藍巨滔+李家林

摘 要：自升式鉆井平臺升降基礎(chǔ)分段的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜且空間緊密，板材厚，全部為全焊透結(jié)構(gòu)，建造難度大。本文利用Solidworks軟件對升降基礎(chǔ)分段的各個零部件進行建模，根據(jù)建造流程策劃對升降基礎(chǔ)分段進行虛擬裝配，并通過制作動畫對建造流程進行仿真分析。根據(jù)仿真結(jié)果對流程進行優(yōu)化，得到最優(yōu)化建造流程，提前預(yù)知建造過程的難點，制定合理施工步驟，確保升降基礎(chǔ)分段的建造質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺；升降基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；Solidworks軟件；建模；建造流程仿真

中圖分類號：U671.4 文獻標識碼：A

Abstract：The structure of gear unit support foundation on the Jack up drilling unit is complex， the inside space is very small， the plates of gear unit support foundation are relatively thick and the well seams are full penetration welded， therefore it is very difficult to complete the structures construction. In this paper， the structures 3D modeling is established with the 3D CAD software olidworks， the virtual assembly for gear unit support foundation block is completed and the animation is made to carry on the simulation analysis of the whole construction process. Through the analysis， the most optimized construction process is obtained to visually describe the whole construction process， guide site construction and to ensure the construction quality of the structure.

Key words： Jack up drilling unit； Structure of Gear Unit Support Foundation； Software Solidworks； Modeling； Construction Process simulation

1 前言

升降基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是自升式鉆井平臺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，是升降裝置和縮緊裝置的載體，為樁腿升降提供導(dǎo)向，起到連接樁腿和主船體的作用。基于它的特殊用途，其板材多為高強度厚板，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形式緊密。升降基礎(chǔ)分段的建造是整個平臺建造的難點和關(guān)鍵，需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點進行建造流程策劃。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間狹小，單純的根據(jù)二維圖紙對建造流程進行策劃難度很大，而且也容易出錯。另外，雖然通過CAD繪圖方法能將二維再轉(zhuǎn)成三維，可以直觀地觀察升降基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點，但由于不能進行仿真，故容易犯同樣的錯誤。

本文以R-550D自升式鉆井平臺的升降基礎(chǔ)為載體，采用簡單便捷的三維建模方法對升降基礎(chǔ)分段的各個零部件進行建模，利用其仿真功能校驗初步策劃的建造流程，對可行的流程進行優(yōu)化，從而確定最優(yōu)化的建造流程，通過三維視圖等軸的形式，直觀地描述整個建造流程，指導(dǎo)建造實施。

2 升降基礎(chǔ)分段建模

2.1 仿真要求下solidworks建模的原則

要對升降基礎(chǔ)分段的建造進行仿真，首先需要在Solidworks軟件內(nèi)建立升降基礎(chǔ)分段的模型。在Solidworks軟件內(nèi)，建模對象分為零件與裝配體。零件是最基本的模型單元，裝配體由多個零件組成，單個零件不能單獨移動，單獨移動的操作對象僅為裝配體。升降基礎(chǔ)分段的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件繁多，考慮到仿真的需要，在建立模型時每個零件應(yīng)作為單獨的裝配體進行建模，以實現(xiàn)仿真時的獨立移動。

2.2 升降基礎(chǔ)分段的建模

R-550D自升式鉆井平臺升降基礎(chǔ)分為下基礎(chǔ)分段和上基礎(chǔ)分段，下基礎(chǔ)分段結(jié)構(gòu)形式相對簡單，上基礎(chǔ)分段結(jié)構(gòu)形式緊密且復(fù)雜，仿真的對象重點在于上基礎(chǔ)分段。

在初步策劃升降基礎(chǔ)分段建造流程時，下基礎(chǔ)分段分成下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、下箱形結(jié)構(gòu)、中間導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和上箱型結(jié)構(gòu)四個中組件進行建造；上基礎(chǔ)分段分成鎖緊裝置區(qū)域結(jié)構(gòu)、齒輪箱和上導(dǎo)向結(jié)構(gòu)三個中組件進行建造。根據(jù)以上策劃，在建模時下基礎(chǔ)分段分成四部分建模仿真，上基礎(chǔ)分段分成三部分建模仿真，通過Solidworks軟件建立的下基礎(chǔ)分段和上基礎(chǔ)分段如圖1、圖2所示。

對狹窄區(qū)域的結(jié)構(gòu)，需要開設(shè)作業(yè)工藝孔以滿足施工的要求，因此工藝孔的位置也應(yīng)在建模的過程中體現(xiàn)在模型內(nèi)，以檢查工藝孔的設(shè)置是否合理。

對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的上基礎(chǔ)分段，各中組件的模型如圖3、圖4、圖5所示。

