CN103056863A - 龙门架式船体分段划线机 - Google Patents

Abstract

一种龙门架式船体分段划线机，属于船舶与海洋工程技术领域。该船体分段划线机由划线机构和龙门架组成，划线机构安装在龙门架上。划线机构包含小车和多自由度划线臂；龙门架设有在轨道上的行走机构。龙门架支撑小车和划线臂；划线机构提供高精度的多自由度运动和定位，是本发明的关键构造，它由垂臂、摆臂、万向机构、Z型转向节、伸缩臂和夹笔架等机构组成。整个装置设计巧妙，结构简洁，安装与卸载方便，强度刚度高，维护简单，可靠性高。能够对钢结构分段进行自动、高效、高精度划线，是现代化造船企业必不可少的制造设备之一，对提高船舶与海洋工程装备的制造工艺水平、产品质量和经济效益有重要意义。

Description

龙门架式船体分段划线机

技术领域

    本发明涉及一种龙门架式船体分段划线机，可用于造船、海洋钻井平台、海上钢结构模块制造等工程，属于船舶与海洋工程技术领域。

背景技术

船舶与海洋工程装备的制造方式是模块化式的分段制作，并焊接合拢，其产品的建造质量和周期取决于钢结构分段的合拢精度和效率。为了提高船体分段搭载、合拢的工艺水平，分段与相邻分段的结合面要提前预处理到合拢公差，这就需要对每个分段尺度进行测量、划线和切割。本划线机就是在对分段进行尺度测量后，进行划线，为后续的分段余量切割做准备。

目前，在造船行业里，船体钢结构分段的余量划线工作还是由人工去完成，占用了大量船台或船坞周期，浪费了许多吊车有效作业时间。人工划线效率低、精度差、劳动强度大，还受到自然环境影响制约，而且操作危险性高。

船台周期和吊车占用率是造船行业生产效率的瓶颈问题，突破该瓶颈问题是造船行业所关注的热点。因此，发明一种龙门架式船体分段划线机，对钢结构分段进行自动、高效、高精度划线是造船工程中急需的专用装备，是现代化造船模式下必不可少的制造关键设备之一，对提高船舶与海洋工程装备的制造质量、工艺水平和经济效益有重要意义。

发明内容

本发明提供一种龙门架式船体分段划线机，它可以对船体或海洋工程模块的钢结构分段进行自动、高效、高精度划线，缩短船台、船坞以及吊车被占用时间，提高造船企业的生产效率，对提高船舶与海洋工程装备的制造精度、产品质量和经济效益有重要意义。

本发明采用的技术方案是：一种龙门架式船体分段划线机，它包括龙门架和纵向行走机构，它还包括一个划线机构，所述龙门架采用一个上梁连接二个立柱构件，每个立柱构件的底部设有位于地沟中轨道上的行走机构，所述划线机构在上梁上设有一个横向移动的小车，在小车的下部固定连接一个垂臂，位于垂臂上的第一万向机构通过与第一万向机构连接的第一Z型转向节连接摆臂, 位于摆臂上的第二万向机构通过与第二万向机构连接的第二Z型转向节连接伸缩臂, 在伸缩臂的端部设有夹笔架；所述小车设有四个在上梁中的槽型滑道上滚动的轴承轮子，所述第一万向机构的上环块内采用第一驱动电机经活塞杆驱动旋转活塞在垂臂的螺纹面移动，第一万向机构的下环块设有采用第二驱动电机经齿轮驱动固动在下环块上的环形齿条转动，所述第一Z型转向节的扇齿轮固定在下环块的凸轴上，固定在眼板上的第一电机驱动与扇齿轮啮合的小扇齿轮转动。

所述立柱构件采用一个下梁和中梁及二个半工字型垂直立柱和矩形垂向斜立柱固定连接在一起，用一个上梁把二个立柱构件固定连接成一个龙门架。

所述小车采用电机让钢丝绳经多个导轮牵动。

所述活塞杆设有第一推力轴承 ,在上环块与下环块之间设有第二推力轴承。

本发明的有益效果是：这种龙门架式船体分段划线机由划线机构和龙门架组成，划线机构安装在龙门架上。划线机构包含小车和多自由度划线臂；龙门架包含轨道、行走机构、上梁和二个立柱构件。龙门架主要作用是支撑小车和划线臂；划线机构主要作用是提供高精度的多自由度运动和定位。划线臂是本发明的关键构造，它由垂臂、摆臂、万向机构、Z型转向节、伸缩臂和夹笔架等机构组成。整个装置设计巧妙，结构简洁，安装与卸载方便，强度刚度高，维护简单，可靠性高。本发明的龙门架式船体分段划线机，能够对钢结构分段进行自动、高效、高精度划线，属于造船工程中的专用大型装备，是现代化造船企业必不可少的制造设备之一，对提高船舶与海洋工程装备的制造工艺水平、产品质量和经济效益有重要意义。

