摘要：以黄骅港5#门式起重机（MQ1633型）更换俯仰铰点为例，介绍了在不使用传统浮吊及大型起重机情况下，使用顶升工艺更换门机俯仰铰点的方法。详细阐述了该工艺中设备受力分析计算、配重支撑、顶升方式等工艺方法。
关键词：俯仰铰点；顶升；受力分析
1背景
门式起重机是散货码头装船关键设备，黄骅港5#门机从2006年开始使用至今已经过12年运行。近来运行过程中发现，臂架系统在回转启动及制动时晃动明显，臂架根部俯仰铰点有异响声。经测量检查，臂架根部铰点径向错动2-4mm。
2方案选择
门式起重机俯仰铰点拆装影响整体设备结构稳定性，作业风险高。且臂架等钢结构自重大，铰点处受力大，更换难度大,工艺较复杂,且受环境影响大，必须充分考虑各种因素,选择最优方案。因神华黄骅港务公司门机码头设计无法承受50吨以上吊车作业，故无法采用吊车起吊更换方法。
传统方法可采用浮吊代替吊车进行起吊更换作业，但存在以下缺点：
（1）租用浮吊的成本较高；
（2）浮吊船占用码头泊位影响散杂货装船；
（3）施工过程中对准误差大，作业精度调整困难。
经过反复论证本文提供一种使用液压千斤顶进行起重顶升的方式来更换臂架俯仰铰点的方法，并已成功实施。该方法相对于浮吊法更换大幅度节约了成本，且不占用码头泊位，作业精度调整方便；但施工作业风险较大，需要制定严密的施工方案并严格管控现场施工，并时刻注意环境影响（风力、温度）。
3工艺需解决问题及重难点
施工工艺中需要起重的部件采用液压千斤顶进行顶升起重。为保证顶升过程中臂架及设备整体的稳定性，保障安全施工，需对活动配重进行支撑，并将配重重量落在支撑杆上以封闭平衡系统。因臂架铰点轴承位于臂架支撑座内部，需将外侧支撑座耳板割除，并对内部轴承进行更换。更换过程中在对臂架根部进行稳固的同时，需要调整臂架轴承孔与耳板相对位置。为确保安装过程中四个支撑座耳板孔的同轴度得以保证，采用安装工艺轴的方式，来保证耳板焊接时同轴度在误差范围内。
主要重点难点任务：
（1）臂架系统的稳定：对臂架根部铰点受力情况进行分析，以便合理布置顶升胎具及液压千斤顶。
（2）门式起重机上部搭建施工平台、脚手架涉及吊装作业、超高空作业，作业风险大，现场管控任务重。
（3）原有的俯仰铰点轴承已经破损，更换安装过程中耳板支座的同轴度需要保证符合门机设计要求。
（4）支座耳板是臂架系统主要受力点，关系臂架系统结构稳定性，其焊接要保证焊接质量，需要对接缝进行1级超声检测，并检测合格。
4受力分析
门机整体见图1，其中臂架重量为10000kg，大拉杆重量4980kg，象鼻梁重量15000kg。
施工工艺中由配重撑杆支撑活动配重后，通过变幅齿条带动臂架向左运行至变幅最小方向，此时活动配重的重量全部由支撑杆承受，若忽略小拉杆自身重量，该状态下小拉杆拉力可视为0kN。
1）首先计算象鼻梁铰点OXB处对臂架的压力FXB：
如图2所示，根据臂架象鼻梁铰点OXB处力矩为0可知：
GXB×1098-FLG×1553=0
则可以求得：
FLG=GXB×1098/1553=10.6（T）
图1门式起重机示意图 其中GXB为象鼻梁自重力，FLG为大拉杆拉力。
如图3所示对OXB铰点处受力进行作图法受力分析可以得出象鼻梁给臂架的压力FXB为：
FXB=24.9（T）
2）进而计算臂架根部俯仰铰点对臂架的反作用力的水平及垂直分量FX、FY：
图2 象鼻梁受力分布 图3 OXB铰点受力分析 图4 臂架受力分析
如图4所示，根据臂架根部俯仰铰点处力矩为0可列式：
GB×2588-FCT×6172=0
求得变幅齿条对臂架拉力为：
FCT=GB×2588/6172=12.58（T）
根据臂架根部俯仰铰点处合力为0可列式：
FXB+GB+FCT+FX+FY=0
并利用作图法得到：
FX=24.96+5.3=30.49（T），如图4所示，方向水平向右；
FY=30+24.3+0.10=54.4（T），如图4所示，方向垂直向上。
经过计算需垂直向上和水平向右顶升臂架根部，顶升力大致分别为30.49T及54.4T,可以消除臂架根部铰点所受压力。
5施工工艺
（1）拆装准备：
1）对活配置进行支撑封闭平衡系统：
脚手架从门机机房顶部搭建至配重底部。脚手架尺寸为：长*宽*高=2.5m*4m*6.8m。
