邱訓(xùn)賓

(南通中遠(yuǎn)船舶鋼結(jié)構(gòu)有限公司,江蘇南通 226004)

1 設(shè)備系統(tǒng)組成

大型門(mén)式起重機(jī)有 6大部分組成,一是 3大鋼結(jié)構(gòu)主體,就是主梁、剛性腿和柔性腿;二是輔助鋼結(jié)構(gòu)件,主要指行走機(jī)構(gòu)、維修吊和各類(lèi)梯子平臺(tái);三是起升機(jī)構(gòu),如上、下小車(chē);四是電氣控制系統(tǒng);五是報(bào)警、限位、過(guò)載保護(hù)、錨定等安全保護(hù)系統(tǒng);六是潤(rùn)滑系統(tǒng)。

2 3大鋼結(jié)構(gòu)主體的建造特點(diǎn)和具體步驟

2.1 3大鋼結(jié)構(gòu)主體的建造特點(diǎn)

從主梁、剛性腿和柔性腿的結(jié)構(gòu)形式上看,其特點(diǎn)是主體尺寸大,絕大多數(shù)設(shè)計(jì)選用雙主梁組合。其梁高為10～12m,其梁寬上部為4～4.5 m、下部為2～2.5 m。剛性腿的截面長(zhǎng)、寬多達(dá) 8～12m。柔性腿的撐桿則呈筒體狀,直徑常達(dá) 3m左右。所用鋼板或型材規(guī)格大。主梁、剛性腿構(gòu)件外觀是四面圍壁式,內(nèi)部為肋板加強(qiáng)及桁架框架支撐。3大結(jié)構(gòu)內(nèi)部都安裝了專(zhuān)門(mén)的行走通道或梯子,便于在構(gòu)件內(nèi)部安裝電氣線路及設(shè)備投入使用后的檢修。

2.2 3大鋼結(jié)構(gòu)主體的建造具體步驟

國(guó)內(nèi)普遍采用的建造方法是分段建造法。首先把鋼結(jié)構(gòu)部分按照一定的大小劃分為若干個(gè)分段并在鋼結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)廠家制造好。一般地說(shuō),每個(gè)這樣的分段重量要達(dá)到 100～150 t。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)廠家的起重能力和出運(yùn)條件,將分段做得越大越好,以便于減少現(xiàn)場(chǎng)合攏的工作量。然后,將分段運(yùn)輸?shù)酱瑥S,在門(mén)機(jī)安裝的軌道長(zhǎng)度上合適的位置安排一塊場(chǎng)地,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)件的合攏。

