CN1046245C - 大型结构的模件框架组装方法及其实施该方法的模制结构 - Google Patents

Abstract

高精度制造安装成套设备的模件框架，从而把模件框架安装成大型结构时用不着进行调整。模件框架包括一对水平、互相平行的主梁，一对连接主梁的梁杆，从每个主梁和梁杆的连接点垂直延伸的支持柱，在各个主梁、梁杆和支持柱的一端至少有一个连接器。

Description

大型结构的模件框架组装方法及其实施该方法的模制结构

本发明讨论预制诸如安装成套设备的大型船只发动机室的大型结构模件框架的装配方法和实施所述方法的模制结构。

在轮船的发动机室内装有各种成套设备，如机器、管道、电线，这些都要安装和固定到船体上。通常船体上装有甲板，要将成套设备放到甲板上或甲板下或船体内，以便将设备安装和固定在甲板的上面或下面。

按常规在安装和固定时，有许多在船内的操作是在很差的环境条件下进行的。因此工作效率很低，工期常常延长。在船内固定和安装的工作中，由于尺寸的误差经常需要进行调整，这就进一步降低了工作效率。

为了克服这些问题，设想将成套设备划分成很多块，在工厂预先将这些设备块安装到一个或几个模件框架上。然后将设备块与模件框架一起送入船内进行安装，接着将装有其它设备的另一个或几个模件框架装入船内，以使这些模件框架与前面先装入的模件框架相连接，并将这些成套设备相互连接。

这样设想的方法将大大减少船内操作，缩短安装和固定的工期，因为只需将在船外制造的模件框架与安装在它上面的设备装入船内进行连接。

然而所设想的方法一直被认为是不实际的。因为模件框架尺寸巨大，用焊接或类似方法刚性装配以支持沉重的负荷或物体，因此很难防止材料的尺寸误差和焊接变形，保持模件框架尺寸的精度。如果不能保持尺寸的精度，在船内安装时就要求额外的操作，以在模件框架之间和/或成套设备之间进行调整。这样的调整花费很多时间和劳力，难以提高工作效率。

因此本发明的主要目标是提供预制大型结构的模件框架的装配方法和实施该方法的模制结构，根据本发明可以通过焊接高精度地制造大型和沉重物体的模件框架，安装时不必进行调整。

根据本发明提供将模件框架作为平面状的大型结构的一部分而装配于大型结构上的装配方法，所述模件框架包括一对水平和平行的主梁，将一对梁杆在主梁之间延伸并与主梁连接，连接器至少连接到每个主梁和/或每个梁杆和/或支承柱的一端上，其中，所述方法包括：在将主梁、梁杆、底板和支承柱焊在一起的同时，将所述模件框架的主梁和梁杆以及底板和支承柱等构件支承在处于预定位置上的支承装置上，将两个或多个连接器分别保持在形成支承装置一部分的连接器支承托架上，并将连接器支承托架定位，由此使它们处于相应于主梁、梁杆和支承柱等构件的另一个相邻的端部的预确定位置并将连接器焊接到所述端部上。

根据本发明所述的装配方法，其中，将一支承柱从主梁与梁杆的接合处垂直延伸。

根据本发明所述的装配方法，其中，将水平并呈矩形的底板、支承柱从底板的每个拐角处垂直延伸。

根据本发明所述的方法，其中，在将结构件焊在一起的同时，将所述构件其中的一组相对其中的另一组进行定位，消除焊接部分的焊接变形，并将连接器连接到至少某些所述的构件上。

根据本发明所述的通过采用由连接器将许多模件框架连接到一起的方法的模制结构，每个模件框架的连接器处于相对于其中另一个模件框架的预定位置，所述模制结构被提供于诸如船舶的发动机机舱的大型结构之中，至少一个模制框架是通过包括两个分别连接于模制框架和大型结构上的肘板的连接件而连接到大型结构上的，两个另外的大孔板通过穿过孔的螺栓连接到肘板的相返侧，至少部分这些孔是可选择定位的长孔。

根据本发明所述的模制结构，其中，至少一个模制框架是通过包括固定于大型结构上用于加强的导轧的连接件而连接到大型结构上。

根据本发明，它主要包括如下特征：

本发明与用于安装成套设备的水平形式的大型结构用的模件框架有关，该模件框架包括：一对水平和互相平行的主梁，一对连结主梁的梁杆，至少在主梁和梁杆的一端有连接器。

本发明与用于安装成套设备的三维形式的大型结构用的模件框架有关，该模件框架包括：一对水平和互相平行的主梁，一对连结主梁的梁杆，从该主梁和梁杆的每个连结点垂直延伸的支持柱，和至少在该主梁、梁杆和支持柱的一端设置的连接器。