使用吊车将脚手架构件吊装到机房房顶，搭建脚手架从门机机房顶部搭建至配重底部，脚手架底部需要与门机的上转柱进行连接固定，顶部必须安装防护网。
准备四根长度3.6m的20#槽钢，分别焊接制作成两根箱型梁工艺撑杆。
启动变幅齿条带动臂架系统，使之处于最小变幅位置，使象鼻梁主梁与轨道垂直，将变幅系统制动器锁紧，并将旋转锚定锁死。使用吊车将工艺撑杆安装在配重架与上转柱之间进行支撑如图5所示，为防止支撑处变形破损，支撑部位应选在部件筋板处，并在齿条位置焊接止挡。
图5 配重撑杆安装
图6 顶升支座搭建示意图
2）焊接操作平台：高空车进行配合，臂架根部平台位置平均排布并向前焊接4根3米长16#槽钢，探出平台外2米，三根槽钢端部垂直焊接一根5米长16#型槽钢，焊接平铺一张2m*5m花纹板于槽钢骨架上，并在周边焊接护栏。
3）如图6焊接顶升支座。
（2）拆卸臂架铰点
1）使用吊车将顶升胎具和千斤顶安装到如图6顶升位置，顶升千斤顶以调整臂架根部铰点间隙，抵消臂架作用于铰点的压力。
2）使用吊车将铰点顶出胎具和千斤顶安装到位，顶出臂架铰点销轴。将铰点支座外侧耳板气割拆除，拆除压盖螺栓，拆除铰点轴承、轴套。
（3）臂架铰点安装：
1）检查铰点销轴尺寸确保符合图纸公差要求，检查销轴油孔疏通完好并备好和卡轴板、联结螺栓等。
2）使用吊车吊装工艺轴并安装到铰点中，安装轴承、轴套，补充润滑脂；对压盖进行安装，最后焊接安装铰点支座耳板。
3）拆除工艺轴：将工艺轴用气割分为三段，吊车吊除中间段后，使用千斤顶顶出两侧铰点内余留工艺轴。
4）安装铰点销轴：使用吊车吊装销轴到位，用压装胎具将销轴顶压安装到铰点孔内，在安装过程中需要注意调整臂架顶升千斤顶，保证臂架铰点销轴和耳板的同轴度。
（4）工程收尾：
1）利用吊车以及气割拆除顶升胎具、工装，拆除脚手架，拆除临时操作平台；
2）施工现场清理，车辆撤离，人员工具清点下机；
3）整机通电试车，对门式起重机进行空载及重载试车，确保门机工作正常，铰点处五异响、颤动。
6施工过程中质量保证措施
（1）保证铰点同轴度的措施：
本文所述更换工艺过程中使用工艺轴来保证铰点同轴度，通过工艺轴穿起轴承座耳板和臂架铰点孔后，再焊接支座耳板，保证焊接弹性形变在允许公差范围内。耳板焊接完成后在拆除工艺轴，并安装铰点轴。
（2）消除应力集中的措施
本文所述更换工艺过程中，外侧耳板焊接回装采用了工艺轴进行定位，利用原制作未切割的耳板来确定定位基准，原耳板安装公差符合使用要求，故臂架系统中不存在应力集中。
7安全注意事项
（1）确定施工时间应考虑近一周内有无大风天气，铰点的拆卸和安装之间，风力不得大于5级；
（2）搭设脚手架前，对脚手管扣件进行逐个检查，脚手板进行冲击实验，对不合格的材料严禁使用；
（3）焊接合金钢因严格按照焊接作业指导书的要求进行预热焊接；
（4）门机高空作业时工具,材料等物件放置在专用储物箱中,防止物品高空坠落；
（5）动火作业前应办理动火作业证，检查附近消防设施是否有效,并分别配备不少于两个灭火器、消防桶，清除附近易燃物品,动火现场要专人检查是否有遗留火种,派专人监护；
（6）顶升时因时刻注意顶升胎具工装及千斤顶工作情况，若有异常立即停止作业。
8结束语
本文介绍的黄骅港门机俯仰铰点更换施工工艺相比传统的浮吊法实际节约大约70%成本。通过严谨的受力分析，合理布置支撑与顶升位置，选择恰当的施工时间、材料和工具，加上严格的现场管控，该施工工艺圆满在7天时间内完成既定任务。该施工工艺相比浮吊法工期略长，但在泊位紧张、任务重的码头，不失为一种既合理又经济，更能保障施工精度及质量的好方法。
参考文献
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[5]全峰.门座起重机臂架下铰点的几种典型结构分析[J].港口装卸，2002(5)：18-19.
论文作者:裘计洪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
标签：作业论文; 工艺论文; 浮吊论文; 吊车论文; 根部论文; 胎具论文; 起重机论文; 《电力设备》2018年第26期论文;