26.1 萬噸礦砂船液壓艙口蓋建造淺析

毛強斌 龔書

（廣船國際總裝部）

0 前言

礦砂船（散貨船）對外區(qū)來講艙口蓋的安裝工作是一個最為關鍵的施工項目，它的施工進度直接影響著整個船舶的建造進度，因此，總結礦砂船艙口蓋的安裝施工經(jīng)驗，為后續(xù)新船的設計優(yōu)化和縮短建造周期尋求新的突破提供了依據(jù)。

1 26.1 萬礦砂船液壓艙蓋結構特點簡述

該系列船是我司首次采用的由MACGREGOR 整體供貨的液壓滾動側移式艙口蓋（之前散貨船、礦砂船均是采用TTS 的頂升側移式艙口蓋）。該系列船共有五個貨艙，9 艙口蓋組成，其中1#貨艙有一個艙口蓋，2-5#貨艙各有兩個艙口蓋。艙口蓋的結構如圖1。

滾動側移式艙口蓋結構特點：

（1）艙口蓋使用自動滾升裝置進行起升（降落），該起升裝置位于艙口蓋前部和后部中間位置，帶有兩個液壓油缸。操作時，由液壓泵通過操作閥箱和分流器同時供油或排油從而控制液壓缸活塞帶動滾升裝置行程同步。

（2）艙口蓋由液壓馬達帶動驅動齒輪，嚙合艙蓋上的齒條進行傳動。

（3）艙口蓋前部設置了2 個平緣滾輪裝置，以自動適應艙蓋和船體的中拱、中垂等變形；艙蓋后部有2 個凸緣滾輪裝置，起導向、定位作用。

（4）液壓馬達基座可以移位滑動，使艙口蓋自動調節(jié)位置，以適應船舶的中拱、中垂、縱傾變形。

（5）艙口蓋上設置了關閉自鎖裝置，當艙口蓋處在完全關閉狀態(tài)時可以自動鎖緊，同時還設置了橫向鎖緊塊和縱向限位裝置，以防橫傾、縱傾時艙口蓋滑動或跳動。

（6）在導軌支架中部和端部分別設置了中間固定裝置和終端限位裝置，從而確保無論在半開還是全開的狀態(tài)都可以將艙口蓋進行固定、能有防止其滑動。

圖1 艙口蓋結構圖

圖2 防變形工裝

2 艙口蓋建造過程中出現(xiàn)的問題及解決方案

2.1 艙口圍和導軌支架水平度

該船建造初期船東就反復強調艙口蓋安裝精度的問題，尤其是導軌的水平度要求，CSQS 要求艙口蓋導軌的水平度為±5mm，而該船船東要求為±2mm，同時不允許導軌與艙口圍面板或導軌支架面板中間增加墊板來調整水平度，由于導軌厚度為65mm，不可能通過導軌來調整其水平度，因此必須確保艙口圍和導軌支架面板的水平度，在艙口圍和導軌支架組裝、安裝過程中要反復調整，并使用激光儀多次檢測水平數(shù)據(jù)，導致艙口圍和導軌之架施工進度相當緩慢，最后在船塢階段僅僅只是將艙口蓋吊裝上船，艙口蓋附件全部在碼頭階段施工，整個周期拖的相當長。

圖3 艙口蓋滾升裝置

圖4 舉臂裝置插銷開孔圖

圖5 舉臂箱焊接節(jié)點圖

圖6 艙口蓋液壓馬達及基座

為了防止導軌支架面板在導軌焊接的過程中變形，特地制作如圖2 導軌支架面板防變形工裝，此工裝的使用大大減少了后期導軌支架面板因熱變形引起火工調整的工作量。

2.2 艙口蓋舉臂箱

如圖3 所示，艙口蓋是滾動側移式艙口蓋，在艙口蓋前后兩個液壓缸的液壓桿伸出時帶動滾升組裝置轉動從而帶動艙口蓋滾動上升開啟，液壓傳動桿伸出至最大位置時，艙口蓋的滾輪剛好行走到導軌上。艙口蓋在滾動上升和下降過程中僅靠兩個液壓缸傳動桿和安裝在舉臂箱上的轉動軸支撐，因此兩個液壓缸工作的同步性和液壓缸周圍結構承重能力是該系統(tǒng)的設計和安裝關鍵控制點。同時舉臂箱和液壓缸的安裝進度直接決定著艙口蓋的整體施工進度，因此，在建造初期這些項目就被列為重點關注對象，但在建造過程中還是出現(xiàn)預想不到的問題。

（1）舉臂箱在艙口圍面板上安裝位置的開孔在艙口圍的制作過程中已經(jīng)按照圖紙實際尺寸進行預開，但由于艙口圍的制作及組裝精度存在誤差，及艙口蓋自身制作精度誤差的綜合影響，舉臂箱的實際安裝尺寸很難和理論尺寸完全一致。在舉臂箱在安裝過程中根據(jù)實際情況定位后發(fā)現(xiàn)，大部分舉臂箱和艙口圍面板其中一邊的間隙達到35mm左右，個別還出現(xiàn)接近50mm 的情況，經(jīng)與技術、工法并征得船東、船檢同意間隙在35mm 以下的直接進行焊接，焊接結束后進行100%UT 檢查，超差較大進行換板處理，這些嚴重影響了艙口蓋的施工進度。建議后續(xù)船舶類似的預開孔在前后方向各預留20mm，便于后期的調整。

