CN102596702A - 改进型舱盖 - Google Patents
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Abstract
一种舱盖,包括框架(21)和焊接在该框架上的多个预制夹层板(10)。
Description
技术领域
本发明要求2009年8月20日提交的英国专利申请0914596.2的优先权,其全部内容通过引用都并入在本文中。
本发明涉及用于船的舱盖,尤其涉及用于集装箱可被堆放在集装箱船上的集装箱船的舱盖。
背景技术
US 5,778,813和US 6,050,208中介绍了结构夹层板构件,US 5,778,813和US 6,050,208的文件通过引用的方式都并入在本文中,这种构件包括外侧金属(例如钢)以及与(例如非发泡聚氨酯的)中间弹性体芯层粘接在一起的板材。这些夹层板系统可用在多种形式的结构中,以替代加劲钢板、型钢厚板、钢筋混凝土或复合钢-混凝土结构,并极大简化合成的结构,从而提高强度和结构性能(例如刚度、阻尼特性等),同时减轻重量。
WO 01/32414中介绍了这些结构夹层板构件的进一步发展,WO 01/32414中的内容也通过引用并入在本文中。如其中所述,空心或实心构成物(form)可被引入到芯板层中以减轻重量,并且横向金属剪力板可被加装以提高刚度。与实心构成物相比,空心构成物能减轻更多的重量,因此往往更具优势。这些构成物可采用轻型泡沫材料或其他材料,例如木箱或钢箱、塑料挤压型材和空心塑料球制成。
以上提到的US 6,050,208中描述了通过向组装结构的腔中注入芯层材料而形成的舱盖。WO 2004/083029中介绍了以类似方式形成的拱形舱盖。虽然这种舱盖比传统设计的舱盖更具优势,但仍然需要进一步改进。传统上,舱盖通常采用多个单层钢板做成,该钢板具有各种不同尺寸和配置的增强板的复杂配置。就制造和维护而言,传统舱盖具有劳动密集型的特点。
发明内容
本发明目的之一在于提供改进型舱盖,尤其是能更加可靠地且以更少劳动力制造的改进型舱盖。
根据本发明,提供了一种舱盖,该舱盖包括框架和焊接在该框架上的多个预制夹层板。
通过将预制SPS板焊接到框架上,可以快速且可靠地制造舱盖。特别地,这种预制SPS板可在工厂条件下进行制造,为了提供更好的尺寸精度以确保与单独制造的框架适当配合。
在本发明的优选实施例中,采用特定焊接次序来减小将预制SPS板焊接到框架上时可能产生的热变形。
在本发明的一个优选实施例中,在制造过程中只需将舱盖翻转一次。
本发明中使用的SPS板的外侧板的材料、尺寸和大体性能,可根据舱盖被投入使用时的特定用途的需要进行选择,通常可按照US 5,778,813和US6,050,208中介绍的进行选择。厚度在0.5毫米至20毫米的范围内时,通常使用钢或不锈钢;需要较轻重量时,可使用铝。类似地,塑料或聚合物芯层可以是任何适用材料,例如可采用聚氨酯等弹性体,正如US 5,778,813和US 6,050,208中介绍的且优选为紧密的,即非泡沫材料。芯层优选地选用热固性材料,而非热塑性材料。
附图说明
以下将结合示意性实施例和附图对本发明进行描述,其中:
图1为可在本发明的一个实施例中使用的预制SPS板的示意性横截面图;
图2为根据本发明的一个实施例的第一舱盖的俯视图;
图3为图2中舱盖的部分横截面图,其中显示了如何将预制SPS板连接到框架上;
图4为插入预制SPS板之前的图2中舱盖的框架的一部分的立体图;
图5为图2中舱盖的一部分的示意性俯视图,其中显示了将预制SPS板固定到框架上的焊接操作的次序。
图6为根据本发明的一个实施例的第二舱盖的俯视图;
图7为沿图6中舱盖的线“C-C”的横截面图;
图8为图6和图7所示的细节“E”的部分横截面图;
图9为图7所示的细节“F”的部分横截面图;
图10为可在预制SPS板中使用的周边杆(perimeter bar)的剖面;
图11至18描述了根据本发明的一种舱盖制造方法的若干步骤;以及
图19至20描述了根据本发明的另一种舱盖制造方法的若干步骤。
具体实施方式
在各个不同的附图中,相同的附图标记表示相同的部件。
图1显示了可在本发明的实施例中使用的预制SPS板10。该板优选具有大致平坦的上表面,但下表面不必是平坦的,并且如果需要的话,上表面和下表面之一、或上表面和下表面都可设置有凹座、槽位、凹槽和/或配件。为便于制造,可设置一些注射口和排气孔,但在使用后,需要将其密封和/或磨平。在规划中,该板需要大体上呈现长方形,但也可视情况采用其他形状的板。
