大型船用货物升降机安装精度控制技术

刘 铭

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

0 引 言

我国船用升降机技术发展较晚，在20 世纪90 年代才发布2 个行业标准，即CB/T 3867—1993《船用乘客电梯》和CB/T 3878—1993《船用载货电梯》，随着国家科技水平的不断提高，船舶大型化已成为行业发展的必然趋势，货物升降机作为大型船舶内部实现转运功能的重要甲板机械，得到了越来多的应用。进入21世纪之后，我国自主开发出了载重量为500 ～1 500 kg的曳引式船用升降机。船舶常年在潮湿的环境中航行，受气候的影响较为严重，很容易造成电气元件受损和结构腐蚀，同时船舶6 个自由度的运动会影响升降机的使用。因此，提升船用升降机的安装质量尤为重要，应尽可能地降低安装精度问题对升降机运行的影响，以满足船用大型升降机在恶劣环境下的使用需求。

1 结构组成及主要参数

一般大型货物升降机主要安装于大型滚装船和大型集滚船的甲板及舱内通道位置，其主要功能是实现集装箱和车辆等滚装物资在各层甲板之间的垂直转运。

大型船用货物升降机平台长约8 m，宽约3 m，平台运行高度约为7.5 m，整个升降机的安装高度约为10 m（从1 甲板至3 甲板）。在停泊状态下，升降机的额定载荷约为15 t。大型货物升降机由机械组件、电气控制系统、液压控制系统和液压动力系统组成，其中机械组件由舱口盖及围栏、安全护栏、平层锁销装置、导轨装置、升降平台组件、钢丝绳组件、平层座组件、驱动装置、钢丝绳固定座和基座等组成。

升降机主要结构组成见图1，其中：舱口盖为埋入式防火无压差气密结构，安装在甲板的舱口围上，围栏作为船体的一部分与相应的舱壁甲板焊接，舱口盖关闭时能作为甲板的一部分，采用液压动力启闭，通过主铰链、油缸铰链和撑杆铰链与船体连接；导轨装置由2 根T型导轨组成，焊接固定于围井壁上，长度约为10 m，当升降机工作时，升降机平台上的滚轮分别作用于T型导轨的机加工平面上，确保平台沿T 型导轨上下运行。升降平台组件为货物上下运输的承载结构，通过驱动装置带动钢丝绳组件沿T 型导轨在各层甲板之间运行；驱动装置由缸体、活塞杆、前后缸盖和密封组件等组成，在液压控制系统输出压力油的作用下，推动活塞杆伸出和收回，进而推动动滑轮沿槽型导轨往复运行，通过钢丝绳组件带动升降平台沿T型导轨上下运行。

图1 升降机主要结构组成

2 安装精度要求及工艺流程

2.1 控制精度要求

为保证升降机的机械系统的平层精度满足转运大型物资的要求，相关位置船体的建造精度应达到一定的要求，具体见表1。

表1 船体的精度控制技术要求

2.2 安装工艺流程

根据设备的安装精度和设备设计的技术要求细化安装工艺流程，见图2。

图2 升降机建造工艺流程图

3 船体建造阶段精度控制

3.1 控制工艺方案

升降机平台同时与1 甲板和3 甲板的平层误差应小于等于±5 mm，要求对2 层甲板的平面度、2 层甲板之间的平行度精度和2 层甲板之间的高度间距误差进行严格控制。但是，由于升降机平台尺寸较大，平台安装要跨越多个分段或总段，最后在船坞内总组。通过在钢板下料、焊接、分段制造、总段合拢和船坞搭载等阶段对船体结构进行严格的精度控制、矫正和全过程检测，每个阶段都对2 层甲板的平面度、2 层甲板之间的平行度和2 层甲板之间的高度间距误差提出严格的控制要求，并进行矫正、检测和验收，合格之后才能进行下一阶段的工作，确保总组后结构精度能达到升降机平台的安装要求。

3.2 分段制造精度控制

3.2.1 钢板下料控制

钢板采用激光数控切割机切割，推行无补偿值程序切割，并完善相关切割机管理流程。零件切割完成之后需进行实时检测，针对超差零件进行火工矫正或重新下料切割，严格控制零件的精度。通过以上措施，确保下料零件的切割精度偏差小于等于1 mm。

3.2.2 部件和中组件焊接控制

在制造部件和中组件时，严格执行焊接程序，控制焊接变形，采用数字化检测系统对部件和中组件进行实时测量，针对变形零件进行火工矫正。控制部件和中组件的焊接精度误差小于等于2 mm。

3.2.3 分段完工后精度控制

开展分段制造全过程精度测量，跟踪被测量分段的变形情况。采用激光跟踪仪或全站仪三维数字测量的方式完整监测并控制分段的建造精度，确保分段完工之后甲板的平面度精度误差小于等于3 mm，各层甲板之间的平行度精度误差小于等于3 mm。

3.3 总段合拢和船坞搭载精度控制

在进行总段合拢或船坞搭载时，采用三维软件分析，全面、可靠地反映分段的精度数据。形成视图报表分析偏差，控制分段和总段的搭载精度；采用三维模拟搭载分析软件，实现计算机模拟搭载，通过软件预演吊车调整过程，分析分段的搭载精度问题，提前预修正。通过以上措施，达到甲板的平面度精度误差小于等于4 mm，2 层甲板之间的平行度精度误差小于等于4 mm，2 层甲板之间的层高误差小于等于10 mm。

