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      液罐鞍座分段預(yù)裝精度控制措施

      2020-05-18 08:14:30
      艦船科學(xué)技術(shù) 2020年4期
      關(guān)鍵詞:鞍座弧度船廠

      周 亮

      (南京金陵船廠有限公司,江蘇 南京210000)

      0 引言

      某型乙烯船是南京金陵船廠為國(guó)內(nèi)船東首次承建的高附加值產(chǎn)品,這也是南京金陵船廠繼散貨、集裝箱、滾裝后第三次技術(shù)轉(zhuǎn)型,該船對(duì)于船廠從技術(shù)、生產(chǎn)組織來(lái)說(shuō),還是比較先進(jìn)的,該乙烯船液罐型式為國(guó)內(nèi)不多的雙耳C 型罐,另外該液罐最主要的下方鞍座安裝精度是公司控制的重中之重,鞍座安裝的精度也決定了該船建造的成敗,因此該船將是公司在精度建造方面的一個(gè)考驗(yàn),也是公司建造能力的一個(gè)全面考驗(yàn)。

      該船液罐鞍座具有大直徑、長(zhǎng)跨度的特點(diǎn),在整個(gè)建造過(guò)程中,液罐鞍座的安裝精度控制尤為重要,對(duì)于船體建造而言,支撐球罐的液罐鞍座的精度控制無(wú)疑是公司建造史上精度控制方面的首創(chuàng),也是對(duì)公司船舶建造能力的一個(gè)全面考驗(yàn)。為了保證鞍座精度,引入焊接變形工藝仿真計(jì)算,對(duì)分段建造過(guò)程進(jìn)行仿真分析,不僅有利于降低焊接變形風(fēng)險(xiǎn),也有利于南京金陵船廠分段精度更進(jìn)一步的提高。本文擬通過(guò)有限元分析來(lái)預(yù)測(cè)鞍座的焊接變形,從而提高船體結(jié)構(gòu)的建造精度,推進(jìn)全工藝過(guò)程的無(wú)余量制造。

      1 液罐鞍座形式主要參數(shù)

      本船設(shè)有2 個(gè)液罐,分別布置在1、2 號(hào)貨艙內(nèi)底上方的鞍座區(qū)域,液罐型式為C 型雙耳罐,該液罐受主體空間影響,液罐長(zhǎng)度及外型均有不同。每個(gè)液罐坐落在相應(yīng)的雙層底鞍座上,每個(gè)液罐下方各設(shè)有1 個(gè)固定鞍座和1 個(gè)活動(dòng)鞍座,該鞍座分別布置在船體內(nèi)底上,與船體內(nèi)底板結(jié)構(gòu)形成強(qiáng)力結(jié)構(gòu),承受液罐重量。

      2 液罐區(qū)域的鞍座精度要求

      2.1 液罐廠家精度要求

      液罐吊裝誤差≤30 mm,罐體下方2 個(gè)鞍座間距誤差±10 mm,2 個(gè)鞍座水平度±10 mm,罐體外形弧度誤差≤10 mm,單個(gè)鞍座誤差±5 mm,液罐直徑誤差±10 mm。

      2.2 鞍座精度標(biāo)準(zhǔn)

      船廠技術(shù)人員根據(jù)液罐區(qū)域結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合廠家標(biāo)準(zhǔn),細(xì)化相關(guān)精度要求,針對(duì)鞍座精度,增加了相關(guān)控制點(diǎn)及公差要求:

      1)雙層底的船寬偏正值,船寬在0 ~ +10 mm;

      2)液罐鞍座因精度要求較高,因此單個(gè)鞍座面板加工時(shí)弧度≤2 mm,組裝后鞍座整體面板弧度≤5 mm;

      3)鞍座面板組立對(duì)接時(shí),焊縫余高應(yīng)控制,余高在≤2 mm;

      4)鞍座擋板直線度≤0~3 mm;

      5)固定與活動(dòng)鞍座面板水平0~5 mm(同一測(cè)量點(diǎn)位置水平);