本发明与用于安装成套设备的三维形式的大型结构用的模件框架有关，该模件框架包括基本上成矩形的水平的底板组件，从该底板四角垂直延伸的支持柱，至少在该支持柱的一端有连接器。

本发明与组装模件框架的方法有关，该方法包括主梁、梁杆和支持柱之间，或底板与支持柱之间的焊接，去除焊接部分的焊接变形，各装配部件的定位和保持，至少把一个连接器精确地定位和保持在某个主梁、梁杆和支持柱的相关位置上，并把该连接器焊接到相应的主梁、梁杆和支持柱上。

本发明与装配模件框架的装置有关，包括将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机构，用来定位和保持连接器在与某个主梁、梁杆和支持柱相关位置上的连接器支持托架。

本发明与用于大型结构模件框架的联合器有关，它包括：分别固定在大型结构内部和装设在大型结构内模件框架上的肘形板，通过螺栓连接到该肘形板上，以与带有模件框架的大型结构相连的双层板，某些螺栓孔水平延伸成槽。

本发明与用于模件框架的联合器有关，包括一导轨，沿着导轨安装模件框架，该导轨也作为大型结构的加强机构。

本发明与联合器有关，其中在纵向排列大量的导轨。

下面结合附图描述本发明的优选实施方案。

图1是按照本发明的模件框架第一实施方案的透视图；

图2是图1机构的侧视图；

图3是用来装配图1所示模件框架的装置的平面图；

图4是沿图3中Ⅳ-Ⅳ线所取的断面图；

图5是图4的局部放大图；

图6是图5中箭头Ⅵ方向的视图；

图7是图5中箭头Ⅶ方向的视图；

图8是图3中箭头Ⅷ-Ⅷ方向的视图；

图9是图3中箭头Ⅸ-Ⅸ方向的视图；

图10是用图3的装配装置进行模件框架装配的第一步；

图11是用图3的装配装置进行模件框架装配的第二步；

图12是用图3的装配装置进行模件框架装配的第三步；

图13是用图3的装配装置进行模件框架装配的第四步；

图14是用图3的装配装置进行模件框架装配的第五步；

图15是用图3的装配装置进行模件框架装配的第六步；

图16是用图3的装配装置进行模件框架装配的第七步；

图17是如图1的两个或多个模件框架组合起来的模件组合体的透视图；

图18是将图17的模件组合体安装在大型结构里的透视图；

图19是图18的局部放大图；

图20是图19中联合器的放大侧视图；

图21是沿图20中ⅩⅪ-ⅩⅪ线取的剖面图；

图22是按照本发明的模件框架第二实施方案的透视图；

图23是按照本发明的模件框架第三实施方案的透视图；

图24是按照本发明的模件框架第四实施方案的透视图；

图25是按照本发明的模件框架第五实施方案的透视图；

图26是按照本发明的模件框架第六实施方案的透视图；

图27是按照本发明的模件框架第七实施方案的透视图；

图28是按照本发明的模件框架第八实施方案的透视图；

图29是按照本发明的模件框架第九实施方案的透视图；

图30是按照本发明的模件框架第十实施方案的透视图；

图31是显示模件框架用的连接器第二实施方案的侧视图；

图32是显示模件框架用的连接器第三实施方案的侧视图；

图33是显示模件框架用的连接器第四实施方案的侧视图；

图34是显示图33的连接器在连接状态的图；

图35是显示模件框架用的连接器第五实施方案的侧视图；

图36是显示图35的连接器在连接状态的图；

图37是显示模件框架联合器的第二实施方案。

图1和图2显示按照本发明的模件框架1的典型基本形式，它包括一对水平并互相平行的主梁2，在主梁2之间与主梁垂直的一对水平和相互平行的梁杆3，梁杆刚性地焊接在主梁2相对的两端，和4个支持柱6，每个支持柱都有上柱和下柱部分4和5，上、下柱从主梁2和梁杆3的连接点垂直延伸并焊接在那里。

法兰连接器7刚性焊接在预定的位置(连接器安装位置)或模件框架1的各端。

图中，参考数字8代表为支持设备如重型机器9所附加的副梁；3′代表延伸部分，将模件框架1安装到船内时，用延伸部分将模件框架1连接并固定到船体结构的固定部分如船壁上；45是加强肋，46是加强托架。

