周亞芬 徐建中

上海振華重工(集團)股份有限公司長興分公司

1 引言

在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會遇到車間現(xiàn)有起重設(shè)備工作能力滿足日常生產(chǎn)的吊運需要，但是當生產(chǎn)設(shè)備更新或需要吊運檢修時，不能滿足其吊運需要，移動式起重設(shè)備又無法進入車間作業(yè)，導致車間超大、超重設(shè)備無法吊運的問題。一般應(yīng)對此類難題常采用組合抬吊作業(yè)[1]。振華公司長興分公司鍍鋅車間鋅鍋自重較大，車間現(xiàn)有起重設(shè)備載荷有限，兩部行車也無法實現(xiàn)抬吊作業(yè)，鋅鍋吊運難度大。

為解決鍍鋅車間鋅鍋吊運難題，詳細了解車間起重設(shè)備技術(shù)參數(shù)和性能，勘測作業(yè)現(xiàn)場工況，采集車間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，對多種鋅鍋吊運方案論證比較，最終采用一種創(chuàng)新的3部行車組抬吊方案，成功完成鋅鍋吊運作業(yè)。

2 項目概況

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)安排以及環(huán)保整改要求，需在短期內(nèi)完成車間升級改造，鍍鋅車間鋅鍋需要撤舊換新。更換鋅鍋主要有兩部分工作，首先將車間內(nèi)部舊鋅鍋清理拆除并吊運出車間，再將新制的鋅鍋吊運到車間內(nèi)部安裝。車間現(xiàn)有5部行車，起升高度均為12 m，單部行車上有兩部5 t電動葫蘆，總額定起重載荷為10 t。

鋅鍋嵌入式安裝在專用的爐灶內(nèi)，爐灶工作平臺高度1.8 m，四周圍欄高度0.5 m。拆除鋅鍋時需要將其吊離工作臺，鋅鍋底部與離地面保持大于2.5 m的高度，占用較多的起升空間。鋅鍋外形尺寸(長×寬×高)為：9 200 mm×2 200 mm×2 150 mm，凈重約21 t，大大超出單部行車額定載荷。若采用兩部行車抬吊，根據(jù)《起重機械安全規(guī)程》要求“用兩臺或多臺起重機吊運同一重物時，鋼絲繩應(yīng)保持垂直；各臺起重機的升降、運行應(yīng)保持同步；各臺起重機所承受的載荷均不得超過各自的額定起重能力。如達不到上述要求，應(yīng)降低額定起重能力至80%；也可由總工程師根據(jù)實際情況降低額定起重能力使用。吊運時，總工程師應(yīng)在場指導[2]?！眱刹啃熊嚱档最~定載荷后起重載荷為16 t，仍然滿足不了鋅鍋的吊運條件。

3 吊裝方案分析

鋅鍋安裝在車間中間位置，距兩側(cè)大門約25 m，爐灶工作臺較大，汽車吊無法進行車間內(nèi)作業(yè)。若在車間頂部開天窗由頂部吊裝到工作臺，安裝周期長、操作難度大、費用高，且存在較大的安全隱患。

從降本增效、安全便捷等多方面考慮，決定采用多部行車抬吊方案。但常規(guī)吊裝方式仍存在起吊能力不足、鋅鍋長度方向與行車軌道方向垂直、多部行車抬吊對起升高度要求較高等問題。為了避免上述問題，采用3部行車組合抬吊，并對方案進行可行性分析。

(1)采用3部行車聯(lián)動作業(yè)時，行車軌道需同時承載3臺行車、鋅鍋、吊具等部件載荷，經(jīng)過計算分析行車中心距保持3.5 m，可滿足安全吊裝要求。

(2)3部行車中間1部獨立，負載鋅鍋一端，兩邊行車形成一組，負載鋅鍋另一端，形成“品”字狀吊裝形式(見圖1)。

圖1 3部行車組合形式

(3)設(shè)計專用吊架、平衡吊梁，其重量(含索具)約1 t，鋅鍋重約21 t，總起重量為22 t；利用行車組合及吊梁進行重力分配，重新設(shè)置鋅鍋吊點位置，受力圖見圖2。

圖2 鋅鍋重力分配

(4)中間1部行車上的2個電動葫蘆(總額定載荷10 t)通過平衡吊梁負載8 t，兩側(cè)行車共4個電動葫蘆(降底額定載荷后總額定載荷為16 t)通過專用吊梁抬吊負載14 t，均滿足要求。

通過方案可行性分析后，選擇3部行車組合抬吊方案。

4 吊裝計算

4.1 吊耳布置與強度計算

根據(jù)受力圖分析，遠離重心位置的負載為8 t，該側(cè)對稱安裝2個5 t標準吊耳。由于該方案特殊，近重心側(cè)受行車位置影響導致吊架上的吊點與鋅鍋吊耳開檔尺寸相差較大，起吊鋼絲繩對吊耳存在斜向拉力，為避免吊耳受側(cè)向力影響，吊耳安裝角度為60°并安裝加強筋板(見圖3)，且需進行吊耳強度校核[3]。

圖3 近重心側(cè)吊耳安裝示意圖

吊耳受力為：

(1)

式中，D為起重量(包括工藝加強材料)；C為不均勻受力系數(shù)，取1.5～2；n為同時受力的吊耳數(shù)。

許用拉應(yīng)力為：

(2)

式中，[σ]為材料許用正應(yīng)力，MPa；K為安全系數(shù)，一般取K=2.5～3.0；σs為鋼材的屈服極限，取σs=225 MPa。

吊耳抗拉強度校核如下：

<[σ]=90 MPa

(3)