（2）在幾次開關艙口蓋后，發(fā)現(xiàn)舉臂箱外邊緣的艙口圍面板塌陷，檢查發(fā)現(xiàn)在舉臂裝置固定插銷在艙口圍結構上寬度200mm的開孔直接開到了艙口圍面板，如圖4 中的紅色開孔線線，導致結構強度不足造成的。后經(jīng)計算將其修改為黑色線的開孔形式可以滿足其強度需要，首制船在原開孔的基礎上增加結構進行補強，后續(xù)的幾條船按新的開孔形式進行開孔。

（3）在試航后進行艙口蓋檢查時發(fā)現(xiàn)多個舉臂箱的焊縫出現(xiàn)裂紋，后經(jīng)查舉臂箱的制作圖發(fā)現(xiàn)舉臂箱的焊接節(jié)點為圖5 中1 表示角焊縫形式，且焊角高度僅為3.5mm，滿足不了艙口蓋的承重要求。后修改為了圖5 中2 的焊接節(jié)點形式，先將外角進行焊接，再在內側進行反扣，并將焊角高度增至12mm，焊接結束后進行MT 檢查，確保焊縫表面無裂紋，以便減少后期使用過程中焊縫再次出現(xiàn)裂紋的幾率。

2.3 滾輪不轉動（軸承抱死）和滾輪行走偏向

（1）在首制船1#艙口蓋第一次開蓋過程中出現(xiàn)一平緣滾輪不轉動，在導軌輪滑動的現(xiàn)象，拆檢發(fā)現(xiàn)滾輪軸承抱死，并導致軸和軸承磨損嚴重，調查最終原因是艙蓋制作過程中在安裝滾輪時沒有把握好軸承間隙，硬將軸承用銅棒敲擊安裝到位，在沒有承重的情況下滾輪可以自由轉動，但艙口蓋開啟過程中應滾輪因承受很大壓力而不能自由轉動。此次質量事故導致蓋滾輪軸承和軸全部換新，導致整個艙口蓋的施工周期延長兩周。因此在滾輪組裝施工過程中要嚴格安裝施工工藝和操作流程進行作業(yè)，尤其是運動部件和承重部件更應該作為重點關注對象。

圖7 FMG26.1 萬噸礦砂船艙口蓋液壓系統(tǒng)原理圖

圖8 優(yōu)化前

圖9 優(yōu)化后

（2）在艙口蓋開啟或關閉過程中，艙口蓋的滾輪裝置無法直線行走，偏向船艏或船艉一側，導致船艉方向的凸緣滾輪與導軌發(fā)生嚙合現(xiàn)象，艙口蓋凸緣滾輪卡阻在軌道上，平緣滾輪滑向導軌邊緣，甚至其中還出現(xiàn)了一個艙口蓋凸緣滾輪的凸緣斷裂的現(xiàn)象。

艙口蓋液壓馬達及其基座見圖6，在艙口蓋滾升裝置起升后，操作艙口蓋的開關艙操縱手柄，控制液壓馬達驅動主動齒輪與艙口蓋齒條嚙合帶動艙口蓋啟閉。齒條擋板與艙口蓋液壓馬達基座相連，為適應船舶中垂、中拱、縱傾液壓馬達基座有一定的活動余地，可以隨艙口蓋沿艏艉方向小幅度移動，其活動幅度由液壓馬達定位螺栓限定。當液壓馬達基座因某種原因導致液壓馬達無法位移滑動時，艙蓋前后無法自動調節(jié)，極易導致凸緣滾輪卡阻。如果繼續(xù)操作會導致液壓馬達過載使馬達內部構件破壞和艙口蓋滾輪凸緣斷裂等事故發(fā)生。

因此，在艙口蓋液壓馬達安裝到位后要第一時間按要求進行潤滑油的加注，此在艙口蓋啟閉過程中做好液壓馬達及艙口蓋行走狀況的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常時應立即停止作業(yè)。

2.4 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及構成因素分析

在系統(tǒng)調試和使用過程中液壓系統(tǒng)主要出現(xiàn)了滾升裝置不同步、液壓馬達和管路振動、試航后檢查發(fā)現(xiàn)液壓油清潔度達不到系統(tǒng)使用要求等問題。

2.4.1 前、后滾升裝置升降過程不同步

成因分析：

（1）單邊液壓缸內部污染導致內部密封不良引起內泄漏；

（2）液壓缸內存在大量空氣造成有效體積模量降低，引起液壓油可壓縮能力降低；

（3）流量分配器加工孔徑存在誤差，或因飛濺，毛邊、液壓油清潔度較差造成徑向堵塞或卡死。

2.4.2 液壓馬達和管路振動

成因分析：

（1）管路中存在大量的空氣，氣泡在從低壓區(qū)進入高壓區(qū)運動過程中產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象；

