1、本科毕业论文（20 届）船体分段对中合拢装置设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要在大型的造船、修船企业，一般大型船舶的船体都是分段制造的。在分段制造完成后，再将各个分段拼装焊接成整个船体。由此就需要一套专用的设备来把各分段进行合拢对中，并对分段进行位姿调整，以便进行拼装和焊接。随着现代造船模式的积极推行，分段总组造船法已被越来越多的船厂所掌握，分段总组造船法离不开船体分段，它是船体装配的基本单元。船体分段的合拢，是船壳整体装配工艺阶段的重要工作内容。本课题主要针对船舶模块化建造的需要而设计出一种船体分段或总段合拢时
2、的机械设备下部支撑结构即船台小车的设计，包括油缸、车架、车轮以及轨道设计。在车架设计中，根据船厂的实际情况，确定初步的结构形式及尺寸，用 Solidworks 软件画出三维实体模型，并在软件中作强度校核，并对结构作力学简化、分析，校核结构的强度，对设备中的支撑车轮、轨道、轮轴结构的刚度及强度进行校核，在确保对中合拢作业时，保证整个合拢设备结构和船体分段的安全。关键词：船体分段，合拢设备， 船台小车 Abstract本科生毕业论文IIIn the large-scale shipbuilding，ship repairing enterprises, the hulls of the large
3、 ship are generally manufactured separately. After completion of the block manufacture, then assemble and weld all the sections into a whole hull. Therefore we need a set of special equipment which could fold and align all of the sections and adjust the position and orientation of the sections in or
4、der to facilitate assembling and welding.With the positive implementation of modern shipbuilding mode, subsection group shipbuilding method has been mastered by more and more shipyard. When it comes to the subsection group shipbuilding, we must include the ship blocks, as they are the basic units of
5、 assembly hull. While folding the ship blocks is an important work content.The topic is about designing mechanical equipment on folding the hull according to the requirement of the shipping modular building, that is, lower support structure, namely the slipway car, including designing the frame, oil
6、 cylinder, wheel and the track. In the designing the frame of the slipway car，according to the real situation of the shipyard to determine the initial structure and size. Use the software-Solidworks to draw out the entity model of the frame and also do some strength analyzing with the software. And
7、to simplify the analysis of the mechanical structure, choose the structure calculation and analysis of working conditions. And structural analysis calculations checked, check the device support structural steel wheels and axles, to ensure the closure operations, the closure device structure and the
8、safety of the hull section.Keywords: hull subsection, fold equipment，slipway car目 录本科生毕业论文III第 1 章 绪论 .11.1 国内外研究现状与发展趋势 .11.1.1 船舶建造发展史 .11.1.2 船台上船体分（总）段合拢方式 .21.1.3 论文的目的和意义 .4第 2 章 船体分段合拢简介 .52.1 船体分段合拢概述 .52.2 船体分段合拢设施 .62.2.1 船台 .62.2.2 船坞 .62.3 船体分段合拢设备方案 .72.3.1 分段合拢工艺流程 .72.3.2 有轨式合拢设备设计方案