式中，R′為吊耳主板抗拉截面長度，mm；D主板為吊耳主板厚度，mm。故吊耳抗拉強度滿足要求。

吊耳擠壓強度校核如下：

<0.6×σ′s=0.42σs=94.5 MPa

(4)

故吊耳擠壓強度滿足要求。

吊耳焊縫強度校核如下：

<[σ]=67.5 MPa

(5)

故吊耳焊縫強度滿足要求。

4.2 吊架結(jié)構(gòu)強度計算

受鋅鍋安裝位置約束，其寬度與行車軌道方向一致，鋅鍋寬度方向吊耳開檔為1 520 mm，匹配的內(nèi)外側(cè)兩部行車鉤頭間距為7 000 mm，若要滿足吊裝工況要求，必需設(shè)計專用吊架，才能在有限的起升高度空間內(nèi)作業(yè)，同時使行車上多部電動葫蘆受力均勻(見圖4)。

圖4 吊架使用示意圖

在吊耳滿足要求的前提下，利用軟件建模對吊架進行受力分析，計算吊架的最大變形量及內(nèi)部應(yīng)力[4]。通過計算，最大變形量為5 mm，最大應(yīng)力為160.5 MPa，均發(fā)生在吊架下部連接鋅鍋的吊耳位置，各參數(shù)均符合要求。

4.3 平衡梁強度計算

遠離鋅鍋重心側(cè)吊點由中間一部行車負載8 t，為了使行車上兩部電動葫蘆受力均勻，設(shè)計使用平衡梁，強度計算如下。

4.3.1 平衡梁受力分析

平衡梁受力分析前，對其進行力學簡化，將平衡梁簡化為單跨簡支梁，載荷受力形式見圖5。

圖5 簡化平衡梁荷載受力形式圖

平衡梁簡化模型中L=2.5 m。

平衡梁簡化模型集中力Pd為：

Pd=Pgγg+Pqγq=80×1.2+10×1.4=110 kN

(6)

式中，Pg為平衡梁恒定荷載，取80 kN；Pq為平衡梁活動荷載，取10 kN；γg為平衡梁恒定荷載系數(shù)，取1.2；γq為平衡梁活動荷載系數(shù)，取1.4。

由力矩平衡計算可得，A點的支座反力RA=55 kN，B點的支座反力RB=55 kN，最大彎矩為：

(7)

4.3.2 平衡梁受載截面

平衡梁界面為H型鋼，規(guī)格為294 mm×200 mm×8 mm×12 mm，材質(zhì)為Q235；平衡梁長度方向塑性發(fā)展系數(shù)取1.05；許用撓度為L/250。

平衡梁截面系數(shù)見表1。

表1 平衡梁截面參數(shù)表

翼緣厚度tf=12 mm；腹板厚度tw=8 mm。

4.3.3 強度及剛度校核

彎曲正應(yīng)力校核：

σmax=Mmax/(γx×Wx)=88.62 MPa

<抗彎設(shè)計值f=310 MPa

(8)

A處剪切應(yīng)力計算：

τA=RA×Sx/(Ix×tw)=26.04 MPa

(9)

B處剪切應(yīng)力計算：

τB=RB×Sx/(Ix×tw)=26.04 MPa

(10)

支座最大剪應(yīng)力：

τmax=26.04 MPa

<抗剪設(shè)計值fv=180 MPa

(11)

最大撓度：

(12)

相對撓度校核：

(13)

綜上所述，此行車組合抬吊鋅鍋方案滿足力學要求。

5 鋅鍋吊裝工藝

5.1 施工準備

根據(jù)現(xiàn)場工況以及行車起升高度計算吊架、吊梁以及鋅鍋吊裝所需的鋼絲繩(?28、?36)若干、6 t卸扣8件、10 t卸扣4件。因電動手拉葫蘆在鍍鋅車間長期未使用，需要全面檢查，進行多部行車聯(lián)動測試。拆除舊鋅鍋前清除鍋內(nèi)雜物，拆除爐灶與鋅鍋間所有連接件。

5.2 舊鋅鍋拆除

首先，根據(jù)方案要求將吊架、吊梁與行車電動葫蘆進行連接，測試3部行車聯(lián)動性能。再將行車連同吊梁整體移動到舊鋅鍋上方，安裝吊裝鋼絲繩及卸扣，并將靠近重心側(cè)吊耳之間用5 t手拉葫蘆連接，防止鋼絲繩夾角產(chǎn)生的水平分力對鋅鍋產(chǎn)生影響。最后緩慢提升，使鋅鍋底部距地面2.5 m。行車同時平移，將鋅鍋吊到轉(zhuǎn)運車上，整個過程強調(diào)指揮人員與施工人員協(xié)調(diào)性。

5.3 更換新制鋅鍋

新制鋅鍋的吊裝與拆除過程相反，鋅鍋成功拆除也為安裝提供經(jīng)驗，最終順利安裝到位。

6 結(jié)語

應(yīng)用3部行車品字形吊裝構(gòu)件順利安全的完成了鍍鋅車間鋅鍋的吊裝，說明多行車非對稱平衡載荷的情況下也可以實施吊裝作業(yè)，吊裝方案是否可行還需要通過計算和仿真進行驗證。通過對吊裝方式的改變可以實現(xiàn)車間內(nèi)超重不規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)運，為其他特殊情況的吊裝提供了有效的借鑒。