大型結構的模件框架及組裝模件框架的方法、裝置和模件框架用的聯合器的製作方法
2023-05-03 00:26:56 1
專利名稱：大型結構的模件框架及組裝模件框架的方法、裝置和模件框架用的聯合器的製作方法
技術領域：
本發明討論預製諸如安裝成套設備的大型船隻發動機室的大型結構模件框架，裝配模件框架的方法和裝置，以及模件框架用的聯合器。
在輪船的發動機室內裝有各種成套設備，如機器、管道、電線，這些都要安裝和固定到船體上。通常船體上裝有甲板，要將成套設備放到甲板上或甲板下或船體內，以便將設備安裝和固定在甲板的上面或下面。
按常規在安裝和固定時，有許多在船內的操作是在很差的環境條件下進行的。因此工作效率很低，工期常常延長。在船內固定和安裝的工作中，由於尺寸的誤差經常需要進行調整，這就進一步降低了工作效率。
為了克服這些問題，設想將成套設備劃分成很多塊，在工廠預先將這些設備塊安裝到一個或幾個模件框架上。然後將設備塊與模件框架一起送入船內進行安裝，接著將裝有其它設備的另一個或幾個模件框架裝入船內，以使這些模件框架與前面先裝入的模件框架相連接，並將這些成套設備相互連接。
這樣設想的方法將大大減少船內操作，縮短安裝和固定的工期，因為只需將在船外製造的模件框架與安裝在它上面的設備裝入船內進行連接。
然而所設想的方法一直被認為是不實際的。因為模件框架尺寸巨大，用焊接或類似方法剛性裝配以支持沉重的負荷或物體，因此很難防止材料的尺寸誤差和焊接變形，保持模件框架尺寸的精度。如果不能保持尺寸的精度，在船內安裝時就要求額外的操作，以在模件框架之間和/或成套設備之間進行調整。這樣的調整花費很多時間和勞力，難以提高工作效率。
因此本發明的主要目標是提供預製大型結構的模件框架，裝配模件框架的方法和裝置，以及模件框架用的聯合器，根據本發明可以通過焊接高精度地製造大型和沉重物體的模件框架，安裝時不必進行調整。
根據本發明，它主要包括如下特徵本發明與用於安裝成套設備的水平形式的大型結構用的模件框架有關，該模件框架包括一對水平和互相平行的主梁，一對連結主梁的梁杆，至少在主梁和梁杆的一端有連接器。
本發明與用於安裝成套設備的三維形式的大型結構用的模件框架有關，該模件框架包括一對水平和互相平行的主梁，一對連結主梁的梁杆，從該主梁和梁杆的每個連結點垂直延伸的支持柱，和至少在該主梁、梁杆和支持柱的一端設置的連接器。
本發明與用於安裝成套設備的三維形式的大型結構用的模件框架有關，該模件框架包括基本上成矩形的水平的底板組件，從該底板四角垂直延伸的支持柱，至少在該支持柱的一端有連接器。
本發明與組裝模件框架的方法有關，該方法包括主梁、梁杆和支持柱之間，或底板與支持柱之間的焊接，去除焊接部分的焊接變形，各裝配部件的定位和保持，至少把一個連接器精確地定位和保持在某個主梁、梁杆和支持柱的相關位置上，並把該連接器焊接到相應的主梁、梁杆和支持柱上。
本發明與裝配模件框架的裝置有關，包括將焊接在一起的主梁和梁杆，或焊接在一起的主梁、梁杆和支持柱，或焊接在一起的底板和支持柱定位的機構，用來定位和保持連接器在與某個主梁、梁杆和支持柱相關位置上的連接器支持託架。
本發明與用於大型結構模件框架的聯合器有關，它包括分別固定在大型結構內部和裝設在大型結構內模件框架上的肘形板，通過螺栓連接到該肘形板上，以與帶有模件框架的大型結構相連的雙層板，某些螺栓孔水平延伸成槽。
本發明與用於模件框架的聯合器有關，包括一導軌，沿著導軌安裝模件框架，該導軌也作為大型結構的加強機構。
本發明與按照權利要求7所述的聯合器有關，其中在縱向排列大量的導軌。
下面結合附圖描述本發明的優選實施方案。