4 升降机安装阶段控制

4.1 基准线定位精度控制

为确保基准线的定位精度满足要求，研究策划一套完善的方案。以船体肋骨加强结构“T”型材中心为基准，初定船长方向和高度方向的基准线，可用吊重锤弹线或拉钢丝绳的方法实现。根据弹线测量各层甲板的开口尺寸，并进行局部修整。在舯部肋位架设激光经纬仪，通过经纬仪激光划出围井通道内升降机安装基准线。

4.2 导轨安装平行度控制

控制导轨安装的平行度是确保升降机平台上下平稳运行的关键，控制导轨安装平行度的关键在于控制导轨T面安装精度和控制导轨焊接变形2 个方面。升降机导轨及平台三维模型见图3。

图3 升降机导轨及平台三维模型

4.2.1 导轨T面安装精度控制

若要使平台升降运行平稳，首先要求导向满足设计要求，能与平台导向轮有效接触和传递载荷，导向导轨和制动导轨的装焊面必须与船体加强结构对应且平行，在约20 m长的焊接范围内。将整个围井舱壁的垂直度控制在小于等于舱壁高度除以1 000 的范围内。对于局部安装间隙的问题，采用增加垫板的方式解决。

采用专用工装夹紧导向导轨，将其置于垂直于大地水平的装焊位置，并设置固定支架，用于定位。在围井通道内测量导轨在垂直方向与舱壁的间距，装焊导向导轨。对于局部间隙，根据测量的数据制造相应尺寸的垫板，并将其焊接在对应加强肘板的背部。专用工装简图见图4。参照导向导轨的位置，通过拉钢丝绳的方法将制动导轨置于垂直于大地的装焊位置（与安装基准重合），并设置固定支架用于定位，严格保证导向导轨与制动导轨的安装间距，修整制动导轨的安装基座余量之后与舱壁焊接，保证制动导轨与导向导轨的平行一致性。通过工装能实现对导轨的有效夹紧和固定，确保导轨T面在同一平面内，并在安装和焊接过程中有效控制导轨本身的变形，有效提高导轨的安装质量，为升降机的安全运行奠定基础。

图4 专用工装简图

4.2.2 导轨焊接变形控制

导轨焊接的好坏会直接影响导轨的安装质量，焊接变形主要是由热输入较大引起的，为控制双导轨焊接变形，制订以下装焊计划，保证导轨的安装平行度：

1）焊接之前检查围井内部防护施工脚手架的安全性、焊工是否严格按要求使用劳防用品、安全保护绳的质量、井道口（围井层门开口处）是否设置有安全防护栏和警示标志牌和井道内照明是否正常。

2）开设合理的坡口形式，焊接之前必须检查装配间隙、接头形式、坡口尺寸和定位焊质量等是否符合工艺文件的规定，对于影响焊接操作和焊接质量的严重超差，应在焊接之前予以修整。

3）选择具有资质的2 名高级焊工，同时由上至下同步焊接。

4）施工时严格控制焊接的电流和电压，控制焊接速度；焊角高度要适当，焊接之前坡口及两侧各30 mm范围内的氧化皮、铁锈、水分、油污、泥灰和铁渣等脏物必须清除，影响焊接质量的涂料也应清除。

5）对于较长的焊缝，应采用分段退焊法焊接，每名焊工的施焊长度一般不超过2.5 m，焊缝填满坡口之前，不许停止焊接。

4.3 门框安装面平面度的控制

升降机围井为防爆设计区域，对围井门的密性有较高的要求，围井壁门框安装面的平面度是围井门安装质量的重要保障。通过对围井门安装结构进行分析可知，采用以下方案能确保对围井壁门框安装面的平面度进行有效控制。门内加强结构均为散件供货，围井外加强结构数量众多，在安装围井门时，围井壁内外加强构件均应根据门部件的安装位置确定，并一一对应。围井门的内外加强结构加强结束之后，焊接围井门周边的小件基座，焊接变形会直接影响围井门安装面的平面度。围井门加强图见图5。

图5 围井门加强图

在围井门内外结构加强和围井门周边小件基座焊接完成之后，将围井门吊起并紧贴围井壁，人工对围井门加焊固定支撑之后，手动测量围井门与舱壁之间存在的安装间隙，即围井壁门框安装面的平面度误差。为确保安装围井门门框时舱壁的平面度满足要求，严格控制每个分段内围井门安装舱壁的垂直度（偏差控制在舱壁高度除以1 000 范围以内）。对于局部安装间隙较大的地方，通过火工矫正的方法消除间隙；对于间隙较小的地方，通过压板条安装控制的方式弥补。

5 结 语

本文从大型货物升降机的组成、运行原理和安装工艺流程入手，重点从升降机安装基准精度控制、导轨安装平行度控制和围井壁门框安装面平面度控制等3 个方面对船体建造阶段的精度控制进行了研究，通过现场精度控制测量和搭载安装，发现该设计符合技术要求，主要得到以下结论：

1）通过钢板下料控制、部件与中组件焊接控制、分段完工后的精度控制和总段合拢及船坞搭载精度控制，为大型升降机的安装提供了良好的结构基础。

2）通过对升降机的安装进行控制，提高了安装精度，精度满足控制要求，解决了安装施工过程中出现的平层精度问题，相关成果可供同类型货物升降机的安装参考。