9、.72.3.3 无轨式合拢设备设计方案 .8第 3 章 分段合拢设备下部支撑结构模块研究 .93.1 结构总体设计任务、原则和方法 .93.1.1 结构总体设计任务、原则 .93.1.2 结构总体设计的方法 .93.2 下部支撑结构形式 .103.2.1 下部支撑结构形式 .103.2.2 车架结构尺寸 .113.3 下部支撑结构载荷分析 .123.3.1 合拢设备工作载荷 .123.3.2 船体分段合拢作业工况分析 .133.4 车架设计 .153.4.1 车架模型建立 .153.4.2 车架分析 .163.4.3 结果分析 .17第 4 章 油缸选择 .194.1 主油缸选择 .194.1
10、.1 主顶升油缸的选择 .19本科生毕业论文IV4.1.2 主顶升油缸底部设计 .204.1.3 滚珠强度校核 .214.2 副油缸选择 .22第 5 章 车轮导轨设计 .245.1 车轮设计 .245.1.1 车轮计算载荷 .245.1.2 车轮踏面疲劳计算 .245.1.3 轮压计算 .265.1.4 轮轴的结构设计和校核 .265.2 轨道的设计 .285.2.1 钢轨示意图 .285.2.2 钢轨材料选择 .28小结 .31致谢 .32参考文献 .33本科生毕业论文1第 1 章 绪论1.1 国内外研究现状与发展趋势1.1.1 船舶建造发展史船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，
11、按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。无论在国防、国民经济以及海洋开发等方面船舶都占有十分重要的地位。船舶自伐木为舟起，经过了独木舟和木板船的时代，1879 年世界上第一艘钢船建成以后，就标志着以钢船为主的时代到来。船舶的推进系统也由 19 世纪的依靠畜力、人力和风力(即摇橹、撑篙、划桨、风帆和拉纤)一直发展到了使用机器来驱动，充分显示了船舶的发展。1807 年，美国的富尔顿建成了 “克莱蒙脱”号，它是第一艘采用明轮推进的蒸汽机船，时速可以达到为 8 千米/小时；1839 年，第一艘装有螺旋桨推进器并用蒸汽机船作为驱动的“阿基米德”号横空出世，主机的功率达到 58.8 千瓦。有
12、了这种推进器就凸显了它的优越性，因而它很快被得到推广和发展；1868 年，中国成功地建成了第一艘载重达 600t、功率为 288KW 的蒸汽机兵船“惠吉”号。 古代中国是当时造船和航海的先驱。春秋战国时期就有了造船工厂，能够制造战船；汉代就已经能够制造出有舵的楼船；唐、宋时期，河船和海船都有突出的反战，发明了水密隔壁；明朝的郑和七次下西洋的宝船，在尺度、性能和远航范围方面，都居世界领先地位。而近代的中国造船业发展就显得有些迟缓。1865-1866 年，清政府相继创办江南制造总局和福州船政局，建造了“保民”，“平海”等军舰和“江新”、“江华”等长江客货船。新中国成立后，船舶工业有了很大的发展，5
13、0 年代建成一批沿海客船、货船和油船。60 年代以后，中国的造船能力提高的很快，陆续建成了大型海洋运输船舶、内河运输船舶、海洋石油开发船舶、海洋调查船舶和军用舰艇，大型海洋船舶的吨位已经达达到 30 万吨以上载重。除了少数特殊船舶外，中国已经能够设计并制造各种各样军用舰艇和民用船舶。现代帆船始于荷兰。现代造船模式在日本首先形成，是对先进造船企业、造船理论以及实践的总结，以中间产品组织生产为基本特征的总装造船模式，主要是由统筹优化的造船理念、面向生产的设计技术、连续均衡的作业流程、精细严密的工程管理以及高效的生产组织等基本要素构成。它的实施要点主要包括:以总装化为主线，推进改造造船生产体系;深化
14、设计，为建立现代造船模式提供支持;以工程计划作为导向，推进管理的精细化;以信息技术作为手段，促进信息的集成化;围绕“缩短造船的周期，推进船舶制造技术发展”这个主旨;加强基础方面的管理;夯实现代造船模式的基础。因此，现代造船模式是提高生产效率、缩短造船周期的重要手段。中国造船业经过几十年的快速发展，取得了可喜成绩，中国造船业在全球市场上所占的比重虽然正在明显上升，并已经成为全球重要的造船中心之一。但是研究报告指出：我国船舶工业的技术装备水平、产品研发能力及生产制造技术相对于日本、韩国仍然显得落后很多，承接的主要是低附加值船舶。所以，要想进步首先就必须要明白差距，要想摆脱瓶颈的束缚就必须要勇敢地挑
15、战差距。中国船舶工业要真正的步入良性发展的坦途，必然得走自主创新的道路。全面推进船舶行业本科生毕业论文2建立现代造船模式 1。其中围绕“缩短造船周期”，主要方面是要积极推行分段总组造船法，发展单元组装、预栖装和模块化技术，发展精度造船和先进的涂装技术，加强船台、船坞的总装工艺方法研究。1.1.2 船台上船体分（总）段合拢方式船厂中船台（船坞）的数量有限，而船厂的生产效率在很大程度上影响着船台周期。船台的装配俗称又名“大合拢”，船体结构整体装配属于工艺阶段。然而这是一道被大多数造船工人看成耗时最多、工作环境最差、劳动强度最大，严重影响船台周期和船体质量的很难的工序。进行分段合拢作业时，首先将基准
