襟翼舵吊装及安装工艺研究

襟翼舵吊装及安装工艺研究作者：蔡益晏波徐利耿张英侨
来源：《广东造船》2024年第03期
摘要：襟翼舵是船舵中的一种，是保障船舶操纵性的关键系统设备，其结构尺寸较大，对中精度要求高，因安装位置等原因，吊装难度大。

本文设计制作了一种襟翼舵的吊装工装，研究了襟翼舵的吊装安装方法，通过设置吊梁的方式解决吊装位置受限的问题，蜗轮蜗杆箱实现襟翼舵位置及姿态的调整，安全便捷地实现了襟翼舵的吊装安装，降低了劳动强度，提高了工作效率。

关键词：襟翼舵；吊装对中工装；吊梁；蜗轮蜗杆箱；关节轴承
中图分类号：U664.36 文献标识码：A
Research on Lifting and Installation Technology of Flap Rudder
CAI Yi， YAN Bo， XU Ligeng， ZHANG Yingqiao
（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited， Guangzhou 510715 ）
Abstract： The flap rudder is one type of the marine rudders， which is the key system equipment to ensure the ship operation. The flap rudder used in a hovercraft has large structure size，high alignment accuracy， and its installation position is limited. It is difficult to lift and install the
rudder accurately. This paper designs and manufactures a kind of lifting tooling for the flap rudder，studies the lifting and installation method of the flap rudder. The lifting beam is set to avoid the limitation of lifting position. The worm gear box can adjust position of flap rudder. The lifting and installation of flap rudder can be carried out safely and conveniently. These processes reduce labor intensity and improve work efficiency.
Key words： flap rudder; lifting and alignment tools; lifting beam; worm gear box; spherical plain bearing
1 引言
加强先进工艺技术的融入和应用，研制专用设备工装对造船作业的节能环保、安全高效具有重要的意义，也是企业降本增效、提高效益的可行途径之一。

工装在生产制造过程中起配合及辅助作用，能够保证产品质量、提高劳动效率同时保障生产安全。

以襟翼舵的吊装安装为例，襟翼舵是某特种船舶航行中保持和改变航向的主要工具。

它仿效飞机的襟翼，在普通主舵葉后缘装一个称为襟翼的副舵叶，当主舵叶转动一个角度时，副舵叶绕主舵叶的后缘转出一个更大的角（称襟角），产生更大的流体动力。

襟翼舵有助于这种特种船舶获得较大的转船力矩，从而提高舵效或减小舵杆扭矩，减少油耗。

襟翼舵是保障特种船操纵性的关键系统设备，准确合理的吊装安装决定了舵的运行可靠性和使用寿命。

安装不当的话，轻则加剧舵系部件的磨损，增加使用和维修成本；重则导致舵系设备损毁，影响特种船的使用。

对襟翼舵的吊装安装过程进行分析研究并研制相应工装，对提高特种船建造质量具有重要意义。

2 吊装安装过程分析
2.1 襟翼舵的吊装
襟翼舵主要由主舵叶、副舵叶（即襟翼舵叶）、舵轴、舵杆、舵承等组成，由于其线型复杂、玻璃钢复合材质等原因，这个舵体的结构尺寸较大且呈扁平状、板壁较薄，由于材质为玻璃钢复合材而不适合焊接吊装吊马，这就导致了在其本体上没有吊装吊码等受力吊点，且其重心偏置，原采用的吊装时采取的绑扎、捆绑等传统方法，存在舵叶体侧翻倾覆安全稳患，绑固难度大、吊点中心无法有效保证，常常要多次反复调整绑扎位置、多次试吊，导致效率低下，且由于襟翼舵的线型等原因有绑扎不牢固的可能，这影响了吊装绑固可靠，且吊装位置重心和中心的调整难度大。

因此设计一款结合吊装、安装作业的工装，不仅可进行襟翼舵的吊装作业，同时可进行襟翼舵的对中定位的安装作业，提升工装的可用性、高效性，避免了吊装、对中安装更换工装，节约了时间，提升了作业效率、降低了成本。

2.2 襟翼舵的安装
受襟翼舵线型及结构的影响，安装时襟翼舵的主舵轴线与水平面之间的夹角约70°，外廓尺寸接近2.3m×0.7 m×4.0 m（长×宽×高），重量约0.8 t。