2.2.1 主梁側(cè)板平面分段制作

在真正制作開(kāi)始前,要考慮如何設(shè)計(jì)外形形狀,便于后續(xù)的各道工序順利展開(kāi)。經(jīng)過(guò)對(duì) 2種外形形狀的比較以及實(shí)際應(yīng)用,認(rèn)為采用直角梯形形狀比采用等腰梯形或平行四邊形的形狀要有優(yōu)勢(shì)。理論上梁拱在側(cè)板上是弧線狀,而實(shí)際上在做分段時(shí)并不是將每個(gè)分段都做成弧線形的,而是將分段做成直線狀,在分段合攏時(shí)將其接成理論上的折線狀。因整根主梁由十余個(gè)分段組成,外觀上并不能看出折線形狀。在將分段做成直線狀的前提下,根據(jù)輸入的梁拱數(shù)值和分段劃分的位置,可以有 2種選擇,一是選等腰梯形,二是選直角梯形,平行四邊形是由等腰梯形變異而來(lái)的。選等腰梯形的好處就是把梁拱弧線上與每個(gè)分段相交的 4角用 4條線連接起來(lái)便可得到,方法簡(jiǎn)單。而且從分段在梁拱弧線圖上的連接對(duì)稱(chēng)及光順角度看,也是較理想的。然而,這種外形的選擇卻給生產(chǎn)制作帶來(lái)了麻煩。因?yàn)樵谶M(jìn)行平面分段的縱橫結(jié)構(gòu)件定位畫(huà)線時(shí)發(fā)現(xiàn),縱向結(jié)構(gòu)可以與上、下面板取平行位置,而橫向結(jié)構(gòu)除分段長(zhǎng)度中心位置一處是與縱向結(jié)構(gòu)垂直外,其余各處都與縱向結(jié)構(gòu)呈某一角度。這個(gè)角度接近 90°,變化很小,無(wú)論是畫(huà)線還是今后的檢查,都很難把握與控制。選用直角梯形時(shí),把向主梁端部一側(cè)的分段邊人為確定為 3條線互成直角,而向主梁中心一側(cè)的分段邊呈斜線狀,這種做法可以避免等腰梯形的弊端,惟一的不足就是在梁拱弧線圖上的連接對(duì)稱(chēng)及光順不及等腰梯形。理論上講當(dāng) 2個(gè)分段連接時(shí),分段的高度在直角邊側(cè)和斜邊側(cè)是不一樣的。但是,經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn),當(dāng)一個(gè)分段的長(zhǎng)度達(dá) 10～12 m時(shí),這個(gè)分段的上、下 2個(gè)邊的長(zhǎng)度只相差 50 mm左右,這么小的差值在分段高度達(dá)到 10～12m的情況下分段的高度在直角邊側(cè)和斜邊側(cè)的差異僅 2～4mm,因此可將這個(gè)差異視作制造誤差而不予考慮,從而最終確定了主梁側(cè)板平面分段的制作工藝。

2.2.2 主梁底板平面分段制作

主梁底板大部分設(shè)計(jì)成雙層板疊加形式,內(nèi)底板寬度小于外底板,外底板寬度則超出側(cè)板,側(cè)板與兩層底板間的連接形式為組合式焊接接頭,見(jiàn)圖 1。合攏時(shí)對(duì)有后嵌入部分的底板,只需把內(nèi)、外底板通過(guò)角焊縫連接在一起,對(duì)于無(wú)后嵌入部分的底板就要多一道工序,即要求將內(nèi)、外底板在分段合攏處的層間縫隙用焊接的方式密封起來(lái),見(jiàn)圖 2、圖 3。

圖1 側(cè)板與底板組合式焊接接頭

圖2 帶嵌裝段底板連接方式

圖3 不帶嵌裝段底板連接方式

2.2.3 主梁頂板平面分段制作

主梁頂板上有 2塊安裝小車(chē)軌道用途的承軌加強(qiáng)板,位于側(cè)板上方。通常其厚度為 30 mm以上,厚者為50mm,在主梁中部時(shí)與其他頂板的板厚相差不大,但在往兩端延伸時(shí),這種板厚差越來(lái)越大。因此,頂板平面分段制作主要的矛盾是要解決厚、薄板對(duì)接焊接所引起的不對(duì)稱(chēng)變形問(wèn)題。

平面分段制造過(guò)程中,需要進(jìn)行過(guò)程控制,如各種焊接質(zhì)量的無(wú)損檢查、變形的矯正、完工外形尺寸的把關(guān)等。還要注意如首尾方向、左右側(cè)、定位線位置等標(biāo)識(shí)的標(biāo)注,為立體分段的合攏留下依據(jù)。在平面分段制造工藝設(shè)計(jì)階段,主梁的直角邊一側(cè)是基準(zhǔn)邊,沒(méi)有工藝余量,而斜邊一側(cè)則是工藝余量端,加放了一定量的工藝余量端,主梁兩端頭向內(nèi)的第二個(gè)分段上的這部分余量是留到現(xiàn)場(chǎng)總體合攏時(shí)做最后補(bǔ)償用的,其余分段上的余量是為立體分段制造做的儲(chǔ)備。

2.2.4 剛性腿平面分段的制造

剛性腿平面分段的制造與主梁側(cè)板平面分段相似,余量的加放原則也相同。分段的一端為無(wú)余量基準(zhǔn)端,另一端為余量端,余量同樣分在廠內(nèi)制作之用和到現(xiàn)場(chǎng)之用。

