Проектирование подвесных лесов для формирования корпуса судна из композитных материалов

Задача

Выполнить разработку проекта (включая подробную 3D-модель) подвесных лесов, предназначенных для формирования корпуса боевого судна из стеклопластика методом вакуумной инфузии внутри стальной матрицы.

Работы выполнялись по техническому заданию заказчика - производственной компании из г. Санкт-Петербурга, получившей заказ на разработку полного комплекта конструкторской и эксплуатационной документации по данному проекту.

Генеральным заказчиком работ являлся Средне-Невский судостроительный завод

Требуемые характеристики

- Длина судна 61,6 м, высота - 8,5 м, водоизмещение 890 т

- Леса должны представлять собой сборно-разборную металлоконструкцию с несущими поперечными фермами, устанавливаемыми на свободный участок верхнего фланца матрицы корпуса судна.

- К фермам должна крепиться подвесная система лесов. Опирание на внутреннюю формообразующую поверхность матрицы не допускается.

- К силовым элементам лесов должны крепиться рабочие площадки. Рабочие площадки должны располагаться ярусами по всей высоте формообразующей поверхности матрицы вдоль обоих бортов. Шаг установки 1800 мм. Ширина площадок - 1000 мм

- Расстояние от ближайшего края площадки до матрицы должно быть 300...400 мм. Остальные элементы конструкции должны быть максимально удалены от поверхности матрицы.

- Нормативная нагрузка на настил рабочих площадок - 2000 Н/м² (200 кгс/м²)

Особенность проекта

Особенность данного проекта 12700 заключалось в том, что до 2010 года не только в России, но и в мире не было опыта постройки судов из стеклопластика таких больших размеров. Тем более - боевых кораблей ВМФ. Данное судно является самим большим кораблем в мире, изготовленным из монолитного стеклопластика методом вакуумной инфузии.

Проект судна был разработан ЦКБМ "Алмаз" и был передан для постройки Средне-Невскому судостроительному заводу.

Специалистами завода была спроектирована и изготовлена уникальная конструкция разборной стальной матрицы, внутренняя образующая поверхность которой в точности повторяет математическую модель корпуса судна.

По технологии изготовления рабочие должны раскатать по внутренней плоскости матрицы стеклоткань в несколько слоев. Укладка стеклоткани осуществляется из рулонов поперек матрицы. Работы должны выполняться в соответствии с технологическими картами, так как толщина судна в разных его частях не одинакова по проекту. Также должны быть установлены шпангоуты. После укладки весь многослойный пакет должен быть пропитан специальным составом методом вакуумной инфузии. Так как укладка стеклоткани осуществляется вручную, то необходимо обеспечить удобный доступ к каждому участку поверхности матрицы с подвесных лесов, обеспечив минимально удобный для работы зазор между лесами и поверхностью матрицы, не допуская касания матрицы лесами.

В качестве исходных данных для проектирования заказчиком была предоставлена 3D-модель внутренней поверхности матрицы (3D-модель корпуса судна).

Анализ поставленной задачи, поиск решений

Первоочередной задачей, которая была поставлена перед разработчиками было обеспечение безопасности работ при формировании корпуса. Именно эта задача всегда была на первом месте в процессе проектирования лесов.

На предварительном этапе необходимо было определить необходимое кол-во ярусов подвесных площадок, способ их крепления, определить расчетную нагрузку на поперечные несущие балки и определить их необходимое количество.

При выборе вариантов крепление несущих поперечных ферм выяснилось, что опираться непосредственно на верхний фланец матрицы нельзя, так как не него также должен быть уложен слой стеклоткани. Крепление несущих поперечных ферм можно осуществлять только на наружную поверхность борта матрицы.

Еще одной сложностью было обеспечение необходимого расстояния между лесами и формообразующей поверхностью, вследствие ее сложной формы. Однако, нельзя было идти по пути увеличения номенклатуры деталей и сборочных единиц. Необходимо было обеспечить максимальную унификацию, модульность и возможность регулировки положения элементов относительно формообразующей поверхности.

Решение

Перед началом построения силовых элементов было рассчитано необходимое кол-во ярусов рабочих площадок по высоте и их общая протяженность, что послужило исходными данными для последующих расчетов на прочность силовых элементов лесов.

В процессе проектирования было принято решение выполнить поперечные силовые элементы в виде ферм из стальных труб прямоугольного сечения. Шаг установки поперечных ферм - 4000 мм. Также, необходимо было предусмотреть поперечный переходной мостик в средней части матрицы для возможности перехода рабочих с одного борта матрицы на другой.

Для крепления опор поперечных силовых ферм потребовалось выполнить усиление матрицы с наружной стороны верхнего фланца.

Особое внимание было уделено переходным лестницам, которые соединяют соседние уровни. Данные лестницы предназначены для прохода с одного уровня лесов на другой. Помимо прямого назначения (удобства прохода при работе по укладке стеклоткани) у данных лестниц имеется еще одно важное назначение, а именно - пути эвакуации при нештатных ситуациях. Поэтому, на случай возможного пожара внутри матрицы, данных лестниц должно быть достаточно для быстрой и беспрепятственной эвакуации персонала.

На первом этапе была построена 3D-модель небольшого участка подвесных лесов в средней части матрицы судна. Данный участок включал основные типовые элементы: поперечные несущие фермы, 5 ярусов подвесных площадок, вертикальные подвесы и переходные лестницы.

Крепление подвесов к поперечным несущим фермам выполнено с помощью хомутовых зажимов. Данное крепление позволяет перемещать подвес с площадкой в поперечном направлении матрицы для регулировки оптимального зазора между краем площадки и поверхностью матрицы.

После выполнения проверочных расчетов на прочность и согласований с заказчиком всех элементов конструкции была построена подробная 3D-модель всех лесов.

Результат

В результате выполненных конструкторских работ заказчик получил подробную 3D-модель лесов, пояснительную записку к проекту и габаритные чертежи элементов конструкции. Далее конструкторский отдел заказчика осуществил выпуск полного комплекта конструкторской документации. Комплект конструкторской документации был передан заказчиком Средне-Невскому судостроительному заводу. Завод выполнил изготовление и монтаж лесов. Далее был успешно осуществлен процесс формирования корпуса судна методом вакуумной инфузии. Первый образец проекта 12700 был успешно построен, спущен на воду и передан ВМФ РФ.

Судостроительным заводом был высоко оценено качество выполненного проекта и обоснованность принятых конструкторских решений. В настоящее время данная конструкция подвесных лесов успешно применяется для изготовления подобных судов.

Пояснительная записка	Пояснительная записка	Пояснительная записка

 

Пояснительная записка	Пояснительная записка

 

Устройство доступа к труднодоступным местам	Переход с борта на борт

 

Лестница	Процесс формирования стеклопластикового корпуса

 

Процесс формирования стеклопластикового корпуса	Процесс формирования стеклопластикового корпуса

 

Судно перед спуском на воду	Судно спущено на воду