附图说明

图1是龙门架式船体分段划线机正视图。

图2是龙门架式船体分段划线机侧视图。

图3是龙门架式船体分段划线机俯视图。

图4是轨道与车轮剖面图。

图5是上梁与小车侧剖视图。

图6是小车水平剖视图。

图7是上梁与小车正向剖视图。

图8是划线臂图。

图9是万向机构与Z型转向节侧视图。

图10是万向机构正向剖视图。

图11是万向机构轴向剖视图。

图12是垂臂轴向剖视图。

图13是Z型转向节剖视图。

图14是万向机构与Z型转向节正视图。

图中：1、轨道， 2、地沟，3、驱动齿轮，4、轨道轮，5、下梁，5j、防滑条，5k、撬型底部，6、中梁，7、上梁，7a、上梁端板，7b、槽型滑道，7d、肘板，7e、左检修口盖板，7f、右检修口盖板，7g、电机，7h、导轮，7i、钢丝绳，8、半工字型垂直立柱，9、矩形垂向斜立柱，10、小车，10a、小车底面板，10b、第一小车侧板，10c、第二小车侧板，10d、钩子，10e、螺栓孔，10f、轴承轮子，11、垂臂，11a、垂臂上端法兰，11b、导向槽，11c、螺纹面，11d、圆形螺纹封板，12、摆臂，13、第一万向机构，14、第二万向机构，15、第一Z型转向节，15a、眼板，15b、圆柱形连接块，15c、螺钉，15d、第一电机，15e、小扇齿轮，16、第二Z型转向节，17、伸缩臂，17a、电动推杆，18、夹笔架，18a、第二电机，18b、划线笔，19、上环块，20、凸台，21、下环块，22、旋转活塞，23、导向活塞环，24、圆柱形驱动箱，25、第一驱动电机，26、第二驱动电机，27、环形导向槽，28、齿轮，29、第一推力轴承，30、活塞杆，31、第二推力轴承，32、环形齿条，33、凸轴，34、扇齿轮。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。

龙门架式船体分段划线机（如图1、2、3所示）由划线机构和龙门架组成，划线机构安装在龙门架的上梁7上。划线机构主要包含小车10和多自由度划线臂。龙门架包含轨道1与轨道轮4、水平横梁和立柱组。划线机构主要作用是提供高精度的多自由度运动和定位；龙门架主要作用是支撑小车和划线臂，搭载控制设备等。

1. 轨道与车轮

沿水平且平行铺设轨道1，与地面混凝土牢固连接，地沟2里的轨道1上表面与地面平齐，方便船体分段移位，并增加有效工作高度空间。轨道长度和轨道间距通过船体分段长度和宽度确定。地面承载力与轨道铺设的平直度，符合工程要求。4个轨道轮4置于轨道1上作滚动运动。1个轨道轮4连接驱动齿轮3（如图4所示），驱动齿轮3上连接驱动设备，采用电机驱动。

2.水平横梁

在本发明专利中，共有5根水平梁结构，其中，有2根下梁5、（如图1、2所示）、2根中梁6（如图1、2所示）和1根上梁7（如图5所示）。

有2根下梁5，放置在轨道轮4上方。每根下梁5分别由2个轨道轮4支撑着，随轨道轮4滚动而带动龙门架运动。下梁5的上面板宽度比下面板宽度大；下梁5的横截面阶梯变化的，中段的梁高度比两端的梁高度高；下梁5中段支撑着龙门架结构，两端的梁上面板上铺设防滑条5j，方便人员操作和放置控制设备；下梁5的两端底部呈撬型底部5k。

有2根中梁6，放置在下梁5上方。中梁6下面连接半工字型垂直立柱8，上面连接矩形垂向斜立柱9，中梁6起到中间过渡作用。中梁6与矩形垂向斜立柱9组成稳定的三角形结构形式，对上梁7起到强有力的支撑作用。