      6)單個(gè)鞍座下方雙層底水平±3 mm。

      3 鞍座精度策劃

      考慮到液罐下方鞍座形狀為“W”半圓型,鞍座腹板及面板厚度達(dá)到30 mm,整體鞍座的線型較大,焊接量也大,必然會(huì)造成鞍座焊接變形加大,鞍座精度變差,因此針對(duì)該情況,精控人員與技術(shù)人員進(jìn)行了詳細(xì)的精控策劃,針對(duì)鞍座特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬測(cè)算,提供了鞍座零件加工補(bǔ)償量,構(gòu)件預(yù)制裝配補(bǔ)償量及分段階段中的裝配補(bǔ)償量等相關(guān)余量加放,另外為了保證鞍座精度,利用焊接變形工藝仿真計(jì)算,對(duì)分段建造焊接過(guò)程進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)鞍座構(gòu)件預(yù)制、鞍座組立安裝等各個(gè)階段焊接變形分析,降低焊接變形風(fēng)險(xiǎn),也有利于船廠分段精度更進(jìn)一步的提高,通過(guò)對(duì)余量精的精度策劃,鞍座焊接變仿真分析,為減少現(xiàn)場(chǎng)鞍座制造過(guò)程中返工挖換,做出相應(yīng)技術(shù)支持。

      4 鞍座各階段裝配精度控制要求

      液罐吊裝精度在于鞍座精度,鞍座精度取決于鞍座面板圓心度(弧度)、鞍座水平度和合攏階段鞍座間距控制精度,而其它船廠針對(duì)鞍座建造經(jīng)驗(yàn),一般是在鞍座上口加放50 mm 余量,待合攏后根據(jù)鞍座水平度,再修割鞍座上口余量,最后散裝面板,這種方法雖能保證面板液罐的貼合度,但導(dǎo)致合攏工作量加大,作業(yè)難度加大。而船廠為了改善作業(yè)環(huán)境,減少合攏散裝的工作量,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)焊接仿真計(jì)算、精控模擬分析及生產(chǎn)部門精細(xì)編排,最終將整個(gè)鞍座分為幾個(gè)組立(小段),提前各自預(yù)制,最后在分段大組階段依次吊裝各個(gè)鞍座小組,從而形成整體,該預(yù)裝方式在國(guó)內(nèi)船廠還是第一次。

      為了保證鞍座整體精度,建造部門必須對(duì)于鞍座面板加工、構(gòu)件裝配、擋條開(kāi)檔、工件焊接變形等每個(gè)工序嚴(yán)格控制,因此,技術(shù)部門針對(duì)精度特點(diǎn),制定了相應(yīng)的工藝控制要求。

      4.1 單個(gè)鞍座加工階段

      1)下料前,應(yīng)檢查鋼板表面有無(wú)缺陷、邊緣有無(wú)裂紋、分層,如鋼板存在缺陷,則不能對(duì)該鋼板進(jìn)行下料,應(yīng)向質(zhì)管部門反映,并按規(guī)范要求作出相應(yīng)處理。

      2)數(shù)切下料的數(shù)切機(jī)應(yīng)保持良好的運(yùn)行狀態(tài),數(shù)切構(gòu)件切口光順、劃線完整清晰,切割精度誤差為±2 mm。

      3)根據(jù)加工能力對(duì)于鞍座面板確定是否加放加工余量。每個(gè)組立鞍座面板兩端頭各加放200 mm 加工余量。

      4)鞍座面板數(shù)切打磨后,應(yīng)將加工余量線、擋板、組裝對(duì)中洋沖眼打好,經(jīng)檢查合格后,方可進(jìn)行下道工序(加工)。

      圖1 仿真模擬計(jì)算

      5)單個(gè)鞍座面板加工到位后,應(yīng)用樣板測(cè)量擋板位置的線型是否加工到位。

      6)鞍座面板加工過(guò)程,均需用樣板檢測(cè)弧度。

      7)為了保證預(yù)制時(shí)鞍座精度,面板加工余量可保留一端至小組階段割除,另一端加工余量待加工結(jié)束后,割除。

      8)單個(gè)面板加工弧度≤2 mm。

      4.2 單個(gè)鞍座組立預(yù)制階段

      1)鞍座分為7 個(gè)鞍座組立(小段),現(xiàn)以雙層底單個(gè)鞍座組立為例。

      2)為了減少鞍座在裝焊過(guò)程中的焊接變形,可提前進(jìn)行焊接仿真模擬計(jì)算,定量分析了不同的裝焊順序及相應(yīng)的焊后變形量,根據(jù)變形情況制定了工裝拘束方案,如圖1 所示。