襟翼舵需要在地面完成组装固定，再
由吊机吊至船舶甲板面上进行对中安装。

对中过程中舵体进行前后、左右、高低以及倾角的位置调整。

对中合格后，施工作业人员对襟翼舵进行安装固定。

襟翼舵由主舵、襟翼舵、舵轴、舵杆、舵承等组成，襟翼舵上下两端设置舵叶的传动机构，由摇臂、拉杆组成。

摇臂的一端通过螺栓与襟翼舵的两端连接，一端与拉杆连接，拉杆的另一端与船体基座连接。

电动液压舵机通过曲柄连杆机构驱动主舵叶时，襟翼舵叶被转动。

襟翼舵的主要安装要求为：
1）主舵叶与上层发动机舱室的间隙为200+10 mm；
2）主舵叶与前面推进桨叶安装基座结构的圆弧表面之间的间隙为150+5 mm；
3）舵叶中心线与推进桨叶中心线在同一平面上，公差不大于±2 mm；
4）主舵叶下端面距离甲板面的最小处为120 mm。

结合襟翼舵的自身特点以及现场施工环境，其安装主要存在以下困难：
1）舵体结构尺寸较大且呈扁平状，对中定位以及安装位置调整难度大；
2）襟翼舵的安装位置前面为推进桨叶船体结构基座，顶部为发动机舱室，对中调整及安装空间受到限制；
3）采用传统的对中方式即在舱顶上烧焊吊马并利用手拉葫芦调整的对中方式，施工空间不足且对中调整的风险很大；舵施工工序多，需要多次对中和移开舵进行对中调整、钻孔等作业，劳动强度大，同时还有安装精度的要求。

综合以上施工难点，课题组分析研究后，设计制作的安装工装具有吊运架功能、对中安装时的位置调整功能以及对中合格后的平台施工功能：
1）舵叶体的吊装固定功能。

工装考虑采用刚性结构对襟翼舵进行吊装固定，要求能保证舵叶体在吊装安装过程中的安全平稳。

为防止舵叶体侧翻倾覆，襟翼舵的前后、左右方向需要加以约束。

襟翼舵侧表面呈流线型，左右固定应该根据表面弧度来调节。

舵叶体的前后固定可采用花篮螺栓等可调机构进行拉紧；
2）舵叶体对中安装时的位置调整功能。

舵叶体对中安装时需要进行前后、左右、高低以及倾角的调整，结合以往的机械设计经验，这种直线平移运动可以通过蜗轮蜗杆的伸缩运动来实现。

倾角的调整则通过底部四角的4个蜗轮蜗杆，异步顶升来实现；
3）舵叶对中合格后钻孔、固定等施工工作。

襟翼舵安装位前面为推进桨安装的船体结构基座，顶部为发动机舱室，施工作业平台只能设置在舵叶体的两侧及后侧，并需要预留足够的施工作业空间。

整体工装框架的尺寸较大，与船体的分总段吊装类似，适宜借助吊马、卸扣的方式进行吊运。

襟翼舵的吊装落座受到顶部发动机舱室宽度和高度的限制，常规的单机吊装方式可能使索具与发动机舱室之间发生碰撞。

襟翼舵的吊装方法要求能避开发动机舱室宽度和高度的限制，实现受限空间内的设备吊装。

工装设计应该在保证施工安全的前提下，尽可能地降低工人的施工难度，保障襟翼舵的安装质量，并兼顾可靠性、经济性以及环境保护的要求，综合评价考虑。

3 工艺解决方案
3.1 工装整体方案
根据襟翼舵的吊装和安装过程以及实际存在的困难，最终决策选定的吊装工装和吊装对中安装方法简述如下。

工装采用外框架形式，主要由吊架、底部框架、水平调整平台、固定夹紧装置、调整装置以及施工作业平台组成，工装整体形式及其他附属结构如图1所示。

1）吊架呈“U”形结构设置在襟翼舵的两侧及后侧，底部焊接有平板（图中未表示出），吊装时平板托举着底部框架及其上的襟翼舵一起吊升，将襟翼舵及整体工装从地面吊至船舶甲板面。

2）吊架的上层矩形钢管处搭焊A型吊马，吊机索具与吊马相连，中间设置吊梁，吊装时吊梁从发动机舱室上方跨过从而避开发动机舱室宽度和高度的限制，将襟翼舵平稳吊装到推进桨安装船体结构基座后面的安装位置。

