簡易翻轉工裝在立柱型鋼結構裝配中的應用

徐建中 楊 林 李 森

上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 201913

摘 要：針對大型門式起重機立柱型鋼結構剛性腿安裝，傳統吊裝裝配方法是利用大型起重裝置將其分段吊裝，存在很多高空作業及耗時耗工問題。文中介紹了一種簡易翻轉工裝，可縮短門式起重機整體總裝配時間及使高空作業低空化。經在門式起重機剛性腿的90°翻身吊裝實際應用驗證，這種簡易翻轉工裝安全實用，設計原理簡單易懂，縮減了立柱型鋼結構吊裝裝配工序及提高了裝配效率，規避了剛性腿立柱分段空中對接錯位的風險，降低了施工人員高空作業強度，使剛性腿製造質量更有保障。可為國內外港機制造、大型船廠等同類製造業中大型起重裝置立柱型鋼結構翻轉吊裝裝配作業中提供參考和借鑑。

關鍵詞：門式起重機；翻轉工裝；鋼結構；立柱；裝配

中圖分類號：U653。921 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）24-0068-04

0 引言

門式起重機（以下簡稱龍門吊）主要由主樑、剛性腿、柔性腿、行走梁、上下小車總成、行走結構、梯子平臺、起升系統、電器配件等部件組成，主體結構主要是鋼板焊接的箱形結構。起重裝置的大型化導致其裝置自身製造和貫穿其中的吊裝工藝難度係數也增大。剛性腿作為龍門吊主要支撐構件，主要由箱形鋼結構（見圖1）構成，至少佔整個龍門吊總質量的1/10 左右，質量可達數百噸。大型鋼結構的吊裝方法主要取決於施工條件、環境因素、裝置配置、經濟成本等綜合條件因素來選擇確定，故龍門吊剛性腿都是分段製作，利用現有的單臺提升塔架對分段逐個吊裝裝配焊接，這種方法不僅要塔架全程配合，而且要面對諸多均是高空作業的焊接工序，從而導致人工及裝置耗時長，安全風險高，立柱整體焊接質量及形位尺寸較難控制。針對以上問題，本文主要以龍門吊的剛性腿立柱型鋼結構翻身裝配為例項，介紹了一種簡易翻轉工裝，既可有效保障剛性腿製造質量，還可解決傳統剛性腿分段吊裝裝配中吊裝裝置資源匱乏、高成本、高風險、裝配精度低等問題。

1。 行走機構 2。 剛性腿行走梁 3。 剛性腿立柱 4。 主樑5、6。 上下小車總成 7。 柔性腿

圖1 典型龍門吊示意圖

1 吊裝裝配方法

如圖2 所示，龍門吊傳統吊裝的裝配工序為：剛性腿行走機構定位→塔架提升剛性腿分段焊接→主樑一端分段與剛性腿焊接（在地面上提前將懸臂提升工裝支座安裝到位）→在懸臂支座上安裝提升液壓缸和提升鋼鉸線→將提升塔架移至柔性腿側安裝→塔架提升柔性腿分段焊接→主樑另一端分段與柔性腿焊接（在地面上提前將懸臂提升工裝支座安裝到位）→以柔性腿與剛性腿為支撐，整體提升主樑中間段及上下小車總成→主樑中間段到位後，空中對接主樑兩端分段。

隨著起重裝置的大型化，龍門吊傳統吊裝裝配方法已經不適用，經濟安全的雙塔架提升技術已成為國內龍門吊製造企業的首選。方便、適用、經濟的吊裝工裝可節省資源，降低吊裝成本，具有重要意義。為此，在雙塔架提升技術提出時，立柱型鋼結構簡易翻轉工裝將應運而生。由於翻身可自由活動，使用完成後又可重複利用，節約了製造成本，有很高的經濟價值。雙塔架提升龍門吊吊裝裝配工序為：剛性腿上端與主樑鉸鏈聯接/下端聯接滑移翻轉小車元件→柔性腿與主樑鉸鏈聯接→兩塔架分別在主樑兩端安裝到位→兩塔架同步提升→剛性腿提升到位後安裝行走機構→柔性腿聯絡梁對接→剛性腿與主樑焊接。