16、分段掉长在船台（船坞）进行定位，再吊装后续分段。通过各种测量仪器测量后续分段和基准分段的相对位置关系，对后续分段进行第一次定位后，测量并切除余量然后再对后续分段进行第二次定位，使其相对于基准分段准确定位，之后进行合拢焊接 2。经过了长期的探索和研究，船厂们都各自提出了不同的解决方法来对付船台（坞）装配这个大难题，在这个过程中，船台无余量装配工艺后来居上。在当代，日本造船相对来说比较发达，能够很好地在控制分段的施工误差和施工变形方面，日本船厂在建造大、中型船舶时，可以很好地控制造船过程中各道工序的施工误差在允许范围内，释放适量的工艺余量，从而实现船体中间部位的平行分段的零余量制造和船台零余量装配
17、。而在西欧国家和前苏联的一些船厂是通过分段后期修整（即分段制造完毕后，进行雨量划线、切除其余量）的方法达到船台零余量装配。在我国，船舶分段建造时，一般采用的都是留余量法。随着技术水平的逐步提高，我国在实施无余量造船技术中的某些方面，如尝试对建造过程的精度管理、提高设备性能等方面去的了可喜进步。如图1-1所示为国外某船厂运用多台平板车进行配合通过浮吊航母艏总段对中合拢。图1-1 多合平板车进行航母艏总段合拢为了提高造船的效率，缩短周期，国内外造船企业都在研究船台分（总）段合拢设备。截止目前为止船台自动合拢小车常见的形式主要有以下两种：整体式（图1-2）和分体式（1-3）本科生毕业论文3图1-2
18、整体式整体式合拢设备是由两个平行于行走轨道的纵梁、放在纵梁上的横梁以及支撑两根纵梁的船台小车组成，纵梁铰接在它下面的船台小车。其中，每个小车上设有主液压缸（船体高度方面）和副液压缸（船体宽度方向）各一个，采用轨道式行走，用一定的方法来控制主、副油缸和小车的位置来移动船体分段。整体式合拢设备大多用在大型船体分段的对中合拢，它结构强度较好，空间大，布局好，合拢作业时有较好的工作平台可以支撑船体分段的重量，作业比较平稳，里面的移动小车都设有独立的控制单元，可以进行单独控制使用，同时每台小车都是模块设计，系统具有良好的互换性。但是缺点也非常明显，主要就是使用不够灵活，场地受到限制，安装调试要求较繁杂。
19、图1-3 分体式本科生毕业论文4分体式合拢设备设有一个主油缸（船体高度方向）和两个副油缸（分别进行船长、船宽方向），移动依靠电机驱动。进行对中合拢时，多个没有相对定位的离散分的单体，通过一定的控制方式，协同运作来完成船体分段对中合拢调整所需要的空间位置和姿态。分体式合拢设备的结构在承载分段的时候，没有整体式结构那样好的平台船体分(总) 段在船台合拢时，必须通过位置和姿态调整来实现和基准分段的定位。但两种合拢设备采取的结构形式有所不同，船体分段的空间位置和姿态的调的方式也不尽相同，同样它们的控制方式也不同。在确定合拢设备结构形式的时候，要对设备的功能需求、应用空间位置大小、船体分段大小以及拟用的
20、控制方式等多个方面的因素进行综合考虑。1.1.3 论文的目的和意义随着中国船业的崛起，我国已经成为了世界第三大造船的国家，目前世界船舶市场份额呈现出一种由日、韩向中国转移的态势。目前由于受到美国金融危机的影响，海运需求有所萎缩，运力大量过剩，世界造船行业由一年前的异常繁盛突然跌到谷底。但我国船厂仍然持有散货船的相当大订单。在这样的严峻形势下，提高造船质量，缩短造船周期 3，提高中国造船在世界造船行业的竞争能力以及抗击各种风险的能力，是中国造船行业必须要认真思考的问题。而本文所要设计的是船舶分段合拢的机械设备结构，设计成船台小车，以便进行对中合拢，且精度不低。同时作为毕业设计，我想它意义非凡，它
21、要求我们要把大学里所学习到的所有的专业知识都运用上去，巩固旧知识，例如熟悉运用solidworks，CAD等软件，懂得查阅机械设计手册。通过独立完成毕业设计，提高各方面的能力，包括严谨的作风。本科生毕业论文5第2章 船体分段合拢简介2.1 船体分段合拢概述船体分段是船体局部结构，由各种零部件组装而成 4。船舶的外壳大多数是流线型的，只有船中间附近的分段的线型趋于平坦。把一船舶分段后，根据其外形特征，有的分段结构比较复杂，外板曲度较大，叫做曲面分段或非平面分段（图2-1 a）；而有些分段的线型是平直的或接近平直的，结构简单，叫做平面分段（图2-1 b）。在平面分段中肯定有一个面是完全平直的 5。
22、船体分段划分是否合理，直接影响产品质量、生产效率、生产成本、发挥船厂设备潜力和改善劳动条件等技术经济指标。船体分段划分要遵循以下一些基本原则：保证船体结构强度的合理性；尽可能降低材料消耗；施工工艺的合理性；生产负荷的均衡性等等。依据不同船厂的实际情况，在遵循上述原则的前提下，还要考虑很多方面的因素，最基本的因素是要根据生产工艺以及船厂的起运设备的调运能力来对船体分段进行划分，有时候还要考虑道路、船台、桥梁承重等诸多方面的因素。图2-1 船体分段的分类建造船舶的方法非常多，比如塔式建造法、总段建造法、串联建造法、岛式建造法。其中，总段建造法中船台装焊工作量最少，工作条件最好，最有利于缩短船台周期
23、，所以应用也最广泛。船台装配合拢中，底部分段装配定位工作量颇大，一般占船台上主船体装配工作量的一半左右。但是由于船体分段结构形式的复杂性和多样性，船体分段合拢设备并不能适用于所有的船体分段，其适用的范围只是平直的或者是底部外板曲度较小的底部分段。传统的底部分段的船台定位作业显得繁重而落后，因为它是纯手工处理。船体分段完成以后，必须经常搬运及叠放沉重的墩木来放置分段，这些手工操作的装备数量多、重量大，而且船底到船台表面之间的垂直距离仅仅1.21.6米。船台分段合拢设备的设计和使用应当结合不同船厂的详细的生产工艺，它的使用方法和待合拢的分段的重量大小有着很大的联系。对于整体式合拢设备来说，它的最大承载能力就已经限定了，而分体式合拢设备的单台最大承重能力是一定的。分体式合拢设备使用时一般