圖1是按照本發明的模件框架第一實施方案的透視圖;
圖2是圖1機構的側視圖;
圖3是用來裝配圖1所示模件框架的裝置的平面圖;
圖4是沿圖3中Ⅳ-Ⅳ線所取的斷面圖;
圖5是圖4的局部放大圖;
圖6是圖5中箭頭Ⅵ方向的視圖;
圖7是圖5中箭頭Ⅶ方向的視圖;
圖8是圖3中箭頭Ⅷ-Ⅷ方向的視圖;
圖9是圖3中箭頭Ⅸ-Ⅸ方向的視圖;
圖10是用圖3的裝配裝置進行模件框架裝配的第一步;
圖11是用圖3的裝配裝置進行模件框架裝配的第二步;
圖12是用圖3的裝配裝置進行模件框架裝配的第三步;
圖13是用圖3的裝配裝置進行模件框架裝配的第四步;
圖14是用圖3的裝配裝置進行模件框架裝配的第五步;
圖15是用圖3的裝配裝置進行模件框架裝配的第六步;
圖16是用圖3的裝配裝置進行模件框架裝配的第七步;
圖17是如圖1的兩個或多個模件框架組合起來的模件組合體的透視圖;
圖18是將圖17的模件組合體安裝在大型結構裡的透視圖;
圖19是圖18的局部放大圖;
圖20是圖19中聯合器的放大側視圖;
圖21是沿圖20中ⅩⅪ-ⅩⅪ線取的剖面圖;
圖22是按照本發明的模件框架第二實施方案的透視圖;
圖23是按照本發明的模件框架第三實施方案的透視圖;
圖24是按照本發明的模件框架第四實施方案的透視圖;
圖25是按照本發明的模件框架第五實施方案的透視圖;
圖26是按照本發明的模件框架第六實施方案的透視圖;
圖27是按照本發明的模件框架第七實施方案的透視圖;
圖28是按照本發明的模件框架第八實施方案的透視圖;
圖29是按照本發明的模件框架第九實施方案的透視圖;
圖30是按照本發明的模件框架第十實施方案的透視圖;
圖31是顯示模件框架用的連接器第二實施方案的側視圖;
圖32是顯示模件框架用的連接器第三實施方案的側視圖;
圖33是顯示模件框架用的連接器第四實施方案的側視圖;
圖34是顯示圖33的連接器在連接狀態的圖;
圖35是顯示模件框架用的連接器第五實施方案的側視圖;
圖36是顯示圖35的連接器在連接狀態的圖;
圖37是顯示模件框架聯合器的第二實施方案。
圖1和圖2顯示按照本發明的模件框架1的典型基本形式，它包括一對水平並互相平行的主梁2，在主梁2之間與主梁垂直的一對水平和相互平行的梁杆3，梁杆剛性地焊接在主梁2相對的兩端，和4個支持柱6，每個支持柱都有上柱和下柱部分4和5，上、下柱從主梁2和梁杆3的連接點垂直延伸並焊接在那裡。
法蘭連接器7剛性焊接在預定的位置(連接器安裝位置)或模件框架1的各端。
圖中，參考數字8代表為支持設備如重型機器9所附加的副梁;3′代表延伸部分，將模件框架1安裝到船內時，用延伸部分將模件框架1連接並固定到船體結構的固定部分如船壁上;45是加強肋，46是加強託架。
模件框架1組裝成的長、寬、高尺寸應與圖中虛線所示的六面體容器尺寸高精度地一致。
除機器9之外，模件框架1上安裝有各種設備如管道10和電線11。
下面參考圖3到9描述裝配模件框架1的裝置12。
如圖3所示，一對相互平行的縱向框架13，其間距與模件框架1的主梁2相同，長度比主梁2長，與一對與縱向框架13垂直的橫向框架14在陸地上組合成井字形，框架14與模件框架1的梁杆3有相同的間距。在縱向框架13的一側安裝固定側定位機構，以將主梁2在縱向、橫向或垂直方向定位，移動側定位機構16安裝在框架13的另一側。
梁支持件17安裝在縱向框架13之間的橫向框架14的上表面，與模件框架1的下柱部分5的高度相同。上定位基座18和模件框架1的上柱部分等高，固定在橫向框架14的四點或各端。