图1所示的板10为包括上、下外侧板(面板)11、12的结构夹层板构件,所述外侧板可采用钢或铝制成,并具有一个厚度,例如在3至8毫米的范围内,优选在3至5毫米的范围内。下面将进一步描述的边缘构件13(又称为周边杆)设置在面板11和面板12之间围绕面板11和面板12的外围,以形成封闭的腔。在面板11和面板12之间的腔中为下面将进一步描述的芯层14。该芯层可有从15至200毫米的范围的厚度;在很多应用中,厚度优选为15至20毫米。在规划中,该板的总体尺寸可为1至2米的宽和2至14米的长。这些板既可制成标准尺寸,也可定制为特定的形状和/或尺寸。
芯层可以采用各种不同构成物,但芯层的主要结构部件为塑料或聚合物材料制成的主芯层14(优选包括或本质上包含上述的聚氨酯等热固性紧密型弹性体),主芯层14以足够高的强度粘接到面板11和面板12上,并且主芯层14具有足够好的机械性能以传递使用中预期的剪切力。芯层14与面板11和面板12之间的粘接强度应大于3MPa,优选大于6MPa,并且芯层材料的弹性模量应大于200MPa,优选大于250MPa。
芯层14还可包括封闭空隙的多种空心箱形的构成物。可选取这些构成物的尺寸和材料,使得这些构成物的总体密度小于主芯层的材料的密度,优选小于芯层14的材料的密度的50%,或优选小于25%且最优小于10%。这些构成物的目的在于基本上充满芯层内的空间,从而减少主芯层材料的所需用量,同时保持或甚至增大面板11和面板12之间的所需间距。如此可降低成本,这是直接因为按照体积计算这些构成物比主芯层材料更便宜,其次因为板的重量被减少了。这些构成物不必为底板10的总体结构强度做出贡献,但是,如果底板10是通过注入主芯层14而形成的,那么这些构成物就必须具有足以承受在主芯层14的浇注和凝固过程中产生的压力和温度的物理性质。选择芯层内构成物15的大小、形状和分布,使得主芯层材料的足够数量的肋骨(rib)和/或柱(column)在面板11和面板12之间延伸,并且每隔一定距离穿过板10的长和宽连接到面板11和面板12上。这些构成物不必是空心的,例如,如果由比如泡沫等合适的轻型材料制成,或者可能被轻型材料填充,则这些材料可以是隔热性和/或耐火性的。对于这些构成物,一种特别有用的材料是密度为20-40克/升的发泡聚苯乙烯,该发泡聚苯乙烯可例如以球或肋骨的形式被提供。
边缘构件13设置在板10的至少一个边缘中,优选在所有边缘中。边缘构件13为金属的实心杆,具有沿其长度方向上大致不变的横截面。因此,该边缘构件13可被描述为棱柱形的。在本发明的实施例中,边缘构件13从面板11和面板12处向外突出,并且被成形为便于将板焊接到舱盖的框架中。下面将结合具体的实例对此进行进一步描述。
图2为根据本发明的实施例的舱盖20的俯视图。
可以看到,舱盖20包括框架21,该框架21限定了一系列缝隙,预制SPS板10可焊接到这些缝隙中。在本实例中,舱盖包括12块预制SPS板,分为四行,每行三块板。这些板有四种不同尺寸以适合舱盖上的各种不同配件,例如挡块23、承压垫板25和压紧装置24。鉴于每艘集装箱船都将需要大量的舱盖,即使每个舱盖中使用多个不同的板,仍可获得大规模生产预制SPS板的优势。总之,舱盖具有约13米乘7.5米的尺寸,SPS板的尺寸为约2.8米乘2米至约3.4米乘2.1米。
如图2所示,预制SPS板的角均为弧形的,具有约100毫米至500毫米的曲率半径,以避免当将板焊接到框架21上时应力集中。
图3为显示了板10与框架21连接的横截面图。如图所示,周边杆13a从面板11和面板12的边缘处稍稍突出,并且充当用于在面板11和面板12与框架21之间的直接焊接点26的垫板。在周边杆13a与面板11和面板12之间设置了密封带15,以对预制过程中面板11和面板12与周边杆13a所形成的腔进行密封。可以看出,由于在面板11和面板12与框架21之间存在直接焊接点,故在该实施例中,周边杆13a并不构成制造完成的舱盖的复合结构的一部分。同样如图3所示,面板11和面板12也可被焊合,即每个面板均可通过两块或多块金属板对焊在一起而被形成。对于较小的板,焊合的面板可被避免。图3还显示出了在舱盖20的下面设置附加的加固物(stiffening)27(图2中未显示)以提供必要的物理强度。尽管如此,在使用预制SPS板的舱盖中所需的加固物的数量一般仍少于等同的全钢结构中所需的加固物的数量,因此降低了制造和维护的人工成本。