2.2.5 柔性腿平面分段的制造

柔性腿平面分段的制造主要是對(duì)鋼板進(jìn)行卷圓及筒體的裝配、焊接。

2.2.6 主梁立體分段的組合制造

在各平面分段制造完工后,采用將主梁分段平躺放置的立體分段組合制造法,就是建造一個(gè)傾斜胎架,將主梁的一側(cè)側(cè)板放在其上,要求胎架傾斜度以保證將頂板和底板合上去時(shí)為垂直水平面。合攏時(shí)的順序?yàn)閭?cè)板、內(nèi)部框架、頂板、底板,立體分段的組合制造需要在具有足夠起吊能力的場(chǎng)地進(jìn)行。由于大型門(mén)吊的設(shè)計(jì)對(duì)諸如主梁側(cè)板與頂板、底板間的焊縫都有拍片的檢查要求,所以合攏形成的各種焊縫需要通過(guò)翻身來(lái)改變焊接位置,保證焊接質(zhì)量。

2.2.7 剛性腿立體分段的制造

將剛性腿朝主梁內(nèi)側(cè)的一個(gè)平直面做基準(zhǔn)面,放置在水平胎架上即可,其他三個(gè)面的組裝與主梁類(lèi)似。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)主梁與剛性腿的連接多采用焊接方式,而國(guó)外設(shè)計(jì)則多采用在主梁底板下1 m左右距離處的剛性腿上加一組法蘭作為連接方式。焊接方式連接多出了現(xiàn)場(chǎng)提升時(shí)的空中裝配、焊接的工作,增加了高空作業(yè)的難度和風(fēng)險(xiǎn),優(yōu)點(diǎn)是不需要在立體分段制作時(shí)解決約10 m×10 m大小的法蘭面的加工問(wèn)題。在解決國(guó)外設(shè)計(jì)法蘭連接方式的法蘭面的加工問(wèn)題時(shí),采用分化處理來(lái)降低加工難度。具體方法為首先把 4面共 8塊法蘭板先進(jìn)行平面機(jī)加工,加工后將已加工的面貼合兩兩組對(duì)成 4組,隨后按要求進(jìn)行法蘭螺栓配鉆孔,鉆孔后用工藝螺栓穿入并將螺母擰緊保持法蘭面的密切結(jié)合。然后,在專(zhuān)門(mén)的胎架上把 4組法蘭板按圖紙尺寸要求組合成口子型,將主梁底板下 1 m左右高的剛性腿四方體先做成完整的結(jié)構(gòu),再來(lái)與法蘭板組合體裝配焊接。此時(shí)法蘭板強(qiáng)制固定在胎架上。為防止焊接后產(chǎn)生變形,焊接這種與法蘭板形成的焊縫時(shí),需要 2位焊工反復(fù)交叉在不同位置慢慢進(jìn)行對(duì)稱(chēng)焊接,從而達(dá)到減少焊接時(shí)單位時(shí)間熱輸入量,減小變形的目的。焊接完成后把這個(gè)部件作為整體,與另一段剛性腿成型結(jié)構(gòu)組裝另一面法蘭板。結(jié)果證明,可以有效地控制焊接后的法蘭板的變形情況。在分解法蘭板后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的重新組裝過(guò)程中,兩法蘭面結(jié)合局部最大間隙為5mm,大部分為0～2mm。

剛性腿立體分段中還有 1個(gè)較大部件是下橫梁,可事先在工廠內(nèi)將分段制造為 3段,運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行合攏。

在主梁和剛性腿的立體分段完工后,需要對(duì)除了留到現(xiàn)場(chǎng)用的余量以外的所有余量進(jìn)行切除,使得現(xiàn)場(chǎng)合攏盡量采用無(wú)余量作業(yè)。