如圖4、5和6詳細表示，移動側定位機構16包括可動的基座22，通過襯墊滾輪20或類似的東西可使其沿縱向框架13移動，基座上裝有橫向定位用的連接器支持託架21。通過氣缸23可使基座22和支持託架21移動。
支持託架21有內表面24(見圖5)，法蘭連接器7以很高的定位精度固定在內表面24上，例如圖7表示，將整孔銷26通過孔25插入到兩個相對的孔中，用螺栓和螺母(未示出)連接其它孔25。
在支持託架21內部的某位置上，可動基座22有主梁定位基座32。如圖6所示，定位基座32上裝設帶有定位塊28的導引件30，在定位塊28上垂直分離的兩點支持工形主梁2的垂直梁腹27的一側，以便將主梁2縱向和橫向定位，還有帶有推壓氣缸29的導引件30′，將垂直梁腹27的另一側面推向定位塊28，和用來在高度上支持垂直梁腹27的高度定位板31，以便使主梁2的下表面與下柱部分5的頂面在同一平面。
移動側定位機構16具有固定基座19，基座19的內端裝設定位擋塊35，可動基座22可緊靠著它，因此可使支持託架21與支持託架33之間(見圖4)的距離以很高的精度保持不變。
如圖4所示，固定側定位機構15包括連器33和主梁定位基座34，它們的高度和布置與支持託架21及移動側定位機構16的定位基座32相同。
縱向框架13與橫向框架14的每個連接點的上表面處有支持託架37，它的結構與支持託架21相同。如圖7所示，通過擰緊法蘭連接器37使其與下柱部分5的下端剛性連接進行定位。
上定位基座18的上面設置帶截頭錐形導孔38的導引件39。上導杆41在其下表面相反的兩端帶有截頭錐形突起部分40，上導杆41橫向跨過基座18，並通過其突起部分40與孔38的配合從而與基座18連接，因而保持上導杆41的高度一定，這樣構成了上定位機構42。
在上導杆41的下表面裝有支持託架43，它與支持託架37垂直對齊，結構與合者相同，以便將連接器7固定在上柱部分4的頂端。上導杆41的上表面裝有吊裝掛鈎44。
下面根據圖10至16並參考圖3至9描述裝配模件框架的步驟。
首先如圖10所示，通過法蘭36將下柱部分5定位和固定到縱向框架13與橫向框架14的連接點上的支持託架37上。
如圖11所示，將連接器7通過整孔銷26(圖7)分別定位和安裝到固定側和移動側定位機構15和16的支持託架21和33上。然後將每個主梁2懸掛和定位在主梁定位基座32和34上。移動可動基座22緊貼定位檔塊35，使連接器7沿模件框架1的縱向定位。通過主梁定位基座32和34的導引件30和推壓氣缸29完成縱向和橫向定位。通過高度定位板31進行高度定位。
接著如圖12所示，在主梁2上的所需位置焊接加強肋45。
然後如圖13所示，將梁杆3和副梁8安裝到主梁2之間，在其外側焊接延伸部分3′。如圖14所示，為了補強，焊接託架46。
如圖8和9所示，將在預定位置裝有支持託架43的上導杆41置於上定位基座18上，使前者的突起導引部分40與後者的導孔38嚙合。上柱部分4垂直立於主梁2和梁杆3的每個連接點處，如圖15所示，調整位置使上柱部分4的上端與相應的支持託架43對齊，然後將其下端剛性焊接在相應的連接點處。
焊接之後，將各部分保持在約束狀態直至焊接部分冷卻以消除焊接變形。
接著如圖16所示，將定位的下柱部分5的上端連結到主梁2上。主梁2的各端，上柱部分4的上端分別與已定位的連接器7焊接相連，通過上述同樣方法消除焊接變形。在這種情況下，可以認為下柱部分5與連接器7連成一整體，因為它們長度很短，故可能產生的焊接變形很小。
通過上述步驟，可以很高精度構成模件框架1。
將構成模件框架1的組成部分如主梁2、梁杆3和上柱、下柱部分4和5通過切割或類似方式預先精確地製備好，比規定尺寸小0-2mm，這樣作是合宜的。