模件框架1组装成的长、宽、高尺寸应与图中虚线所示的六面体容器尺寸高精度地一致。

除机器9之外，模件框架1上安装有各种设备如管道10和电线11。

下面参考图3到9描述装配模件框架1的装置12。

如图3所示，一对相互平行的纵向框架13，其间距与模件框架1的主梁2相同，长度比主梁2长，与一对与纵向框架13垂直的横向框架14在陆地上组合成井字形，框架14与模件框架1的梁杆3有相同的间距。在纵向框架13的一侧安装固定侧定位机构，以将主梁2在纵向、横向或垂直方向定位，移动侧定位机构16安装在框架13的另一侧。

梁支持件17安装在纵向框架13之间的横向框架14的上表面，与模件框架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，固定在横向框架14的四点或各端。

如图4、5和6详细表示，移动侧定位机构16包括可动的基座22，通过衬垫滚轮20或类似的东西可使其沿纵向框架13移动，基座上装有横向定位用的连接器支持托架21。通过气缸23可使基座22和支持托架21移动。

支持托架21有内表面24(见图5)，法兰连接器7以很高的定位精度固定在内表面24上，例如图7表示，将整孔销26通过孔25插入到两个相对的孔中，用螺栓和螺母(未示出)连接其它孔25。

在支持托架21内部的某位置上，可动基座22有主梁定位基座32。如图6所示，定位基座32上装设带有定位块28的导引件30，在定位块28上垂直分离的两点支持工形主梁2的垂直梁腹27的一侧，以便将主梁2纵向和横向定位，还有带有推压气缸29的导引件30′，将垂直梁腹27的另一侧面推向定位块28，和用来在高度上支持垂直梁腹27的高度定位板31，以便使主梁2的下表面与下柱部分5的顶面在同一平面。

移动侧定位机构16具有固定基座19，基座19的内端装设定位挡块35，可动基座22可紧靠着它，因此可使支持托架21与支持托架33之间(见图4)的距离以很高的精度保持不变。

如图4所示，固定侧定位机构15包括连器33和主梁定位基座34，它们的高度和布置与支持托架21及移动侧定位机构16的定位基座32相同。

纵向框架13与横向框架14的每个连接点的上表面处有支持托架37，它的结构与支持托架21相同。如图7所示，通过拧紧法兰连接器37使其与下柱部分5的下端刚性连接进行定位。

上定位基座18的上面设置带截头锥形导孔38的导引件39。上导杆41在其下表面相反的两端带有截头锥形突起部分40，上导杆41横向跨过基座18，并通过其突起部分40与孔38的配合从而与基座18连接，因而保持上导杆41的高度一定，这样构成了上定位机构42。

在上导杆41的下表面装有支持托架43，它与支持托架37垂直对齐，结构与合者相同，以便将连接器7固定在上柱部分4的顶端。上导杆41的上表面装有吊装挂钩44。

下面根据图10至16并参考图3至9描述装配模件框架的步骤。

首先如图10所示，通过法兰36将下柱部分5定位和固定到纵向框架13与横向框架14的连接点上的支持托架37上。

如图11所示，将连接器7通过整孔销26(图7)分别定位和安装到固定侧和移动侧定位机构15和16的支持托架21和33上。然后将每个主梁2悬挂和定位在主梁定位基座32和34上。移动可动基座22紧贴定位档块35，使连接器7沿模件框架1的纵向定位。通过主梁定位基座32和34的导引件30和推压气缸29完成纵向和横向定位。通过高度定位板31进行高度定位。

接着如图12所示，在主梁2上的所需位置焊接加强肋45。

然后如图13所示，将梁杆3和副梁8安装到主梁2之间，在其外侧焊接延伸部分3′。如图14所示，为了补强，焊接托架46。

如图8和9所示，将在预定位置装有支持托架43的上导杆41置于上定位基座18上，使前者的突起导引部分40与后者的导孔38啮合。上柱部分4垂直立于主梁2和梁杆3的每个连接点处，如图15所示，调整位置使上柱部分4的上端与相应的支持托架43对齐，然后将其下端刚性焊接在相应的连接点处。

焊接之后，将各部分保持在约束状态直至焊接部分冷却以消除焊接变形。

接着如图16所示，将定位的下柱部分5的上端连结到主梁2上。主梁2的各端，上柱部分4的上端分别与已定位的连接器7焊接相连，通过上述同样方法消除焊接变形。在这种情况下，可以认为下柱部分5与连接器7连成一整体，因为它们长度很短，故可能产生的焊接变形很小。

