1 大型船體分段模塊稱重測(cè)試的工程背景
目前, 隨著造船生產(chǎn)工藝開發(fā)的需要, 船體分段模塊功能和復(fù)雜程度越來(lái)越高, 重量也越來(lái)越大, 這些分段模塊往往存在柔度大, 重量分布不均勻以及支承點(diǎn)跨距較大等特點(diǎn), 對(duì)船體建造施工提出了很高的要求, 需要對(duì)重量、重心進(jìn)行嚴(yán)格科學(xué)的控制[1]。但在建造過(guò)程中由于種種原因, 造成分段模塊的重心和重量分布很難控制。分段模塊的安裝設(shè)計(jì)是建造工程的一個(gè)重要組成部分, 分段模塊的重量和重心分布是其安裝的重要控制參數(shù), 準(zhǔn)確的重量和重心位置對(duì)選擇吊車和吊索具起決定性作用。但由于分段模塊制造過(guò)程中焊接材料、局部修改和臨時(shí)結(jié)構(gòu)等因素的影響, 分段模塊的最終重量與設(shè)計(jì)重量往往相差較大, 導(dǎo)致重量控制很困難, 尤其是當(dāng)分段模塊設(shè)計(jì)重量接近于吊車極限重量時(shí), 給吊裝的安全性帶來(lái)嚴(yán)重隱患[2]。
為了保證工程安全實(shí)施, 確保分段模塊的重量小于浮吊的極限載荷, 最大限度的發(fā)揮吊車能力, 很有必要在分段模塊預(yù)制完畢后對(duì)其進(jìn)行稱重, 確定分段模塊的準(zhǔn)確的重量和重心, 從而實(shí)現(xiàn)安全吊裝。因此, 對(duì)分段模塊重量重心測(cè)試即分段模塊稱重系統(tǒng)的研究有著重要的實(shí)踐意義和工程價(jià)值[3]。
2 大型船體分段模塊稱重測(cè)試方法研究
常用的大型分段模塊稱重主要是通過(guò)液壓構(gòu)件, 將大型分段模塊同步平移頂升, 分段模塊全部離開地面穩(wěn)定后, 通過(guò)壓力傳感器測(cè)量管路油壓, 從而實(shí)現(xiàn)重量測(cè)量, 該方法測(cè)量時(shí)間短, 但同時(shí)還需要一套同步頂升系統(tǒng), 操作復(fù)雜, 且精度較低[4,5]。本文將探討采用高精度的大型力傳感器直接進(jìn)行模塊重量測(cè)量的方法, 主要就其稱重原理、方法和程序進(jìn)行研究與探討。
2.1 大型船體分段模塊稱重原理
大型船體分段模塊稱重方法是利用液壓千斤頂將分段模塊頂升脫離支撐工裝來(lái)實(shí)現(xiàn), 稱重點(diǎn)形式見圖1。
圖1 稱重點(diǎn)形式 下載原圖
1-千斤頂, 2-墊板, 3-力傳感器
此時(shí)分段模塊的全部重量由力傳感器來(lái)支撐。準(zhǔn)確測(cè)量各力傳感器的力即可獲得平臺(tái)重量, 再根據(jù)個(gè)力傳感器的坐標(biāo)可獲得分段模塊的重心位置坐標(biāo)á參數(shù)。á
i測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù);n測(cè)試點(diǎn)總數(shù);W分段模塊總重量;Wi測(cè)試點(diǎn)重量;Xi, Yi測(cè)試點(diǎn)坐標(biāo);X, Y分段模塊重心坐標(biāo)
本方法中液壓千斤頂所起的作用只是支撐元件將分段模塊頂升起來(lái), 與其它的測(cè)試系統(tǒng)相比較, 降低了對(duì)液壓系統(tǒng)和千斤頂?shù)囊? 從而減少了設(shè)備造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用, 且具備高精度, 簡(jiǎn)便可靠。要求千斤頂具有以下特點(diǎn): (1) 承載力大; (2) 液壓行程小; (3) 額定油壓高, 體積小, 重量輕, 能自鎖, 又能單獨(dú)調(diào)節(jié)。
力傳感器采用應(yīng)變片式力傳感器, 目前, 力傳感器中電阻應(yīng)變式傳感器占整個(gè)力傳感器的95%以上, 它可以與相應(yīng)的測(cè)量電路及儀表組成測(cè)力和稱重等測(cè)量系統(tǒng)。電阻應(yīng)變片式傳感器是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的一種傳感器[6,7]。它主要有以下幾個(gè)特點(diǎn): (1) 精度高、測(cè)量范圍廣。就力傳感器而言, 量程可達(dá)零至數(shù)百噸, 精度達(dá)0.05%F.S; (2) 使用壽命長(zhǎng), 性能穩(wěn)定可靠; (3) 頻率響應(yīng)等性能較好; (4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、整體性好。
2.2 稱重點(diǎn)位置確定與結(jié)構(gòu)受力分析