在其它地方焊接好主梁2、梁杆3和上柱部分4，僅利用本發明的裝配裝置將它們焊接上連接器7，這也是合適的。為了支持要安裝機器的重量和抗震，主梁2、梁杆3和支持柱6要有足夠的剛度。雖然在上面的實施方案中利用I形鋼，但也可使用H形、槽形、矩形或圓形鋼及組合材料。
當用這樣構成的模件框架I裝配大型結構如輪船的發動機室時，可在陸地上將如圖1所示的裝有機器9、管道10及電線11等的幾個模件框架，通過螺栓連接連接器7和連接管道10及電線11而組裝在一起，組成模件框架組合體48，在組合體中安裝功能互相有關的全部或部分設備，其體積大小應能安裝到船體上(見圖17)。
對每一種功能，可製備這樣的模件框架組合體48，每個組合體48都以三維形式布置和安裝在發動機室內預先確定的位置。如圖18所示，然後在發動機室地板與組合體48之間，在組合體48之間以及在組合體48與發動機室的橫向艙壁49或縱向艙壁50之間進行連接。
如圖19到21所示，用來連接模件框架1與縱向艙壁50的聯合器51包括雙層板54和擠壓肘板52和53，擠壓肘板相對的兩端分別固定到艙壁50和模件框架1上，用螺栓55和56將各板夾緊。螺栓孔59、60、61和62中，螺栓固定部分57、58的某些孔為長孔(在圖中，孔61為長孔，如虛線所示)。
上面的模件框架1是按貨櫃的尺寸設計(用貨櫃化的尺寸)，便於運輸，因此安裝和固定各種機器9的工作就可在環境較好的地方進行。因為可以根據高精度製造的模件框架1製造模件和把成套設備模塊化，因而有可能提高成套設備在模件框架1中的安裝精度，並使模件框架組合體48標準化。還有，由於把模件框架1設計成三維井字形，可進行更有效地利用空間的三維布置。而且井字形的模件框架1比箱形結構的連接點少，因而可以很容易地高精度相互連接。
通過上面設置的聯合器51連接模件框架1與縱向艙壁50的好處在於，當船上發生劇烈振動和在螺栓擰緊部件57和58處加有超負荷時，由於上述在螺栓擰緊部件57或58處的長孔使板53和54或板53和52之間產生相對滑動，從而阻止超外的力施加到模件框架1上。就是說，沒有額外力作用到模件框架1上，和沒有強的外力作用到安裝在模件框架1中的設備上，因而保證組合體48的安全。
螺栓59至62中的任一個都可設置長孔。
圖22顯示按照本發明的模件框架第二實施方案，在構造上它大體上與前述的第一實施方案相同，只是在模件框架1上增加一底板63，因此與第一實施方案有相同的功能和優點。
圖23代表按照本發明的模件框架第三實施方案，通過將主梁64和梁杆65裝配成矩形而構成模件框架67。支持柱66連接到矩形的四個頂點。第三實施方案基本上與第一或第二實施方案有相同的功能和優點。
圖24代表按照本發明的模件框架第四實施方案，它與第三實施方案的結構基本相同，只是模件框架70在主梁64的中心處裝設中間梁杆68和中間支持柱69。第四實施方案與前述的任一實施方案有大體相同的功能和優點。
圖25代表按照本發明的模件框架第五實施方案，它大體上與第二實施方案的結構相同，只是模件框架73裝有上主梁71和上梁杆72。第五實施方案與前述的任一實施方案有基本相同的功能和優點。
圖26顯示本發明的模件框架第六實施方案。模件框架75包括矩形底板74，支持柱66，柱的中間連接到底板四個頂點，連接支持柱66上端的上梁杆72。第六實施方案與上述的任一實施方案大體上有相同的功能和優點。
圖27是本發明的模件框架第七實施方案。模件框架76包括矩形底板74，支持柱66，柱下端連接到底板74的各頂點，連接支持柱66上端點的上主梁71和上梁杆72。第七實施方案與上述的任一實施方案大體上有相同的功能和優點。
