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        減搖鰭精度安裝工藝的分析與應用

        2012-01-22 11:21:16,,
        船海工程 2012年2期
        關鍵詞:流線中心線夾角

        ,,

        (蕪湖新聯(lián)造船有限公司,安徽 蕪湖 241000)

        減搖鰭作為一種主動式減搖裝置[1]應用非常廣泛。該設備多安裝于船舯的前、后,船體線型變化大,因此對鰭軸線、流線角的定位精度要求很高,若減搖鰭的定位、安裝稍有偏差,不但會降低鰭的效率和壽命,甚至會導致鰭轉動時與船殼板相碰,引發(fā)事故,因此,必須保證減搖鰭的安裝精度,方能使其正常發(fā)揮作用。本文介紹了如何通過將二維坐標系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù),轉化為三維空間中的數(shù)據(jù),并利用全站儀測量定位[2]來實現(xiàn)設備的精度安裝。

        1 設計輸入

        1.1 減搖鰭定位參數(shù)

        1)前減搖鰭(123號肋位)。鰭軸線與船體外殼板外緣的交點B距基線 1 750 mm,鰭軸線在中總剖面的投影與水平線的夾角(即流線角)5.2°,鰭軸線在基線面的投影與肋位線的夾角11.3°,鰭軸線在中站面的投影與水平線的夾角47.9°。

        2)后減搖鰭(55號肋位)。鰭軸線與船體外殼板外緣的交點A距基線1 750 mm,鰭軸線在中總剖面的投影與水平線的夾角(即流線角)4.3°,鰭軸線在基線面的投影與肋位線的夾角11.5°,鰭軸線在中站面的投影與水平線的夾角52.7°。

        減搖鰭定位參數(shù)見圖1。

        1.2 配合公差參數(shù)

        鰭座面板與鰭軸線的垂直度0.05mm,鰭根部與船殼板間隙50 mm。

        圖1 減搖鰭定位參數(shù)

        2 所需技術參數(shù)的求解(設計輸出)

        2.1 求解鰭軸線空間夾角

        以右舷后鰭軸系求解為例,根據(jù)減搖鰭軸線在俯視圖和肋位面視圖的投影關系,建立三維模型,見圖2。

        圖2 后鰭軸線三維模型

        圖2中,A為鰭軸中心線與船殼板的交點,以A點為原點,X軸方向為船艏方向,建立坐標系X-Y-Z,將坐標系繞X軸順時針旋轉52.7°,得坐標系X1-Y1-Z1,然后,將坐標系X1-Y1-Z1繞Z1軸順時針旋轉α,得坐標系X′-Y′-Z′,則Y′軸即為鰭軸中心線,在此中心線上取線段AC,AC在中站面的投影為AD,AC在基線面的投影為A′C′,CD在基線面的投影為C′D′。

        將△A′C′D′平移至線段CD上,建立軸線角求解的幾何模型,見圖3。

        圖3 后鰭軸線幾何模型

        其中,△BCD為平行于基線面的水平面,△ABD為平行于中站面的豎直面,面BCD與面ACD的夾角為52.7°,直線AC為鰭軸線,∠C′A′D′即為所求夾角∠CAD(設為α)的投影角度。

        在△ABD中,∠ABD=90°,∠ADB=52.7°,可求得

        在△BCD中,∠BDC=90°,∠CBD=11.5°,可求得

        在△ACD中,∠ADC=90°,可知

        tan11.5°×cos 52.7°=0.123 29

        故:σ=arctan0.114 36=7.03°

        用同樣的方法可求得前鰭軸線夾角為7.63°。

        2.2 求解空間流線角

        以左舷后鰭流線角求解為例,根據(jù)減搖鰭軸線和流線在三視圖的投影關系,建立三維模型,見圖4。其中,O為鰭軸中心線與船殼板的交點,以O點為原點,X軸方向為船艏方向,建立坐標系X-Y-Z,將坐標系繞X軸順時針旋轉52.7°,得坐標系X1-Y1-Z1,然后,將坐標系X1-Y1-Z1繞Z1軸順時針旋轉7.03°,得坐標系X′-Y′-Z′,則Y′軸即為鰭軸中心線(根據(jù)2.1求得)。在此中心線上取線段OB,OB在中站面的投影為OH,OB在基線面的投影為O′B″,OH在基線面的投影為O′G。

        圖4 后鰭流線角三維模型

        可知:∠BOH=7.03°,∠B″O′G=11.5°。

        過B點做垂直于Y′軸的面ABD,在面ABD上做平行于基線面的線段AB,AB在中縱剖面上的投影為A′B′,然后在面ABD上,將AB繞A點逆時針旋轉α,得直線AD,AD在中縱剖面上的投影為A′D′,令∠B′A′D′=4.3°,則∠BAD=α即為所求流線角。