2.2.8 柔性腿立體分段組合制造

柔性腿的撐桿圓筒體長(zhǎng)度達(dá)80多m,為了便于運(yùn)輸,設(shè)計(jì)時(shí)采用了法蘭連接結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)合攏時(shí)所用的法蘭與圓筒體焊接及法蘭平面機(jī)加工、法蘭螺栓配鉆孔等方面應(yīng)當(dāng)特別注意。具體做法首先把一段約1m長(zhǎng)度的圓筒體單獨(dú)分離開(kāi)來(lái)與放有加工余量的法蘭焊接,焊接后經(jīng)過(guò)矯正變形,對(duì)法蘭平面進(jìn)行機(jī)加工方法,加工出的平面應(yīng)當(dāng)與圓筒體垂直。然后,將 2個(gè)這樣的部件的法蘭平面貼合在一起,進(jìn)行法蘭螺栓孔配鉆,鉆孔后仍將這 2個(gè)部件以配鉆狀態(tài)保留待用。

在柔性腿與主梁連接處有個(gè)A字型結(jié)構(gòu),它需要用專(zhuān)門(mén)的胎架配合地樣線準(zhǔn)確完成。A字型結(jié)構(gòu)上部是個(gè)平面,中心位置有 1個(gè)直徑約0.5 m的圓形沉孔,用于放置柔性鉸,下部分出 2個(gè)圓筒體,中間部分是由 2個(gè)圓筒體過(guò)渡為 2個(gè)半圓體相混合的結(jié)構(gòu)。

柔性腿的立體分段制作時(shí),還有一個(gè)由圓筒體向下橫梁過(guò)渡的天圓地方結(jié)構(gòu),也需要用專(zhuān)門(mén)的胎架和外板展開(kāi)及成型加工配合的辦法單獨(dú)制造。

2.2.9 三角型結(jié)構(gòu)的預(yù)合攏

在 A字結(jié)構(gòu)、帶法蘭段結(jié)構(gòu)、圓筒體結(jié)構(gòu)、天圓地方結(jié)構(gòu)及下橫梁結(jié)構(gòu)全部完成后,還要進(jìn)行三角形結(jié)構(gòu)的廠內(nèi)預(yù)合攏。按照?qǐng)D紙尺寸要求按 1∶1比例畫(huà)出地樣線,把上述各個(gè)部件按圖紙位置對(duì)照地樣線放置到位,把帶法蘭段結(jié)構(gòu)與圓筒體結(jié)構(gòu)處的余量切除并裝配焊接好,只在下橫梁合適位置留一個(gè)活口,就是不把下橫梁連接成整體,而是分成 2個(gè)部分,便于運(yùn)輸。所有廠內(nèi)預(yù)合攏工作結(jié)束后,按圖紙尺寸在下橫梁耳板上劃耳孔鏜孔線用于鏜孔。條件許可時(shí),最好在未拆解狀態(tài)將下橫梁連接行走機(jī)構(gòu)的耳孔用特殊鏜孔設(shè)備將孔鏜好,并檢查合格后再拆解預(yù)合攏體。如果場(chǎng)地條件緊張,亦可在做好相應(yīng)標(biāo)記情況下,先拆解預(yù)合攏體,后進(jìn)行鏜孔工作,只是在這種情況下要求留下的標(biāo)記要仔細(xì)檢查,確保后續(xù)作為依據(jù)的標(biāo)記沒(méi)有原則差錯(cuò),保證到現(xiàn)場(chǎng)的與行走機(jī)構(gòu)的連接不出問(wèn)題。

2.2.10 現(xiàn)場(chǎng)3大鋼結(jié)構(gòu)主體的合攏

現(xiàn)場(chǎng)的合攏最主要工作是主梁,合攏前需要按照預(yù)想的制作梁拱(約1.2～1.3倍設(shè)計(jì)梁拱)制作胎架。胎架大多以每個(gè)分段 4個(gè)角做支撐的形式設(shè)定,胎架的中心位置往往需要向剛性腿一側(cè)偏離軌道中心100 mm左右距離。因?yàn)榇蠖鄶?shù)門(mén)機(jī)制造后空載時(shí)主梁會(huì)向剛性腿偏移100～120mm,而塔架提升時(shí)需要垂直提起主梁。這時(shí)主梁中心向剛性腿一側(cè)偏離軌道中心 100 mm左右,如圖 4所示。確定塔架基礎(chǔ)中心位置時(shí),必須結(jié)合設(shè)計(jì)給定的主梁上的提升位置,保證使塔架中心、主梁提升位置中心相吻合。