圖2 龍門吊傳統吊裝裝配圖示

2 翻轉工裝結構及工作原理

2。1 翻轉工裝結構組成

透過力學分析雙塔架提升方案下剛性腿吊裝過程中的受力狀態來設計龍門吊立柱型鋼結構剛性腿翻轉工裝，該工裝主要由2 套聯接鉸鏈和2 套滑移翻轉小車元件組成，圖3 為該翻轉工裝在作業狀態時的裝配圖，剛性腿上埠透過聯接連結與龍門吊主樑連線，剛性腿下埠透過鉸軸與滑移翻轉小車元件連線。

1）聯接鉸鏈整體是由45 號鋼材質銷軸（D ＝ 149mm）、A709-50-2 材質的鉸鏈板（T ＝ 24 mm）和聯接支座（主機板T ＝ 30 mm/ 重磅板T ＝ 16 mm）等鋼結構組成，單套有135 t 的拉力，適用總提升量範圍≤ 270 t 構件。

2）滑移翻轉小車元件主要由牽引機構、滑移翻轉小車、保護機構等構件組成（見圖4）。

1。 主樑 2。 聯接鉸鏈 3。 剛性腿示意 4。 滑移翻轉小車元件

圖3 龍門吊的剛性腿翻轉工裝圖示

3）滑移翻轉小車外形尺寸：長× 寬× 高為2。1m×1。3 m×1。8 m，自重約3 t，主要包括車主軸、卡軸板1、牽引拉耳、輪軸、車骨架、車輪、平衡拉耳、卡軸板2 等（見圖5）。透過1 根Φ150 mm 車主軸（ 受力F ＝ 200 t，材質：45 號鋼） 與剛性腿下端支座進行聯接，再用2 塊卡軸板1 固定車主軸。4 個車輪透過4個Φ120 mm 輪軸（材質：45 號鋼）與車骨架（主機板厚T ＝ 5 mm，重磅板取t ＝ 20 mm，材質：Q345B，單片設計受力F ＝ 130 t）連線，並用4 塊U 形卡軸板2 分別固定輪軸，4 個車輪必須調整在一個平面上，確保作業受力均衡。透過預留2 個牽引拉耳和2 個平衡拉耳與牽引機構、保護機構進行柔性聯接。此小車設計上重量輕、結構簡單、推舉力大（達200 t 的力）、結構穩定性高、使用安裝方便等優點。2 套簡易滑移翻轉小車使用便捷，適用總推舉質量範圍≤ 400 t 構件，透過軸與剛性腿支座連線、車輪與地面鋪設鋼板接觸（確保滑移翻轉小車在執行軌跡內摩擦阻力最小化），將滑移翻轉小車產生的推舉力傳遞給翻身鋼結構，即可實現立柱型鋼結構在翻身過程中的推舉作業，又能使裝配精度完全滿足設計要求。

1。 滑移翻轉小車 2。 牽引機構 3。 保護機構

圖4 滑移翻轉小車翻身工裝圖示

1。 車主軸 2。 卡軸板1 3、牽引拉耳 4。輪軸5。 車骨架 6。 車輪 7。 平衡拉耳 8。 卡軸板2

圖5 滑移翻轉小車示意圖

4）牽引機構主要包括若干卸扣、2 套鋼絲繩、2 臺捲揚機等，透過捲揚機給滑移翻轉小車賦予前進的驅動力。

5）牽引機構主要包括若干卸扣、2 套鋼絲繩、2 臺捲揚機，透過捲揚機給滑移翻轉小車賦予前進的驅動力。

6）保護機構主要包括若干卸扣、2 套鋼絲繩、2 臺捲揚機，透過捲揚機保證了滑移翻轉小車能在設計的速度內平穩完成翻身作業，賦予牽制牽引機構的平衡力，防止了在鋼結構翻身過程中可能出現打滑現象。

圖6 牽引/ 保護機構圖示

2。2 翻轉工裝工作原理

鋼板翻身利用一種專用卡具插入待翻身鋼板透過鋼絲繩、卸扣、保護套聯合吊梁、吊車一起完成翻身［2］。透過對方法的研究，在立柱型鋼結構翻轉工裝設計中得以深化提升，此套工裝設計原理主要就是牽、舉、保，由前驅動力和後保護力，簡單的安全實現固定錨點轉換成可移動化。在龍門吊剛性腿隨主樑提升時，透過牽引機構的捲揚機配合滑移翻轉小車完成推舉動作，其中保護機構的捲揚機保持聯動，才能實現鋼結構的翻轉。