3）底部框架用于承载除吊架、施工作业平台以外所有结构的重量。

框架的四角设置手动蜗轮蜗杆升降装置，四个升降杆可以同时或独立伸缩，实现襟翼舵整体上下以及前后、左右的俯仰调整。

底部框架上设置水平调整平台，水平调整平台与2个独立运动的蜗轮蜗杆装置连接，手动调节蜗轮，蜗杆伸缩推拉水平调整平台从而实现襟翼舵左右、前后的水平调整。

襟翼舵的左右、前后、高低以及倾角的调整都可以通过相应位置的蜗轮蜗杆装置来完成。

4）框架四角的蜗轮蜗杆装置通过撑脚而接地，两者之间用关节轴承连接；底部框架和水平调整平台之间通过降低表面粗糙度、加润滑剂的方式减小滑动摩擦，保证水平调整平台能在底部框架上相对滑动。

5）固定夹紧装置由三部分组成：2个固定架左右对称地安装在水平调整平台上，用于承载夹紧装置；6组手转轮用于左右夹紧襟翼舵；2个前部带万向轴的花篮螺栓，手动调节花篮螺栓的伸缩行程及万向轴的角度，可拉紧舵叶前部。

底部框架、水平调整平台以及固定夹紧装置、调整装置的三维模型如图2所示。

6）施工作业平台设置在襟翼舵的两侧及后侧，吊架保证有足够的强度和刚度，以降低施工人员对舵叶对中的影响。

平台距甲板面高度2000 mm，宽度500 mm，并设有安全围栏和上落梯，上落梯采用可拆式连接。

7）承载、夹持襟翼舵的接触位置都设有垫块，端部设有安全软胶垫，以避免损伤舵叶。

3.2 工装主要技术参数
襟翼舵装船要素：尺寸约为2.3 m×0.7 m×4.0 m（长×宽×高），重量约0.8 t，安装时主舵轴线与水平面夹角约70°。

设计制作的襟翼舵吊裝及对中安装工装整体尺寸为3438 mm×2750 mm×2816 mm，其调整行程及精度分别为：
1）前后调整行程：-500 mm至+100 mm（即对位完成后，舵叶可再向后平移400 mm）；
2）左右调整行程：±100 mm；
3）高低调整行程：±75 mm；
4）调整精度：0.5 mm。

工装主体（吊架、底部框架以及焊接吊马等）采用Q235普通碳素结构钢制成，屈服强度235 MPa（板厚≤16 mm）。

结构之间主要采用焊接形式连接，框体跨度较大的部位和转角处都设置斜撑或肘板，以增强结构的整体强度。

工装承重的易发生断裂处集中在焊接吊马上，故不单独对吊架进行强度校核。

襟翼舵由主舵、襟翼舵、舵轴、舵杆、舵承等组成，襟翼舵上下两端设置舵叶的传动机构，由摇臂、拉杆组成。

摇臂的一端通过螺栓与襟翼舵的两端连接，一端与拉杆连接，拉杆的另一端与船体基座连接。

电动液压舵机通过曲柄连杆机构驱动主舵叶时，襟翼舵叶被转动。

襟翼舵的主要安装要求为：
1）主舵叶与上层发动机舱室的间隙为200+10 mm；
2）主舵叶与前面推进桨叶安装基座结构的圆弧表面之间的间隙为150+5 mm；
3）舵叶中心线与推进桨叶中心线在同一平面上，公差不大于±2 mm；
4）主舵叶下端面距离甲板面的最小处为120 mm。

结合襟翼舵的自身特点以及现场施工环境，其安装主要存在以下困难：
1）舵体结构尺寸较大且呈扁平状，对中定位以及安装位置调整难度大；
2）襟翼舵的安装位置前面为推进桨叶船体结构基座，顶部为发动机舱室，对中调整及安装空间受到限制；
3）采用传统的对中方式即在舱顶上烧焊吊马并利用手拉葫芦调整的对中方式，施工空间不足且对中调整的风险很大；舵施工工序多，需要多次对中和移开舵进行对中调整、钻孔等作业，劳动强度大，同时还有安装精度的要求。