        將△A′B′D′平移至A點,建立流線角求解的幾何模型,見圖5。

        圖5 后鰭流線角幾何模型

        其中,面ACE為平行于中縱剖面的豎直面,面ABC為平行基線面的水平面,面BCED為平行于中站面的豎直面,做輔助線DF,令DF∥CE,∠CAE即為所求夾角∠BAD(設為α)在中縱剖面上的投影角度。

        在△ACE中,∠CAE=4.3°,∠ACE=90°,可求得

        ∠AEC=∠ACE-∠CAE=85.7°

        在△ADE中,∠AED=90°,可求得

        △ABC中,∠ACB=90°,∠BAC=∠B″O′G=11.5°,可求得

        根據(jù)投影定理[3]可知

        S□BCED=S△ABD×cosβ+S△ADE×cosδ。

        β為面ABD與面BCED的夾角,從鰭座平面旋轉的關系可知β=90°-7.03°=82.97°;δ為面ADE與面BCED的夾角,δ=∠AEC=85.7。將β、δ帶入上式,可求得x=0.104 5。

        用同樣的方法可求得前流線角為7.65°。

        2.3 鰭軸線偏差及鏜孔余量的確定

        設A點為鰭軸線上距船殼板距離為50 mm的點,AD為鰭軸線,AB為鰭根部鰭軸線距隨邊的距離,建立幾何模型見圖6。

        圖6 軸線偏差幾何模型

        故α=arccos0.999 85=1.05°,即鰭軸線的極限偏差為1.05°。

        3 減搖鰭的定位與安裝

        減搖鰭的定位與安裝以右舷后減搖鰭為例。

        3.1 用全站儀確定鰭軸中心線

        1)在右舷后鰭座安裝分段的船殼板外緣劃出#55、#56理論肋位線,距離基線為1 750 mm的水平線。

        2)同時劃出1 750 mm水平線與#55肋位線交點A。

        3)按確定的A點在船體外板上劃出直徑1 004 mm開孔圓和直徑1 104 mm檢驗圓。

        4)作出過A點距中與船體中心平行的直線S1并勘劃在船臺上。

        5)通過全站儀兩點建立船體坐標(坐標原點為軸線與外板交點A,X軸方向為S1方向)。

        6)坐標變換首先繞著X軸順時針旋轉52.7°,再繞Z軸順時針旋轉7.03°(7.03°為2.1中所求得的鰭軸空間夾角)。

        7)通過不斷測量選擇坐標系統(tǒng)中坐標為(0,-Y,0)值的一個合適點A′。

        8)將點A與點A′連接則為減搖鰭的空間軸線。

        3.2 鰭座的定位

        將鰭座吊入船體艙內就位,并重拉鰭軸中心線,以此中心線進行左、右、前、后、高、低調整至安裝要求,此時應確保鰭座面板的中心十字線水平,然后鰭座繞軸線向上轉動6.98°(6.98°為空間流線角),點焊固定后進行鰭座的焊接。

        3.3 鰭設備的安裝

        按常規(guī)要求安裝執(zhí)行機構、鰭、液壓機組、操縱箱、控制器等并進行調試。

        4 結論

        1)鰭軸線空間夾角和空間流線角的求解是至關重要的工作,必須確保準確,因為此處的偏差投影后會被放大,直接影響定位精度。

        2)如船廠未采用精益造船模式[4],則應考慮船體外板在減搖鰭安裝位置處的變形,如變形超出許可范圍,應在確定技術參數(shù)時給出補償。

        3)如果船臺為傾斜船臺[5],在使用全站儀時應首先輸入船臺傾斜角度。

        由于將二維參數(shù)轉化為了實際操作過程中所需要的三維參數(shù),使減搖鰭的安裝有了理論數(shù)據(jù)的支撐,而全站儀的引入,使得這各參數(shù)的實際定位精度得以保證,從而確保了減搖鰭裝置的安裝精度,該項新工藝已成功應用在公司承制的某型船減搖鰭的安裝上,實船安裝精度高于廠商提供的設備安裝精度要求,效果非常理想。

        [1] 廖銘聲.減搖鰭的水動力學設計基礎[J].機電設備,1997(4)17.

        [2] 何保喜.全站儀測量技術[M].鄭州:黃河水利出版社,2005.

        [3] 丘維聲.解析幾何[M]. 北京:北京大學出版社,2005.

        [4] 張明華.精益造船模式的研究[M].北京:中國經(jīng)濟出版社,2005.

        [5] 李林忠.船舶建造工藝學[M]. 哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2006.

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