图4显示了插入预制SPS板之前的框架21的一部分。如图所示,框架的上板21a限定了缝隙28,预制SPS板将被插入该缝隙之中。以腹板和凸缘形式的加固物27围绕在每个缝隙28周围。
图5中示出了将预制SPS板10焊接到框架21中的焊接顺序。上面板与框架21之间的焊接的方向和次序通过用罗马数字i至viii编号的箭头显示出。焊接的次序为:首先沿顺时针或逆时针方向将对角线上相对的角焊接好,然后沿相反方向将另一对角焊接好。然后按照相同的方向将长边焊接好,但应先从最后一次角焊缝的端的对侧开始焊接。最后按照相同的方向将短边焊接好。这种焊接的次序已被发现可最小化框架和SPS板中的热变形。
图6至图9中示出了根据本发明的舱盖的另一实施例。图6为俯视图,图7为沿图6中线C-C线的横截面图,图8和图9分别为图6和图7中“E”和“F”两部分的细节横截面图。图6所示的舱盖由10块预制SPS板10构成,其中每一块预制SPS板10的尺寸约为1.8米乘5.3米或2.5米乘5.5米。这些SPS板具有厚度约4毫米的面板和厚度约20毫米的实心芯层。如图8和图9所示,周边杆13b由厚度等于SPS板10的总厚度的扩展部分以及厚度等于芯层的厚度的缩减部分构成。该缩减厚度部分安装在面板11和面板12之间,所述面板11和面板12被对焊在周边杆13b上。然后按照在29处所示将周边杆13b角焊到框架21上。因此,在该实施例中周边杆构成了由框架21和预制SPS板10所形成的复合结构的一部分。
图10中显示了周边杆13b的更多细节。该缩减厚度部分的宽度E等于预制SPS板的芯层厚度,而主体B的厚度则等于SPS板的总厚度加公差。主体各边缘均经过倒角加工以便同时焊接到预制SPS板的外侧板和框架21上。用于预制板的完整的周边杆可通过连接直线部分和弧形部分制成,例如通过焊接制成。可选地,直线部分和弧形部分可分别被连接到面板上。
图11至图18中示出了根据本发明构造舱盖的一种方法。最早的步骤为框架21的组装(如图11所示)和SPS板的预制(如图12所示)。这两个步骤可以独立、并行或连续地进行,并且可在不同的场地进行。接下来,如图13所示,将预制SPS板10插入上框架21中,并坐落在临时平台上以给焊接提供对准。在该阶段,上框架21是翻转过来的。下一步如图14所示,是安装和焊接舱盖主横梁和主纵梁27。框架的尺寸最好被确定为使得在此步骤中不影响预制SPS板的情况下容许焊缝收缩。
构成加固物27的横梁和纵梁焊接完成后,将SPS板10焊接40到框架上。这个步骤可完成采用平焊完成进行,因此是简单、快速和安全的。
将SPS板焊接到舱盖上板下面的操作完成后,将舱盖翻转过来,如图16所示,这也是组装工序中所需进行的唯一的翻转操作。图17显示了SPS板焊接到舱盖上板21上面的操作完成。这个操作同样也可完全采用平焊进行。最后,如图18所示,将集装箱配件和其他连接件固定到舱盖上以完成舱盖的制造。
在根据本发明的另一种组装方法中,如图19所示,舱盖没有配备上板,相反,通过适当布置的一些横梁和纵梁27组装成框架21,这为舱盖提供了整体加固。如图19所示,围绕预制舱盖10组装成框架。
焊接次序如图20所示。首先分阶段将框架焊接起来:先进行对焊,然后进行纵向角焊和横向角焊。一旦这个操作完成,就可进行尺寸检查,并通过下板按照图示次序将SPS板10焊接到框架上。然后可将舱盖翻转过来进行其他对焊,以完成框架以及将SPS板的上板最终焊接到框架上。
构造本发明中要使用的板的一种较好方法是优选在厂区外进行焊接,并且包括:
·将外侧金属层11和外侧金属层12、边缘构件13以及任何构成物或垫片都放置到模具中以限定腔;
·通过注射口向腔中注入液态塑料或聚合物材料;以及
·直接或间接地使塑料或聚合物材料固化以形成主芯层14。
固化后,例如使用螺纹塞等填充注射口和排气孔,然后打磨至与外侧金属板平面平齐。应该注意到,即使在注入之前存在一个单个连续腔,仍可提供多个注射口和排气孔以确保完全填充。作为芯层材料注射的一种供替换的选择,真空填充技术可被采用。