圖4 主梁現(xiàn)場(chǎng)合擾時(shí)中心偏離軌道中心

空載時(shí)主梁向剛性腿的偏移,需要在剛性腿與主梁的連接處進(jìn)行特別處理,才能在安裝完成后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。國(guó)外設(shè)計(jì)采用法蘭連接時(shí),常在圖紙中給出處理要求,施工單位只要留意圖紙中這方面的細(xì)節(jié),不能遺漏或做反。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)一般則不給出具體處理意見(jiàn),而是由總包單位與安裝單位協(xié)調(diào)按經(jīng)驗(yàn)處理。我們的做法是在理論連接線型基礎(chǔ)上,剛性腿朝軌道外側(cè)的邊,高度上從理論的水平點(diǎn)向下80～100 mm后,與剛性腿朝軌道內(nèi)側(cè)的邊相連得到一條線,這就是剛性腿與主梁的連接線。多出來(lái)的一個(gè)小斜三角形需要在提升之前割除,以便獲得成型后主梁偏移要求。主梁偏移補(bǔ)償見(jiàn)圖 5。

圖5 主梁偏移補(bǔ)償

剛性腿在現(xiàn)場(chǎng)的合攏方法為以?xún)?nèi)側(cè)平直的面為胎架面,把幾段分段對(duì)接合攏好,將下橫梁的 3個(gè)分段依地樣線合攏到位后,對(duì)行走機(jī)構(gòu)連接的耳板孔進(jìn)行鏜加工。

柔性腿在現(xiàn)場(chǎng)將原來(lái)的狀態(tài)恢復(fù)到位并將下橫梁的接口焊接好,法蘭連接的螺栓安裝好即可。

3 輔助鋼結(jié)構(gòu)件的制造

輔助鋼結(jié)構(gòu)件中維修吊和各類(lèi)梯子平臺(tái)的制造相對(duì)簡(jiǎn)單,其難點(diǎn)為行走機(jī)構(gòu)。因?yàn)檎麄€(gè)行走機(jī)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)部分主要由大大小小的平衡梁組成,而平衡梁的功能特點(diǎn)就是每個(gè)平衡梁都有 3組孔,其中下面的 2組是連接到下一個(gè)層次的更小的平衡梁或行走輪子上去的,上面的一組則是連接到上一個(gè)層次的更大的平衡梁或剛、柔性腿橫梁上去的。一般地說(shuō),上一個(gè)層次的更大的平衡梁上 2片耳板從外側(cè)插下來(lái)與下一個(gè)層次的更小的平衡梁上方的耳孔通過(guò)軸來(lái)連接,上、下 2個(gè)層次的平衡梁間還有限位塊來(lái)固定相對(duì)位置,保證行走機(jī)構(gòu)在使用過(guò)程中不出現(xiàn)因偏位而發(fā)生啃軌現(xiàn)象,如圖 6所示。

圖6 行走機(jī)構(gòu)

在制造行走機(jī)構(gòu)時(shí),首先要有效控制3組孔的位置,保證焊接完工后進(jìn)行內(nèi)孔精加工時(shí)能夠加工出,其次要保證 3組孔處耳板的內(nèi)、外開(kāi)檔的加工余量。行走機(jī)構(gòu)在廠內(nèi)的最終排裝就是上述制造加工都已經(jīng)完成,公、母相配的限位塊只安裝了 1塊,當(dāng)把各級(jí)平衡梁從小到大逐級(jí)吊裝時(shí),要檢查的就是輪子的直線度是否符合要求,每級(jí)平衡梁垂直度如何,最上面的 1個(gè)軸孔的軸線與軌道的垂直度如何。當(dāng)調(diào)節(jié)使上述幾項(xiàng)指標(biāo)都符合要求時(shí),便可以將另1塊限位塊安裝到位,使上、下平衡梁的位置得到確定。因?yàn)檫@種大型門(mén)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)組合起來(lái)又高又長(zhǎng),最好將一側(cè)的平衡梁分成 4小組先組裝好,并且通過(guò)整體移動(dòng)的方式來(lái)檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)后輪子直線度是否依然能夠有保證。如果出現(xiàn)超差變化,則要在這個(gè)時(shí)候分析原因并將其消除,這樣才能確保到現(xiàn)場(chǎng)的組裝質(zhì)量。最終排裝完成后,還要將行走機(jī)構(gòu)電極安裝到每組臺(tái)車(chē)(最小平衡梁)上去,并通電試驗(yàn)確認(rèn)其完好,最后以能夠運(yùn)輸?shù)淖畲蟮慕M合拆解整個(gè)行走機(jī)構(gòu),運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)。