通过上述步骤，可以很高精度构成模件框架1。

将构成模件框架1的组成部分如主梁2、梁杆3和上柱、下柱部分4和5通过切割或类似方式预先精确地制备好，比规定尺寸小0-2mm，这样作是合宜的。

在其它地方焊接好主梁2、梁杆3和上柱部分4，仅利用本发明的装配装置将它们焊接上连接器7，这也是合适的。为了支持要安装机器的重量和抗震，主梁2、梁杆3和支持柱6要有足够的刚度。虽然在上面的实施方案中利用I形钢，但也可使用H形、槽形、矩形或圆形钢及组合材料。

当用这样构成的模件框架1装配大型结构如轮船的发动机室时，可在陆地上将如图1所示的装有机器9、管道10及电线11等的几个模件框架，通过螺栓连接连接器7和连接管道l0及电线11而组装在一起，组成模件框架组合体48，在组合体中安装功能互相有关的全部或部分设备，其体积大小应能安装到船体上(见图l7)。

对每一种功能，可制备这样的模件框架组合体48，每个组合体48都以三维形式布置和安装在发动机室内预先确定的位置。如图18所示，然后在发动机室地板与组合体48之问，在组合体48之问以及在组合体48与发动机室的横向 壁49或纵向 壁50之间进行连接。

如图19到21所示，用来连接模件框架1与纵向

壁50的联合器5l包括双层板54和挤压肘板52和53，挤压肘板相对的两端分别固定到

壁50和模件框架1上，用螺栓55和56将各板夹紧。螺栓孔59、60、61和62中，螺栓固定部分57、58的某些孔为长孔(在图中，孔61为长孔，如虚线所示)。

上面的模件框架l是按集装箱的尺寸设计(用集装箱化的尺寸)，便于运输，因此安装和固定各种机器9的工作就可在环境较好的地方进行。因为可以根据高精度制造的横件框架1制造模件和把成套设备模块化，因而有可能提高成套设备在模件框架1中的安装精度，并使模件框架组合体48标准化。还有，由于把模件框架1设计成三维井字形，可进行更有效地利用空间的三维布置。而且井字形的模件框架1比箱形结构的连接点少，因而可以很容易地高精度相互连接。

通过上面设置的联合器5l连接模件框架1与纵向舱壁50的好处在于，当船上发生剧烈振动和在螺栓拧紧部件57和58处加有超负荷时，由于上述在螺栓拧紧部件57或58处的长孔使板53和54或板53和52之间产生相对滑动，从而阻止超外的力施加到模件框架1上。就是说，没有额外力作用到模件框架1上，和没有强的外力作用到安装在模件框架1中的设备上，因而保证组合体48的安全。

螺栓59至62中的任一个都可设置长孔。

图22显示按照本发明的模件框架第二实施方案，在构造上它大体上与前述的第一实施方案相同，只是在模件框架1上增加一底板63，因此与第一实施方案有相同的功能和优点。

图23代表按照本发明的模件框架第三实施方案，通过将主梁64和梁杆65装配成矩形而构成模件框架67。支持柱66连接到矩形的四个顶点。第三实施方案基本上与第一或第二实施方案有相同的功能和优点。

图24代表按照本发明的模件框架第四实施方案，它与第三实施方案的结构基本相同，只是模件框架70在主梁64的中心处装设中间梁杆68和中间支持柱69。第四实施方案与前述的任一实施方案有大体相同的功能和优点。

图25代表按照本发明的模件框架第五实施方案，它大体上与第二实施方案的结构相同，只是模件框架73装有上主梁71和上梁杆72。第五实施方案与前述的任一实施方案有基本相同的功能和优点。

图26显示本发明的模件框架第六实施方案。模件框架75包括矩形底板74，支持柱66，柱的中间连接到底板四个顶点，连接支持柱66上端的上梁杆72。第六实施方案与上述的任一实施方案大体上有相同的功能和优点。

图27是本发明的模件框架第七实施方案。模件框架76包括矩形底板74，支持柱66，柱下端连接到底板74的各顶点，连接支持柱66上端点的上主梁71和上梁杆72。第七实施方案与上述的任一实施方案大体上有相同的功能和优点。

图28是本发明的模件框架第八实施方案，它与第四实施方案的构造大体相同，只是模件框架78包括下支持柱73而不是柱66和69。第八实施方案与上述的任一实施方案大体上有相同的功能和优点，尤其适用于布置在最上层和最下层的情况。