由于大型船體模塊柔度大, 重量分布不均勻以及支承點(diǎn)跨距較大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 為了保證稱重過(guò)程中模塊的結(jié)構(gòu)安全, 必須依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件, 通過(guò)有限元建模計(jì)算確定各稱重點(diǎn)位置和數(shù)量, 并對(duì)測(cè)點(diǎn)處模塊局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算, 以確定支撐點(diǎn)強(qiáng)度與加強(qiáng)措施。
2.3 稱重過(guò)程與方法
(1) 在分段模塊下選擇合適的稱重點(diǎn), 并在各稱重點(diǎn)處, 將力傳感器以及千斤頂按圖1所示安放到位。 (2) 將分段模塊建造連接相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)拆除, 保證分段模塊在垂直方向上處于自由狀態(tài)。力傳感器調(diào)零。每個(gè)千斤頂可采用手動(dòng)或電動(dòng)泵獨(dú)立頂升。 (3) 頂升各千斤頂, 使各頂與分段模塊稱重點(diǎn)的工裝完全接觸, 使千斤頂承壓。 (4) 檢查分段模塊狀態(tài), 而后各千斤頂同步頂起, 待分段模塊整體全部脫離支座的狀態(tài)確認(rèn)后, 靜止3分鐘后, 各力傳感器同時(shí)讀數(shù)記錄。 (5) 各千斤頂卸載, 重復(fù)3-4步, 進(jìn)行第二、第三次測(cè)量并讀數(shù)記錄。 (6) 拆除千斤頂和力傳感器, 稱重試驗(yàn)結(jié)束。
3 應(yīng)用實(shí)例
本文中采用上述稱種方法, 首先根據(jù)模塊結(jié)構(gòu)形式, 采用有限元方法對(duì)模塊進(jìn)行了力學(xué)優(yōu)化分析, 確定了稱重點(diǎn)位置與個(gè)數(shù), 并對(duì)相應(yīng)的稱重點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了局部加強(qiáng), 然后制定了詳細(xì)的稱重程序, 現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)稱重程序完成了3組大型船體分段模塊進(jìn)行了稱重試驗(yàn), 具體結(jié)果如下
M92模塊稱重結(jié)果 下載原表
M93模塊稱重結(jié)果 下載原表
從現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)與結(jié)果可以看出:千斤頂壓力控制比較平穩(wěn), 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好, 說(shuō)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理可靠, 測(cè)試數(shù)據(jù)誤差達(dá)到了測(cè)試精度要求0.5%。
4 結(jié)論
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)電機(jī)模塊稱重實(shí)際操作, 結(jié)果證明本稱重系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求, 可以得出以下結(jié)論: (1) 稱重系統(tǒng)通過(guò)調(diào)試應(yīng)用分析, 模塊能平穩(wěn)升降, 系統(tǒng)安全可靠有較好適用性。 (2) 整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成較為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)成本低, 操作簡(jiǎn)單, 無(wú)論從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、操作性均滿足國(guó)內(nèi)各廠家海工模塊稱重需求。 (3) 利用數(shù)據(jù)采集后進(jìn)行計(jì)算能夠得到模塊重量, 且誤差小于0.5%, 符合設(shè)計(jì)要求。 (4) 系統(tǒng)稱重能力可以通過(guò)調(diào)整千斤頂規(guī)格和數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展, 原理相同, 完全能滿足3000噸海工模塊稱重要求。 (5) 此次稱重研究對(duì)于提高模塊吊裝時(shí)安全性、準(zhǔn)確性、降低有害因素、避免模塊吊裝上船超重情況的發(fā)生奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ), 在國(guó)內(nèi)極具推廣價(jià)值。