船用起重机制造技术探讨

瞿 音，杨龙霞，邓 梅，张晓群，陈 琳

（1.南京中船绿洲机器有限公司，南京 210039；2.上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

船用起重机是在海上环境中执行运输作业的一种特殊起重机，主要用于船-岸和船-船间货物的运输转移、海上补给、水下作业设备的投放与回收等重要任务，是船舶装置的重要组成。船用起重机一般由承载结构、机构（起升、变幅、旋转、行走等）、驱动及控制等部分组成。现在船用起重机在各类船舶上已得到越来越广泛的应用。不同类型船舶对船用起重机的功能、结构等要求存在较大差异。

国际规范方面，国际海事组织（IMO）、国际劳工组织（ILO）等国际组织对船用起重机的功能要求和安全操作等都发布有不同规范。国际船级社协会（IACS）及各主要船级社（LR、DNV GL、ABS、CCS、RINA、BV、NK、KR等）也制定了船用起重设备规范，如CCS在《船舶与海上设施起重设备规范（2007）》[1]中对船用起重机的设计和制造提出了严格的规范和要求。国际标准化组织（ISO）对船用起重机制造技术也非常重视，船舶与海洋技术委员会/舾装与甲板分技术委员会（ISO/TC8/SC4）已组织研制了船用起重机系列国际标准，对船用起重机设计制造和使用等进行规范和标准化。目前已制定发布了ISO 16855:2013《船舶与海洋技术 船用起重设备可拆卸零部件 一般技术要求》及 ISO 19354:2016《船舶与海洋技术 船用起重机 一般要求》[2-4]等近10项国际标准。

上述ISO 19354:2016系列船用起重机国际标准规定了船用起重机的一般要求、结构要求和试验规范和要求等，对船级社相关规范形成补充，有效促进了船用起重机的研发和制造的规范化和标准化。现有的规范和标准大多强调船用起重机安全性要求，且多为总体要求，而船用起重机种类繁多，作业工况恶劣，组成结构复杂，其组成构件和制造技术决定了船用起重机的优劣，因此，对船用起重机组件及制造开展技术研究及分析必不可少。

1 船用起重机组成构件

船用起重机目前在散货船、集装箱船、油船、多用途船等都有应用。如散货船及集装箱船的货物吊机，油船的软管吊，多用途船的甲板起重机等。相对于一般陆用起重机，船用起重机由于安装在非稳定的船舶上，作业时船舶会出现倾斜、摇摆等运动，且工作环境恶劣多变，需经受海风、海水等的侵蚀；不工作时也需承受船舶航行时的风雪、波浪、摇摆、垂荡、冲击等外力作用。船用起重机结构形式多样，如臂架回转式、行走式、钢丝绳变幅式、油缸变幅式、伸缩臂式、折臂式、A型架式、复合式等；驱动方法各异，有电动、电-液驱动、电-气驱动、汽（柴）油机驱动、人力驱动等。典型的安装在散货船上用于货物装卸的电-液船用起重机组件构成见图1，其主要组成部件见表1。

图1 船用起重机组件构成图

表2 船用起重机主要组成部件一览表

这种船用起重机的承载结构基柱、塔身、臂架等为金属钢板的焊接结构件。其中基柱下部焊接在船体结构上，承受起重机的重力载荷，基柱上部安装回转支撑；塔身是起重机的支撑结构，下部与回转支撑连接，并与臂架铰接，上部有滑轮组钢丝绳运动，塔身内部用作机房，司机室位于前方；臂架为相形桁架结构，用于支撑重物。

船用起重机机构有起升机构、变幅机构、旋转机构等执行机构。起升机构是有马达经减速机带动卷筒旋转收放钢丝绳使吊钩上下运动来起吊货物实行起升运动；变幅机构是有马达经减速机带动卷筒旋转收放钢丝绳使臂架绕下铰点上下旋转改变角度让吊钩在不同的幅度实行变幅运动；旋转机构侧是有马达经减速机带动小齿轮与回转支撑的大齿轮啮合使塔身和臂架旋转实行旋转运动；3个机构减速箱都带有常闭式制动器，保证其各运动的正常运行。3个机构的协调作业把载荷吊放到作业范围内需要的位置。