综合以上施工难点，课题组分析研究后，设计制作的安装工装具有吊运架功能、对中安装时的位置调整功能以及对中合格后的平台施工功能：
1）舵叶体的吊装固定功能。

工装考虑采用刚性结构对襟翼舵进行吊装固定，要求能保证舵叶体在吊装安装过程中的安全平稳。

为防止舵叶体侧翻倾覆，襟翼舵的前后、左右方向需要加以约束。

襟翼舵侧表面呈流线型，左右固定应该根据表面弧度来调节。

舵叶体的前后固定可采用花篮螺栓等可调机构进行拉紧；
2）舵叶体对中安装时的位置调整功能。

舵叶体对中安装时需要进行前后、左右、高低以及倾角的调整，结合以往的机械设计经验，这种直线平移运动可以通过蜗轮蜗杆的伸缩运动来实现。

倾角的调整则通过底部四角的4个蜗轮蜗杆，异步顶升来实现；
3）舵叶对中合格后钻孔、固定等施工工作。

襟翼舵安装位前面为推进桨安装的船体结构基座，顶部为发动机舱室，施工作业平台只能设置在舵叶体的两侧及后侧，并需要预留足够的施工作业空间。

整体工装框架的尺寸较大，与船体的分总段吊装类似，适宜借助吊马、卸扣的方式进行吊运。

襟翼舵的吊装落座受到顶部发动机舱室宽度和高度的限制，常规的单机吊装方式可能使索具与发动机舱室之间发生碰撞。

襟翼舵的吊装方法要求能避开发动机舱室宽度和高度的限制，实现受限空间内的设备吊装。

工装设计应该在保证施工安全的前提下，尽可能地降低工人的施工难度，保障襟翼舵的安装质量，并兼顾可靠性、经济性以及环境保护的要求，综合评价考虑。

3 工艺解决方案
3.1 工装整体方案
根据襟翼舵的吊装和安装过程以及实際存在的困难，最终决策选定的吊装工装和吊装对中安装方法简述如下。

工装采用外框架形式，主要由吊架、底部框架、水平调整平台、固定夹紧装置、调整装置以及施工作业平台组成，工装整体形式及其他附属结构如图1所示。

1）吊架呈“U”形结构设置在襟翼舵的两侧及后侧，底部焊接有平板（图中未表示出），吊装时平板托举着底部框架及其上的襟翼舵一起吊升，将襟翼舵及整体工装从地面吊至船舶甲板面。

2）吊架的上层矩形钢管处搭焊A型吊马，吊机索具与吊马相连，中间设置吊梁，吊装时吊梁从发动机舱室上方跨过从而避开发动机舱室宽度和高度的限制，将襟翼舵平稳吊装到推进桨安装船体结构基座后面的安装位置。

3）底部框架用于承载除吊架、施工作业平台以外所有结构的重量。

框架的四角设置手动蜗轮蜗杆升降装置，四个升降杆可以同时或独立伸缩，实现襟翼舵整体上下以及前后、左右的俯仰调整。

底部框架上设置水平调整平台，水平调整平台与2个独立运动的蜗轮蜗杆装置连接，手动调节蜗轮，蜗杆伸缩推拉水平调整平台从而实现襟翼舵左右、前后的水平调整。

襟翼舵的左右、前后、高低以及倾角的调整都可以通过相应位置的蜗轮蜗杆装置来完成。

4）框架四角的蜗轮蜗杆装置通过撑脚而接地，两者之间用关节轴承连接；底部框架和水平调整平台之间通过降低表面粗糙度、加润滑剂的方式减小滑动摩擦，保证水平调整平台能在底部框架上相对滑动。

5）固定夹紧装置由三部分组成：2个固定架左右对称地安装在水平调整平台上，用于承载夹紧装置；6组手转轮用于左右夹紧襟翼舵；2个前部带万向轴的花篮螺栓，手动调节花篮螺栓的伸缩行程及万向轴的角度，可拉紧舵叶前部。

底部框架、水平调整平台以及固定夹紧装置、调整装置的三维模型如图2所示。

6）施工作业平台设置在襟翼舵的两侧及后侧，吊架保证有足够的强度和刚度，以降低施工人员对舵叶对中的影响。

平台距甲板面高度2000 mm，宽度500 mm，并设有安全围栏和上落梯，上落梯采用可拆式连接。

7）承载、夹持襟翼舵的接触位置都设有垫块，端部设有安全软胶垫，以避免损伤舵叶。

3.2 工装主要技术参数
襟翼舵装船要素：尺寸约为2.3 m×0.7 m×4.0 m（长×宽×高），重量约0.8 t，安装时主舵轴线与水平面夹角约70°。

设计制作的襟翼舵吊装及对中安装工装整体尺寸为3438 mm×2750 mm×2816 mm，其调整行程及精度分别为：
1）前后调整行程：-500 mm至+100 mm（即对位完成后，舵叶可再向后平移400 mm）；
2）左右调整行程：±100 mm；
3）高低调整行程：±75 mm；
4）调整精度：0.5 mm。

工装主体（吊架、底部框架以及焊接吊马等）采用Q235普通碳素结构钢制成，屈服强度235 MPa（板厚≤16 mm）。

结构之间主要采用焊接形式连接，框体跨度较大的部位和转角处都设置斜撑或肘板，以增强结构的整体强度。

工装承重的易发生断裂处集中在焊接吊马上，故不单独对吊架进行强度校核。