      3)單個(gè)鞍座組立裝配流程,如圖2 所示。

      圖2 裝配流程

      4)鞍座擋條安裝時(shí),應(yīng)檢查擋條開(kāi)檔尺寸及復(fù)測(cè)擋板直線度,為了以防擋條向內(nèi)傾斜,焊前應(yīng)在擋板之間適當(dāng)增加支撐。

      5)擋板焊接結(jié)束并檢測(cè)合格后,方可吊安裝兩側(cè)補(bǔ)板,補(bǔ)板施焊時(shí)兩人對(duì)稱施焊。

      6)7 個(gè)預(yù)制的鞍座完工后,整體預(yù)拼起來(lái),檢測(cè)整個(gè)鞍座面板弧度≤8 mm。

      4.3 鞍座在分段組裝要求

      1)雙層底建造時(shí),為了保證雙層底開(kāi)檔,舷側(cè)靠合時(shí)應(yīng)向舷側(cè)倒0~5 mm。

      2)為了保證鞍座在分段能完好的組裝,因此雙層底分段在裝焊時(shí),應(yīng)考慮裝配、焊接順序,從而保證雙層底船寬滿足鞍座半寬要求。

      3)待雙層底的電焊、校正結(jié)束,整體水平及鞍座附近水平達(dá)標(biāo)后,將雙層底的船中(C.L)線及安裝線放出,吊裝鞍座。

      4)安裝時(shí)從中向兩側(cè)依次安裝,利用全站儀將鞍座面板中心反拔至內(nèi)底板上,檢查與內(nèi)底中心是否一致,保內(nèi)底中心與鞍座面板中心在同一直線。

      5)鞍座安裝過(guò)程中,時(shí)刻監(jiān)控測(cè)量鞍座面板弧度。

      6)為了方便鞍座吊裝,應(yīng)在內(nèi)底和斜縱壁上,安裝一塊導(dǎo)向板,以便精準(zhǔn)落位。

      7)鞍座全部定位后,施焊時(shí)應(yīng)注意焊接順序及電流電壓。施焊時(shí)先對(duì)接后角接,從中向兩側(cè)依次焊接,如圖3 所示。

      圖3 鞍座焊接順序

      8)由于鞍座腹板與內(nèi)底角接縫較長(zhǎng),施焊時(shí)應(yīng)將腹板正面先焊接兩層,再焊接反面兩層,依次兩側(cè)交替施焊,至到角焊縫全部填滿,這樣便于減少焊接變形,如圖4 所示。

      9)下一個(gè)分段安裝鞍座前,需要參考前一個(gè)分段鞍座安裝的精度數(shù)據(jù),并作為后一個(gè)據(jù)及合攏口斷差情況。

      4.4 合攏階段精度控制要求

      1)雙層底在船臺(tái)合攏定位時(shí),應(yīng)以2 個(gè)鞍座面板中心點(diǎn)為基準(zhǔn)。

      2)雙層底定位時(shí),需要測(cè)量2 個(gè)鞍座面板中心點(diǎn)距離是否滿足液罐底座距離。

      圖4 鞍座腹板交替焊接順序

      3)選取鞍座兩側(cè)距中3000 的檢測(cè)線,測(cè)量?jī)砂白g的檢測(cè)線長(zhǎng)度是否相同。

      4)當(dāng)液罐到廠后,將雙層底鞍座距離反拔至液罐底座,檢查兩者距離是否滿足吊裝要求。

      5 結(jié)語(yǔ)

      隨著液罐成功吊裝鞍座,標(biāo)志著船廠鞍座面板在分段預(yù)裝的方案可行,通過(guò)嚴(yán)格的工藝措施,鞍座精度完全能滿足廠家及技術(shù)要求。通過(guò)對(duì)鞍座精度控制,形成船廠自己的核心技術(shù),為后續(xù)項(xiàng)目的液罐安裝提供有利的技術(shù)保障。

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