叶外板有局部出现焊后变形的，需要行车配合吊运反身多次进行火工作业;

（3）密性作业的条件：必需所有结构件装焊完整、舾装件装焊完整、火工校正完毕，且自检结束并通过专检、外检。所以密性检查作业前，首先要拆除角钢支撑留根后批补磨，然后吊运反身后再进行另一面的角钢码脚批补磨作业。另外，由于该舵叶顶部结构横截面与底部横截面线型尺寸区别较大，故枕木需放置到一定的高度容易产生重心不稳的现象，导致密性检查作业不方便甚至带来危险;

（4）冲砂涂装移动作业：冲砂涂装移动作业时需要把舵叶与龙门架用角钢焊接牢固，费时费力;

（5）船台安装作业：需要拆除固定角钢进行码脚批补磨作业、补油漆作业，费时费力;

（6）工装材料不能重复使用，浪费严重。

3    托架设计

（1）托架结构及主尺度

根据某系列船舵叶长度、最大截面宽度、最大截面高度、最小截面宽度、最小截面高度、舵叶自重等参数，结合原方案中存在的实际问题，设计一种舵叶托架：一方面在舵叶施工过程中既可方便盛放舵叶，又可顺利进行该舵叶马脚批补磨等施工作业;另一方面该舵叶托架既能重复使用，又能实现舵叶的轻松转运等作业。该舵叶托架包括底座以及固定在底座上的支撑脚、吊耳、靠撑和防倾肘板;所述支撑脚固定在底座下方。吊耳固定在底座边上，靠撑固定在底座上方;靠撑下端。

具体布置为：首先用4根14a规格普通槽钢（每根长为2 430 mm）相互平行排列，间距分别为600mm、460 mm、600 mm;同时采用5根同规格槽钢（每根1 684 mm）纵向相互平行排列，分别垂直于横向4根14 a规格普通槽钢（间距均为600 mm）以此形成底座;其次采用6个直径为83 mm、高度为200 mm、壁厚为3.5 mm焊接钢管作为支撑脚，分别固定在底座下方整体沿舵叶立放的长度方向布置，且基于中轴线两两对称;再次，采用4個吊耳固定在底座边上，整体沿舵叶立放的长度方向布置;最后采用4组靠撑，每组靠撑均由一根直撑和一根斜撑组成，直撑和斜撑均可采用直径83 mm、壁厚3.5 mm的钢管，直撑的长度为1000 mm、斜撑的长度为1160 mm，每组靠撑顶端连接而成的夹角为29 o，直撑与底座的夹角为90 o，斜撑与底座的夹角为61 o;此外，相邻两组靠撑的纵向间距为1.117 m，对称的两组靠撑的直撑间距为0.577 m，整体沿舵叶立放的长度方向布置，且基于中轴线两两对称，对称的两组靠撑之间的距离与所需要立放的舵叶厚度适配，以更好地适于多种规格的舵叶立放其中;设计8块三角形板材防倾肘板，固定支撑在所述靠撑下端，其大小均为200 mm*200 mm*8 mm，可采用Q235以上级别钢板切割而成。具体建模效果图如图1所示。

（2）托架强度校核

设计的舵叶托架底座属于相互垂直交叉的正交板架梁系，在舵叶整体侧向立放时投影平面为460mm*2360mm，其纵向间距为460mm，受到来自舵叶侧放时自重压力，且该区域梁是等截面、等跨度的，则连续梁每一跨度受力可视作均布载荷分析处理。经查《机械设计手册》及14 a普通槽钢单位长度重量、结构许用应力、面模量等相关参数并进行计算得到最大均布载荷为3.159 t，大于该型船舵叶自重，故采用14a槽钢做该舵叶的托架的底座满足实际使用要求。同理可得，选取长度分别为1 000 mm和1 166 mm、外直径83mm、壁厚4mm的Q235无缝钢管分别做该舵叶托架的垂向支撑和斜撑，满足稳性要求。

舵叶放置在该托架时的重心高度不大于732.2mm，靠撑直撑高度1 000 mm大于实际重心高度，满足实际使用要求。另外，根据该系列船舵叶自重，可直接依据吊耳相关标准选取材质Q235、板厚18 mm的N5t吊耳。

4    加工制作

充分利用某公司分段作业区、预舾装作业区、管加车间的工装、型材、管材等余料，选取14a规格的普通槽钢共计18 m，直径83mm的钢管共计8.7 m及厚度8mm的钢材0.5 m2，按照实体建模方案尺寸进行型材的切割下料、装配、焊接及涂装作业（如图2所示）。焊接作业时应选用与材料相匹配的焊材，避免焊接过程中产生诸如气孔、夹渣、变形等外观表面缺陷和尺寸缺陷。吊码焊接完成后应由专业人员进行外观检验及无损探伤检验。

5   应用效果

据施工人员反馈，该舵叶托架具有以下优点：

（1）舵叶托架工装可用于立放及支撑舵叶以进行各种作业，不需要另外用角钢做支撑，避免了码脚的产生，无需进行码脚批补磨作用;

（2）火工校正作业时舵叶无需反身;

（3）进行密性作业时省去了拆除角钢及码脚批补磨作业;

（4）采用了两两对称的靠撑对舵叶进行支撑，同时靠撑下端又有防倾肘板进行支撑，整体结构牢固可靠，有效保障了作业安全;

（5）在各种作业中达到减少工作量、节省时耗、降本增效的作用;

（6）可重复使用，无需维护。

据不完全统计，公司使用该舵叶托架工装进行相关作业后，每年可节约21.87万元。该工装于2018年2月获国家知识产权局发明专利授权（发明专利號：ZL201610210868.3）。

参考文献

[1] 易辉. 一种舵叶托盘工装. 中船黄埔文冲船舶有限公司.

[2] 黄广茂， 潘志远. 造船生产设计[M]. 哈尔滨工程大学出版社.

[3] 舒恒煜，谭林森.船舶结构力学[M]. 华中科技大学出版社.