上梁7支撑在矩形垂向斜立柱9交叉点两端。上梁横截面形状是下开槽口的矩形结构（如图5中的A-A剖面），是等截面梁框架，上梁的两端设有上梁端板7a。在上梁7内部，开槽口两侧，沿上梁长度方向，对称布置槽型滑道7b，槽口相对（如图5中的A-A剖面）。槽型滑道焊接在上梁内部，槽型滑道两侧焊接若干肘板7d，对槽型滑道及上梁结构起到稳定与加强作用。槽型滑道用于小车10移动导向和限位。在上梁顶部，对称设置2个检修口，采用左检修口盖板7e和右检修口盖板7f封闭检修口。检修口用于上梁内部的槽型滑道7b、小车10、电机7g、导轮7h、钢丝绳7i等检修和维护。在上梁内部，分别安装1部电机7g和4个导轮7h，在导轮7h上缠绕着一圈钢丝绳7i，钢丝绳两端分别连接小车10两端的钩子10d。上梁两端底部分别焊接连接板，用螺栓连接该连接板与斜立柱上端的端板。

3．立柱

在本发明专利中，共有8根立柱，其中4根半工字型垂直立柱8，4根矩形垂向斜立柱9。

半工字型垂直立柱8放置在下梁5与中梁6之间，半工字型垂直立柱8两端焊接端板，通过端板用螺栓把半工字型垂直立柱8与下梁5和中梁6连接在一起。

矩形垂向斜立柱9放置在中梁6与上梁7之间。矩形斜立柱两端焊接端板，通过端板用螺栓把矩形垂向斜立柱9与中梁6和上梁7连接在一起。

半工字型垂直立柱8、矩形垂向斜立柱9与下梁5、中梁6组成了稳定的侧面结构形式，2个侧面结构与上梁7又组成了稳定的龙门架结构形式（如图1、2所示）。

4. 小车10（如图5、6、7所示）：

小车10是由1块底面板10a和2块第一小车侧板10b、第二小车侧板10c焊接成的矩形四面体。在小车底面板10a中间位置，预留8个螺栓孔10e，用于在小车10下方与划线臂机构连接。在小车侧板上，水平、对称安装4个轴承轮子10f。在小车10移动方向相同的2块侧板外侧，且位于小车10中线面和小车轮轴水平面交线处，设置与钢丝绳连接的钩子10d，钢丝绳7i两端分别连接小车两端的钩子10d。轴承轮子10f在上梁7的2条槽型滑道7b内滚动，由上梁7里安装的电动机7g带动钢丝绳7i牵引小车10移动。

5. 划线臂（如图8、9所示）

划线臂机构主要由以下几个构件组成：垂臂11，第一万向机构13、第二万向机构14，第一Z型转向节15、第二Z型转向节16，1个伸缩臂17，1个夹笔架17。一个垂向放置的垂臂11的上端与小车10连接，摆臂12通过第一Z型转向节15和第一万向机构13与垂臂11连接；在两个摆臂12上安装一个第一Z型转向节15和第二万向机构14；伸缩臂17通过第二Z型转向节16和第二万向机构14与摆臂12连接；在伸缩臂17前端安装夹笔架18，划线笔安装在夹笔架上。

（1）垂臂

垂臂11一端焊接垂臂上端法兰11a，垂臂上端法兰11a与上梁7中的小车底面板10a采用螺栓连接；摆臂12是通过第一Z型转向节15与垂臂11连接。垂臂11和摆臂12的结构大致相同，是空心圆柱形；在圆柱轴向的圆柱壁上，开有导向槽11b，圆柱壁内面是具有自锁角的螺纹面11c，圆柱下端采用圆形螺纹封板11d封紧。垂臂11随小车10移动；摆臂12通过第一万向机构13和第一Z型转向节15相对于垂臂11作摆动或绕垂臂11转动。

（2）万向机构（如图10、11、12所示）

第一万向机构13和第二万向机构14的结构形式大致相同，第一万向机构13安装在垂臂11上，第二万向机构14安装在摆臂12上。下面以安装在垂臂11上的第一万向机构13为例说明。

第一万向机构13由上环块19、下环块21、旋转活塞22、导向活塞环23、圆柱形驱动箱24、第一驱动电机25、第二驱动电机26等构件组成。上环块21内沿的轴向有凸台20，该凸台20与垂臂11的导向槽11b配合，上环块19沿着垂臂11作轴向滑动，上环块19的内侧下沿处，开有环形导向槽27，用于和下环块21连接。上环块19的外侧面有一个平台，安装有第二驱动电机26和齿轮28，用于驱动下环块21转动。