圖28是本發明的模件框架第八實施方案，它與第四實施方案的構造大體相同，只是模件框架78包括下支持柱73而不是柱66和69。第八實施方案與上述的任一實施方案大體上有相同的功能和優點，尤其適用於布置在最上層和最下層的情況。
圖29顯示本發明的模件框架第九實施方案，模件框架81包括主梁64，梁杆65，在64與65裡面的副主梁79和副梁杆80，上底板和下底板74及裝在下底板74下的下支持柱77。第九實施方案與上述實施方案大體上有相同的功能和優點。
圖30是本發明的模件框架第十實施方案。二維模件框架82僅由主梁64和梁杆65組成。第十實施方案與上述實施方案大體上有相同的功能和優點。
在前述的實施方案中，模件框架1、67、70、73、75、78、81和82都是通過螺栓與緊貼的連接器7相連。另外的方法有，如圖31所示，平焊連接模件框架端部83和84，使模件框架之間相互連接，如圖32所示，利用條形板85螺栓連接，如圖33和34所示，利用套筒86連接，或如圖35和36所示，利用扭轉鎖鍵87鎖定連接。這些連接方法可以聯合使用。
圖37顯示按照本發明的模件框架聯合器的第二實施方案，其中導軌91在發動機室的前壁88和甲板89上縱向延伸，相互之間的距離與每個模件框架90的尺寸相適應。利用導軌91安裝和固定模件框架90。
因為以預先確定的間隔安裝導軌91，沿著導軌安裝和固定模件框架90，因此不必連接模件框架90，也提高了安裝精度。由於安裝和固定的工作更加便利，從而可大大縮短安裝和固定的工期。在安裝之後模件框架可得到導軌91的機械保護，因而不需要增加框架本身的強度來抵抗輪船的振動，框架只需相應最小的強度。還有，即使減小了機械強度的模件框架90在安裝的提升操作中產生變形，只要將模件框架90放入導軌91內就可補償這種變形。甚至當船體結構精度較差，其不精確度可被導軌91吸收，而不會對模件框架90產生影響。而且導軌91是作為船體加強機構的一部分，從而可設計發動機室的結構件具有較小的強度。
在上述的發明中，對根據貨櫃尺寸設計的模件框架進行了描述。但是所申請的模件框架並不局限於這種尺寸，可設計成任意需要的尺寸。還有，所描述的各種實施方案是應用於輪船上的，但無需說明，也可應用本發明為所有的機械裝置製造模件，包括其他各種海洋機械結構和陸上的機械結構。因此，在本發明真正宗旨的範圍內，可以進行各種修改和變動。
權利要求
1.將模件框架連接到大型結構上的方法，其特徵包括把擠壓肘板分別固定到所述大型結構的內部和所述框架上，所述擠壓肘板具有螺栓孔，雙層板也具有螺栓孔，通過其上的螺栓孔用螺栓將擠壓肘板連接到帶有所述框架的大型結構上，在所述板上的一些螺栓孔由水平延伸孔限定。
2.將模件框架連接到大型結構上的方法，其特徵包括在所述大型結構上安裝導軌作為其加強部分，並將所述模件框架裝配到所述導軌上。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵包括在所述大型結構的縱向排列許多導軌。
全文摘要
高精度製造安裝成套設備的模件框架，從而把模件框架安裝成大型結構時用不著進行調整。模件框架包括一對水平、互相平行的主梁，一對連接主梁的梁杆，從每個主梁和梁杆的連接點垂直延伸的支持柱，在各個主梁、梁杆和支持柱的一端至少有一個連接器。
文檔編號B63H21/30GK1094365SQ9311912
公開日1994年11月2日 申請日期1993年10月11日 優先權日1990年4月28日
發明者今清水義紀, 山本修一, 前山薰, 沖俊英, 須田欽昭, 高田敏行, 平本悅朗, 森田定之 申請人:石川島播磨重工業株式會社