驱动及控制等部分的电气系统有电控箱内的各种控制元件按要求组成控制系统，通过安装在司机室座椅两侧的操作台上的按钮、手柄进行操作控制。液压系统有泵、马达、阀组、管路及其附件组成，来控制和驱动其中几个执行机构运动。

船用起重机还有设有通道、通风装置等辅助装置。

2 船用起重机制造技术分析

船用起重机的制造主要涉及较大型钢结构件焊接技术、机械加工技术、安装及调试技术、防腐技术等方面。

2.1 焊接技术

船用起重机较大型钢结构件有基柱、塔身、臂架、公共平台等。

钢结构件制造的主要材料为高强度船体结构钢（牌号为D36和E36）。按工艺要求及工艺条件，焊接采用二氧化碳气体保护焊和埋弧自动焊等高效焊接方法。焊接材料应符合规范和工艺要求。焊接时注意调节合适的焊接电流和焊接速度，以减小焊接变形，保证焊接质量。基柱、公共平台的厚底板（E36材料，板厚δ≥60 mm）拼接时应用反变形技术控制、抵消焊接变形；基柱、塔身、公共平台冷装焊接时在适当的部位加焊支撑控制焊接变形以及防止在结构件机加中的应力；较长构件臂架焊接后机加不方便，采用分段部件先机加，整体焊接时用特殊设计的工装，控制焊接变形，保证臂架的整体尺寸及形位公差符合要求。

为保证焊接的质量，结构件制造时必须注意下料气割的表面质量，焊缝坡口的间歇和错位，不同厚度板材对接的措施，平行焊缝的错位，机构减零件组装时的长度、角度、直线度、平行度、圆度的误差控制等。

2.2 机械加工技术

船用起重机较大型钢结构件如基柱、塔身、公共平台等的机械加工的重点是回转支撑安装的较大环形平面的平面度及其与安装回转机构减速机配合圆柱体孔的垂直度要求。这里应使用适合的工装夹具，制定符合工艺要求的加工程序，使用加工能力符合要求且有精度保证加工机床。

机械加工时应保证加工质量，注重控制安装面的平面度误差和运动配合面的尺寸误差。必要时配合尺寸误差要做记录。

2.3 装配调试技术

船用起重机起升机构、变幅机构、旋转机构、行走机构等需要起吊重物，做上下和水平直线运动、旋转运动等各种动作，重物起吊涉及的工作环境和条件相对恶劣，安全要求非常高。组成结构和控制系统的零部件既有牢固强壮的承重结构、运动精准的执行机构，也有精密的控制系统。为保证装配、试验要求，根据需要准备适合的装配和调试试验工装，设计适合的装配调试工艺是必须的。

船用起重机的安装应该在光线充足、清洁卫生的场所进行。应该备足符合要求的工具和计量器具；配合面特别是液压系统元件的清洁度要保证符合要求；配合面的安装间歇要有效控制并做好记录，回转支撑等特殊功能零部件安装要注意安装位置；液压、电气系统元器件的安装必须按要求进行。

船用起重机的机械、液压和电气系统调试应按规定的程序和要求进行。系统各参数匹配要符合要求。整机及零部件试验也要按试验大纲进行，要符合规范的要求。

2.4 防腐技术

船用起重机安装在船上，特别是暴露在甲板上的起重机及其表面长时间承受风霜雨雪冰、盐雾、灰尘及浪潮的腐蚀和冲击作用。船用起重机的结构主要是金属结构，大都是用钢板焊接而成，其表面的防锈、防腐保护至关重要。

船用起重机的涂装要求包括服役环境、涂层厚度、涂装前表面处理等级、表面粗糙度、表面灰尘评定等级、涂装时间、施工前环境测试以及船用起重机各零部件表面的油封要求等。

3 结论

船用起重机的研制必须符合ILO、IMO和IACS各船级社的规范以及船用起重机相关国际标准、欧洲标准、国家标准、行业标准等的要求，对船用起重机的制造技术即焊接技术、机械加工技术、装配调试技术和防腐技术等进行分析，可以据此提出船用起重机的制造国际标准，为船用起重机制造提供技术指导，保证产品制造质量。