（2）換向閥操作過快，導致產(chǎn)生水錘效應。

2.4.3 液壓油污染（試航后取油樣化驗，其清潔度不達標）

成因分析：

（1）液壓系統(tǒng)管路串油沖洗不徹底或系統(tǒng)液壓元件組裝前清洗不徹底或組裝過程污染；

（2）加油或系統(tǒng)程中由于周圍環(huán)境較差，且密封不良導致污染物固體顆粒進入；

（3）在系統(tǒng)使用過程中由于運動件磨損產(chǎn)生固體顆粒導致液壓油污染；

（4）前期使用的臨時開、關艙口蓋的工裝泵和軟管清潔度不夠將馬達和液壓油缸污染。

針對以上液壓系統(tǒng)的問題，首制船主要采取了液壓管路重新串油沖洗、在管路沖洗結束管路復位后，利用系統(tǒng)本身的循環(huán)回路進行反復沖洗將管路中的氣體排出。為了排除系統(tǒng)在使用臨時開倉泵開關艙口蓋過程中污染系統(tǒng)液壓元器件，要求后續(xù)船在使用臨時開倉泵前按照系統(tǒng)要求的清潔度對臨時泵和管路進行清潔。同時在使用過程中加強對液壓油的監(jiān)測。

圖10 系統(tǒng)管路最高點設置氣體釋放裝置

圖11 艙口蓋液壓油缸（升降裝置）

圖12 艙口蓋液壓馬達工作圖

3 液壓系統(tǒng)的優(yōu)化建議

由前面所述的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的問題可以看出，大部分的質量問題都是由油液污染尤其是固體顆粒和空氣污染引起的，因此在對系統(tǒng)中固體顆粒、和空氣的控制尤為關鍵。由圖7 該型船液壓系統(tǒng)工作原理，該系統(tǒng)管路中未設置氣體釋放裝置，通過查廠家設備資料得知，該系統(tǒng)液壓單元僅設置了空氣濾清器和回油濾器空氣和固體顆粒濾器裝置。根據(jù)系統(tǒng)實際特提出以下優(yōu)化建議。

（1）艙口蓋液壓系統(tǒng)管路中盡量使用凸緣連接接頭和卡套接頭，少使用彎頭、法蘭等需要焊接的接頭；軟管選用加襯里的油管。液壓管焊接宜采用氬弧焊焊接或氬弧焊打底、電弧焊補充（管外徑＞40mm、壁厚＞5mm）的方法。如果有條件，氬弧焊焊接時可在管道內通氬氣保護，減少焊縫底部的焊渣。

（2）如圖8 和圖9，將系統(tǒng)中的分流器更換為分流集流閥，從而實現(xiàn)液壓缸由頂升過程的同步轉變?yōu)轫斏拖陆档碾p向同步，提高液壓缸升降過程中的同步性和穩(wěn)定性。

（3）如圖10，在系統(tǒng)管路最高點設置氣體釋放裝置（根據(jù)管路實際情況進行設置，如果管路最高點在A 點即總管在向船艏、艉方向分支之前設置一處就可以，如果在B、C 位置就要考慮設置兩處），將管路中的空氣及時排除，從而減小管路的振動及噪聲。

（4）液壓缸兩端最高位置處（往往是空氣集聚的地方）設置排氣裝置，將進入液壓缸中的空氣及時排出。排氣裝置有兩種形式，一種是在液壓缸的最高部位處開排氣孔，用管道連接排氣閥進行排氣；另一種是在液壓缸的最高部位安裝排氣塞，這兩種形式都是在液壓缸排氣時打開，排氣完畢后關閉。如圖11，該型船在液壓油缸的無桿腔的最高點設置排氣塞即可。

（5）為了及時將液壓馬達中的空氣排出，減小液壓馬達的振動，建議在液壓馬達上設置了呼吸閥如圖12。

圖13 自清潔錐底圓筒形油箱

圖14 帶自慮清潔油箱和離線過濾的液壓系統(tǒng)

（6）為了排出沉積在油箱內的污染物，可采用不同于傳統(tǒng)矩形油箱的“自清潔油箱”。如圖13，此種油箱為帶有圓錐形箱底的豎直圓筒結構，其豎直柱面與錐底的連接非常平滑，系統(tǒng)的回油口與圓柱壁相切，過濾器或離線過濾回路的進油管位于油箱底部（錐頂）。當系統(tǒng)回油進入油箱時，油箱里的油液趨于緩慢旋轉。由于固體污染物的密度比液壓油的密度大很多，使固體污染物被漩渦卷入油箱底部中心，經(jīng)過濾回路被油濾器濾除（見圖14），而不是沉積于傳統(tǒng)矩形油箱的整個底面，從而提高了系統(tǒng)的清潔。

4 結束語

本文主要針對26.1 萬噸礦砂船液壓艙口蓋在安裝、調試過程中出現(xiàn)的典型性問題和解決的方案進行分析、總結，并對該型船舶液壓艙口蓋的設計和建造施工提出一些相對實用性的建議，希望能夠為同類型船舶艙口蓋的設計優(yōu)化和縮短建造周期提供有利的參考。