如果需要为板提供凹座、凹槽或其他表面特征,例如固定点或吊装点等,则这些特征在芯材注入之前被优选形成在外侧金属板之内或之上。凹槽和其他凹痕可根据板的厚度和待形成的特征的尺寸,通过采用铣削、切割、弯曲、滚压和冲压等公知技术被形成。细节可通过焊接被粘附。也可在主芯层14注入和固化后再形成这些特征,但在这种情况下,可能需要采取措施以确保焊接等行为所产生的热量不会对芯13产生有害影响。
在某些情况下,通过将边缘板或周边杆焊接到外侧金属板上可避免使用模具,使得板形成自己的模具。根据内芯的可压缩性和弹性,可能需要提供约束措施以防止由于在主芯层14的注入和固化过程中所产生的内压力导致的外侧金属板的变形。
应该注意到,在芯已被固化之后,面板和周边杆被芯层14粘接在一起,因此在某些情况下,将周边杆固定到面板上只需足以承受注入和固化的过程中遇到的载荷,而不必承受底板10的使用过程中遇到的载荷。为改善腔的密封效果,可在边缘板或周边杆与面板之间设置垫圈或密封条。
需要注意到的是,以上描述的目的不是限制性的,其他修改和变化也属于本发明的范围之内,其被所附权利要求限定。
Claims (19)
1.一种舱盖,包括框架和焊接在该框架上的多个预制夹层板。
2.根据权利要求1所述的舱盖,其中,所述预制夹层板包括第一和第二外侧金属层以及塑料或聚合物材料的芯层,该芯层以足够的强度粘接到所述外侧金属层上以在该芯层与所述外侧金属层之间传递剪切力。
3.根据权利要求2所述的舱盖,其中,所述塑料或聚合物材料包括热固性紧密型弹性体,例如聚氨酯。
4.根据权利要求3所述的舱盖,其中,所述芯进一步包括密度小于该塑料或聚合物材料的多个构成物。
5.根据上述权利要求任一项所述的舱盖,其中,所述预制夹层板具有弧形的角。
6.根据权利要求2至5任一项所述的舱盖,其中,每个预制夹层板包括周边杆,该周边杆从所述第一和第二外侧金属板向外突出,其中每个夹层板的周边杆被焊接在所述框架上。
7.根据权利要求2至5任一项所述的舱盖,其中,所述预制夹层板的所述外侧金属板被直接焊接到所述框架上。
8.根据权利要求2至5任一项所述的舱盖,其中,所述预制夹层板的所述外侧金属板的厚度在2毫米至5毫米的范围内。
9.根据权利要求2至5任一项所述的舱盖,其中,所述预制夹层板的芯层的厚度在10毫米至30毫米的范围内。
10.一种制造舱盖的方法,包括:
设置框架;
将多个预制夹层板插入该框架中;以及
将该多个预制夹层板焊接到该框架上。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述多个预制夹层板具有弯曲的角,并且将该多个预制夹层板焊接到该框架上的步骤包括:对于每个预制夹层板而言,
沿第一方向将该预制夹层板的沿对角相对的角焊接到该框架上;
沿与该第一方向相对的第二方向将该预制夹层板的其他角焊接到该框架上;
沿该第二方向将该预制夹层板的第一对对边焊接到该框架上;以及
将该预制夹层板的其他边焊接到该框架上。
12.根据权利要求10至12任一项所述的方法,其中,所述多个预制SPS板以长方形阵列被设置在该框架中,且将该多个预制夹层板焊接到该框架上的步骤包括在焊接最外侧预制夹层板之前先将最内侧预制夹层板焊接到该框架上。
13.根据权利要求10至13任一项所述的方法,其中,将该多个预制夹层板焊接到该框架上的步骤包括将该多个预制夹层板的各外侧板直接对焊到该框架上。
14.根据权利要求10至13任一项所述的方法,其中,所述多个预制夹层板具有从它们的外侧板处向外突出的周边杆,且所述焊接的步骤包括将所述周边杆焊接到该框架上。
15.根据权利要求10至14任一项所述的方法,其中,在插入该预制夹层板构件之前,所述框架被完全组装。
16.根据权利要求10至14任一项所述的方法,其中,设置框架和插入预制夹层板的步骤包括用围绕该预制夹层板的多个横梁和纵梁组装该框架。
17.根据权利要求10至16任一项所述的方法,其中,该预制夹层板按下列步骤制造:
按照在空间上分隔的关系设置第一金属板和第二金属板以限定腔;
用未固化的塑料或聚合物材料填充所述腔;以及
直接或间接地使所述塑料或聚合物材料固化以形成芯,该芯以足够的强度粘接到所述外板上以在该芯层与所述外板之间传递剪切力。
18.根据权利要求1至9任一项所述的具有多个舱盖的船。
19.根据权利要求18所述的船,所述船是集装箱船。
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