图29显示本发明的模件框架第九实施方案，模件框架81包括主梁64，梁杆65，在64与65里面的副主梁79和副梁杆80，上底板和下底板74及装在下底板74下的下支持柱77。第九实施方案与上述实施方案大体上有相同的功能和优点。

图30是本发明的模件框架第十实施方案。二维模件框架82仅由主梁64和梁杆65组成。第十实施方案与上述实施方案大体上有相同的功能和优点。

在前述的实施方案中，模件框架1、67、70、73、75、78、81和82都是通过螺栓与紧贴的连接器7相连。另外的方法有，如图31所示，平焊连接模件框架端部83和84，使模件框架之间相互连接，如图32所示，利用条形板85螺栓连接，如图33和34所示，利用套筒86连接，或如图35和36所示，利用扭转锁键87锁定连接。这些连接方法可以联合使用。

图37显示按照本发明的模件框架联合器的第二实施方案，其中导轨91在发动机室的前壁88和甲板89上纵向延伸，相互之间的距离与每个模件框架90的尺寸相适应。利用导轨91安装和固定模件框架90。

因为以预先确定的间隔安装导轨91，沿着导轨安装和固定模件框架90，因此不必连接模件框架90，也提高了安装精度。由于安装和固定的工作更加便利，从而可大大缩短安装和固定的工期。在安装之后模件框架可得到导轨91的机械保护，因而不需要增加框架本身的强度来抵抗轮船的振动，框架只需相应最小的强度。还有，即使减小了机械强度的模件框架90在安装的提升操作中产生变形，只要将模件框架90放入导轨91内就可补偿这种变形。甚至当船体结构精度较差，其不精确度可被导轨91吸收，而不会对模件框架90产生影响。而且导轨91是作为船体加强机构的一部分，从而可设计发动机室的结构件具有较小的强度。

在上述的发明中，对根据集装箱尺寸设计的模件框架进行了描述。但是所申请的模件框架并不局限于这种尺寸，可设计成任意需要的尺寸。还有，所描述的各种实施方案是应用于轮船上的，但无需说明，也可应用本发明为所有的机械装置制造模件，包括其他各种海洋机械结构和陆上的机械结构。因此，在本发明真正宗旨的范围内，可以进行各种修改和变动。

Claims (6)

1．将模件框架作为平面状的大型结构的一部分而装配于大型结构上的装配方法，所述模件框架(1,75,82)包括一对水平和平行的主梁(2,64),将一对梁杆(3,65)在主梁(2,64)之间延伸并与主梁(64,2)连接，连接器(7)至少连接到每个主梁(2,64)和/或每个梁杆(3,65)和/或支承柱(6,66)的一端上，其特征在于，所述方法包括：在将主梁(64,2)梁杆(65,3)、底板(74)和支承柱(66,6)焊在一起的同时，将所述模件框架(1,75,82)的主梁(2,64)和梁杆(3,65)以及底板(74)和支承柱(6,66)等构件支承在处于预定位置上的支承装置(12)上，将两个或多个连接器(7)分别保持在形成支承装置(12)一部分的连接器支承托架(21,33)上，并将连接器支承托架(21,33)定位，由此使它们处于相应于主梁(2,64)、梁杆(3,65)和支承柱(6,66)等构件的另一个相邻的端部的预确定位置并将连接器(7)焊接到所述端部上。

2．根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，将一支承柱(6)从主梁(2)与梁杆(3)的接合处垂直延伸。

3．根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于：将水平并呈矩形的底板(74)、支承柱(66)从底板(74)的每个拐角处垂直延伸。

4．根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在将结构件(64,65；23,6,74,66)焊在一起的同时，将所述构件(64,65；2,3,6；74,66)其中的一组相对其中的另一组进行定位，消除焊接部分的焊接变形，并将连接器(7)连接到至少某些所述的构件上。

5．一种实施上述权利要求所述的通过采用由连接器(7)将许多模件框架连接到一起的方法的模制结构，其特征在于，每个模件框架(1)的连接器(7)处于相对于其中另一个模件框架(1)的预定位置，所述模制结构被提供于诸如船舶的发动机机舱的大型结构之中，至少一个模制框架(1)是通过包括两个分别连接于模制框架(1)和大型结构上的肘板(52,53)的连接件而连接到大型结构上的，两个另外的大孔板(54)通过穿过孔(59,60,61,62)的螺栓(55,56)连接到肘板的相返侧，至少部分这些孔是可选择定位的长孔。

6．根据权利要求5所述的模制结构，其特征在于，至少一个模制框架(1)是通过包括固定于大型结构上用于加强的导轧(91)的连接件而连接到大型结构上。

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