4 起升機(jī)構(gòu)制造

起升機(jī)構(gòu)的制造中首先要解決好大型鋼絲繩卷筒的機(jī)加工問(wèn)題,這種加工通常需要委托有專(zhuān)門(mén)設(shè)備的專(zhuān)業(yè)廠家進(jìn)行。其次,要解決好上、下小車(chē)的車(chē)架鋼結(jié)構(gòu)件的制造。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)車(chē)架整體外形尺寸大,特別是上小車(chē)的外形尺寸常達(dá)8m寬、16 m長(zhǎng)、5m高,根本無(wú)法做成整體運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng),所以多采用在廠內(nèi)預(yù)組裝、合攏,然后再拆解運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)重新合攏焊接的工藝方案。由于上、下小車(chē)也同樣有行走機(jī)構(gòu),因此,上、下小車(chē)的車(chē)架鋼結(jié)構(gòu)件最后就是通過(guò) 4個(gè)點(diǎn)與這些行走機(jī)構(gòu)相連。國(guó)外設(shè)計(jì)多采用軸連接方式,國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)除了軸連接方式外,還增加了法蘭連接方式。軸連接方式需要解決軸孔的鏜孔問(wèn)題,且最好是在現(xiàn)場(chǎng)合攏后再進(jìn)行,這樣容易保證軸孔精度與質(zhì)量,但給現(xiàn)場(chǎng)工作增加難度。法蘭連接方式則相對(duì)降低了制造難度,保證了上、下小車(chē)行走時(shí)不易發(fā)生輪子啃軌現(xiàn)象。

5 電氣控制系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)

5.1 電氣控制系統(tǒng)

通過(guò)電氣控制系統(tǒng),一方面操作人員在門(mén)機(jī)駕駛室便可進(jìn)行各種操作,另一方面可指揮吊機(jī)進(jìn)行吊裝、運(yùn)行、使吊物就位等,包括報(bào)警、限位、過(guò)載保護(hù)等動(dòng)作亦需通過(guò)電氣控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以,一個(gè)好的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選用電器產(chǎn)品的匹配相當(dāng)重要。目前,國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)占有明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì),而國(guó)外設(shè)計(jì)則在系統(tǒng)集成上的性能穩(wěn)定和匹配方面占優(yōu)。除了設(shè)計(jì)外,現(xiàn)場(chǎng)的各種線路敷設(shè),施工質(zhì)量也將直接影響最終系統(tǒng)能否調(diào)試出設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

5.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)

將所有的潤(rùn)滑點(diǎn)集中并通過(guò)潤(rùn)滑管路集中到幾個(gè)集中潤(rùn)滑點(diǎn)達(dá)到對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件的潤(rùn)滑作用。需要指出的是,有些電機(jī)因帶有自潤(rùn)滑功能,其軸間無(wú)需再外加潤(rùn)滑油料。另外,潤(rùn)滑還根據(jù)設(shè)計(jì)要求分為自動(dòng)潤(rùn)滑和手動(dòng)潤(rùn)滑。自動(dòng)潤(rùn)滑由電控加油泵自定進(jìn)行,手動(dòng)潤(rùn)滑由人工操作加油泵進(jìn)行。