圆柱形驱动箱24是圆柱形结构，安装在垂臂11内。圆柱形驱动箱24里安装一部第一驱动电机25，圆柱形驱动箱24两端分别连接着旋转活塞22和导向活塞环23。圆柱形驱动箱24通过第一驱动电机25和活塞杆30驱动旋转活塞22沿垂臂11的内螺纹旋转，从而带动圆柱形驱动箱24在垂臂11内作轴向移动。圆柱形驱动箱24通过垂臂1的导向槽11b与上环块19内沿的凸台20连接。

旋转活塞22位于垂臂11内，一个是旋转活塞22，另一个是导向活塞环23。旋转活塞22外柱面有螺纹，它与垂臂11内部的螺纹面11c吻合，旋转活塞22通过活塞杠30与圆柱形驱动箱24里的第一驱动电机25连接。

下环块21上端是环形沟槽结构，该环形沟槽结构与上环块19的环形导向槽27配合，用第二推力轴承31支撑，使上环块19与下环块21连接在一起，并能作相对轴向转动。在下环块外侧，镶嵌有环形齿条32；安装在上环块19外侧面平台上的第二驱动电机26及齿轮28驱动该环形齿条32，使下环块21能相对于上环块19作轴向转动。下环块21下端是凸轴33结构，第一Z型转向节15的眼板15通过轴承套在凸轴33上，凸轴端部安装扇齿轮34。

第一Z型转向节15的眼板通过轴承套在下环块19下端的凸轴33上。转向节下端安装有圆柱形连接块15b，在该连接块柱面上，一端有螺纹，另一端没有螺纹。没有螺纹这端是圆柱块与转向节下端连接，采用螺钉15c紧固；有螺纹那端的圆柱块与摆臂12或伸缩臂17旋紧连接。

下环块21的眼板外侧面有一个平台，安装有第一电机15d，通过小扇齿轮15e驱动下环块的凸轴33端部的扇齿轮34转动，实现第一Z型转向节15绕下环块21的凸轴33摆动。

伸缩臂17一端与第二Z型转向节16连接，另一端与夹笔架18连接。伸缩臂17采用电机驱动的螺杆机构使电动推杆17a实现伸缩臂臂长的调整。

夹笔架18连接在伸缩臂17前端，采用第二电机18a驱动齿轮机构调整划线笔18b的角度。

Claims (4)

1.一种龙门架式船体分段划线机，它包括龙门架和纵向行走机构，其特征是：它还包括一个划线机构，所述龙门架采用一个上梁（7）连接二个立柱构件，每个立柱构件的底部设有位于地沟（2）中轨道（1）上的行走机构，所述划线机构在上梁（7）上设有一个横向移动的小车（10），在小车（10）的下部固定连接一个垂臂（11），位于垂臂（11）上的第一万向机构（13）通过与第一万向机构（13）连接的第一Z型转向节（15）连接摆臂（12）, 位于摆臂（12）上的第二万向机构(14) 通过与第二万向机构(14)连接的第二Z型转向节（16）连接伸缩臂（17）, 在伸缩臂（17）的端部设有夹笔架(18)；所述小车（10）设有四个在上梁（7）中的槽型滑道（7b）上滚动的轴承轮子（10f），所述第一万向机构（13）的上环块（19）内采用第一驱动电机（25）经活塞杆（30）驱动旋转活塞（22）在垂臂（11）的螺纹面（11c）移动，第一万向机构（13）的下环块（21）设有采用第二驱动电机（26）经齿轮（28）驱动固动在下环块（21）上的环形齿条（32）转动，所述第一Z型转向节（15）的扇齿轮（34）固定在下环块（21）的凸轴（33）上，固定在眼板（15a）上的第一电机（15d）驱动与扇齿轮（34）啮合的小扇齿轮（15e）转动。

2.根据权利要求1所述的龙门架式船体分段划线机，其特征是：所述立柱构件采用一个下梁（5）和中梁（6）及二个半工字型垂直立柱（8）和矩形垂向斜立柱（9）固定连接在一起，用一个上梁（7）把二个立柱构件固定连接成一个龙门架。

3.根据权利要求1所述的龙门架式船体分段划线机，其特征是：所述小车（10）采用电机（7g）让钢丝绳（7i）经多个导轮（7h）牵动。

4.根据权利要求1所述的龙门架式船体分段划线机，其特征是：所述活塞杆（30）设有第一推力轴承(29) ,在上环块（19）与下环块（21）之间设有第二推力轴承（31）。

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