3 建造流程仿真

3.1 Solidworks仿真的原理

在Solidworks軟件中，對于已建立的模型可以通過設(shè)置爆炸視圖和建立運動算例來實現(xiàn)仿真。通過爆炸視圖的功能，按照策劃的建造流程的各個步驟，逐步反推每個裝配體（即各個零件）的發(fā)散順序，合理設(shè)置每個裝配體的移動距離，使整個模型發(fā)散變成由裝配體組成的狀態(tài)，然后通過運動算例，使各個裝配體按照設(shè)想的順序逐一組裝在一起，從而實現(xiàn)仿真，檢查建造流程中各個組裝步驟的正確與否進而優(yōu)化。

3.2下基礎(chǔ)的仿真endprint

在下基礎(chǔ)分段內(nèi)，較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和中間導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，其空間狹小且完工后密閉，需要對建造流程進行模擬仿真。

對于下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，在組件建造過程中是單面開口的箱型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部被5檔豎隔板分隔，考慮到該結(jié)構(gòu)在安裝到平臺上后會形成密閉空間，對于該結(jié)構(gòu)的建造流程仿真，主要是考慮建造流程是否對焊接順序、施工空間、建造精度及方便性有利?；谝陨弦?，在4檔豎隔板上設(shè)置工藝孔，先安裝豎隔板于水平封板上，然后安裝四周的圍壁板。

對于中間導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，是全封閉的箱型結(jié)構(gòu)，相對于下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，在部件建造階段增加了一塊水平封板，其建造流程與下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)差別不大。

3.3 上基礎(chǔ)的仿真

上基礎(chǔ)分段的三個中組件均為復(fù)雜緊密結(jié)構(gòu)，對施工順序有嚴密的要求，需要通過仿真動畫對建造流程的每一步進行反復(fù)的論證，找出可能導(dǎo)致無法施工的位置，通過優(yōu)化調(diào)整確定適合現(xiàn)場施工的建造流程。

齒輪箱結(jié)構(gòu)是整個升降基礎(chǔ)最復(fù)雜的部分，與其他位置的結(jié)構(gòu)不同，齒輪箱結(jié)構(gòu)在相同的高度空間內(nèi)分成了兩層空間，后壁板與中壁板之間形成了一個高度僅為431 mm的全密閉空間，而且該空間內(nèi)存在大量的焊接工作，如果建造順序不合理會產(chǎn)生大量無法焊接的位置，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)的強度無法滿足要求，故而齒輪箱結(jié)構(gòu)的建造流程仿真過程是：將齒輪箱結(jié)構(gòu)合理的分解成各個裝配體，必要時可增加結(jié)構(gòu)焊縫，以優(yōu)先滿足該狹小密閉空間的焊接要求。初步確定以齒輪箱后壁板為基面，先確定加強筋、方套、肘板等易于焊接的其他裝配體的發(fā)散順序，再按照可焊接的順序，依次調(diào)整后壁板與中壁板之間的各個結(jié)構(gòu)的發(fā)散順序，然后通過算例進行動畫組合，找出不合理的順序再進行調(diào)整優(yōu)化，如此反復(fù)，得出最合理的建造流程，以保證完成該狹小密閉空間內(nèi)的焊接工作。

鎖緊裝置區(qū)域結(jié)構(gòu)，在安裝鎖緊裝置位置處的跨度尺寸較大，容易產(chǎn)生各種變形，在與齒輪箱結(jié)構(gòu)相接處位置也存在狹小空間，不利于焊接施工，對建造流程的要求主要是便于精度控制，滿足狹小空間施工?；谝陨弦?，在該結(jié)構(gòu)的建造流程仿真中重點對鎖緊裝置安裝位置的結(jié)構(gòu)及狹小空間的結(jié)構(gòu)處的建造流程進行檢驗，以后壁板為基面，先確定狹小空間處封板的裝配順序，再確定前壁板及左右壁板的裝配順序，最后確定各水平橫檔結(jié)構(gòu)的裝配順序。

對于上導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，在組件建造過程中也是單面開口的箱型結(jié)構(gòu)，與齒輪箱大組立后也會形成密閉空間，其建造流程與下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)差別不大。

根據(jù)仿真分析的結(jié)果，相應(yīng)調(diào)整需要優(yōu)化的步驟，形成最優(yōu)化的建造流程，然后根據(jù)建造流程逐步制定相應(yīng)的建造工藝，通過三維視圖直觀地表達每一個建造步驟，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。在實際施工過程中，仿真分析得出的建造流程為現(xiàn)場施工提供了指引，保障了升降基礎(chǔ)分段建造的順利開展。圖6為上基礎(chǔ)分段結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

通過仿真分析了升降基礎(chǔ)分段建造流程中每個步驟的正確性，制定合理的施工步驟，有效解決狹小空間內(nèi)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝配與焊接問題，從而為升降基礎(chǔ)分段的建造實施提供了有效保障。仿真分析可以有效解決船舶及海工產(chǎn)品建造過程中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建造流程問題，在自升式鉆井平臺的生產(chǎn)中已經(jīng)得到應(yīng)用，在以后的工作中我們將在原有成果的基礎(chǔ)上繼續(xù)完善改進。endprint