3 工裝使用方法

為實現龍門吊的剛性腿立柱型鋼結構90 翻身作業，該工裝使用方法如下：

1）龍門吊主樑、剛性腿、塔架轉運至裝配場地，並按要求固定擺放；

2）剛性腿固定在胎架上，用千斤頂頂剛性腿下埠，高度要適宜滑移翻轉小車安裝高度；

3）透過車主軸連線剛性腿下端支座和兩個滑移翻轉小車；

4）在兩個滑移翻轉小車行進軌跡上鋪設鋼板，作為行走基礎；

5）安裝滑移翻轉小車工裝中的牽引機構和保護機構：在計算出的4 臺捲揚機定位位置對其進行固定，且必須注意要佈置在剛性腿翻身作業區域外，以避開在吊裝作業時構件正下方區域作業情況；再將鋼絲繩、卸扣連線捲揚機和滑移翻轉小車的牽引拉耳和平衡拉耳。若鋼絲繩與剛性腿支撐胎架干涉，則根據吊裝現場具體情況分析，可提前拆除部分干涉的支撐胎架。

6）利用塔架提升龍門吊主樑至一定高度（此高度便於對接剛性腿上端支座），並靜態觀察10 min；

7）在確保安全的前提下，透過聯接鉸鏈的銷軸將主樑和剛性腿進行柔性連線；

8）在雙塔架提升龍門吊主樑時，在一出現剛性腿與支撐胎架脫離狀態，靜態觀察10 min，若無異常情況，拆除剛性腿翻轉路徑中所有干涉的支撐胎架、千斤頂等其他輔助裝置、工具。

9）在雙塔架繼續提升龍門吊主樑時，牽引機構捲揚機收繩和保護機構捲揚機放繩，應及時調整捲揚機鋼絲繩收放速度，保證與塔架對主樑的提升速度同步。

10）到達剛性腿自然垂直位置後，塔架停止提升，拆除滑移翻轉小車與剛性腿連線，透過早先安置在柔性腿一側的鋼絲繩和滑輪組將剛性腿調整至與龍門吊主樑對接位置狀態，靜態觀察10 min。

11）在剛性腿下埠墊保險胎架，用千斤頂頂實，剛性腿上埠與主樑進行焊接對接完成後，在確保安全狀態下，可拆除剛性腿上端聯接鉸鏈。

4 工裝使用效果

1）社會效益分析

透過對比雙塔架提升龍門吊吊裝裝配和傳統單塔架吊裝裝配龍門吊兩種方案，傳統裝配方法中採用了一副小型塔架，因受塔架起過載荷及數量限制，安裝好剛性腿後，又要移位到柔性腿側，整個安裝週期長，單臺安裝時間在90 d 左右。雙塔架裝配方法中鋼結構翻身工裝的成功應用，不僅使龍門吊整體安裝週期大幅縮短、安裝風險大幅降低，且在主樑提升過程中，剛性腿和柔性腿均能夠匹配其提升速度，使主樑非常平穩的順利吊裝到位。整個安裝過程從塔架安裝到龍門吊整體安裝完成僅需40 d 左右，達到了預期質量的效果（減少了高空整改和補油漆工作），縮短了交貨期，更早提供給使用者使用投產。

2）經濟效益分析

與傳統方法（約3 個月，每天約80 人）比較，每臺龍門吊節約安裝人工約（90-40）×80 ＝ 4 000 工左右，節約汽車起重機使用費用約20 萬元，節約塔架使用費用約50 萬元（塔架按裝置的年折舊的決定折算），合計可節約安裝費用約120 萬/ 臺，經濟效益顯著。

5 結束語

使用文中所述立柱型鋼結構簡易翻轉工裝，在雙塔架提升龍門吊吊裝裝配工序中，可高效保證剛性腿結構行為尺寸和裝配質量，有效規避剛性腿分段的高空作業的焊接工序，大大縮減了裝配時間成本。而且，此簡易翻轉工裝設計原理簡單、製造成本低、非一次性工裝，可反覆在同類型結構的產品翻身工序中使用，解決了目前因拼裝場地匱乏、工期短、勞動力成本的問題。此工裝在南通中遠800 t 龍門吊吊裝裝配時得以使用，應用效果良好，對國內外港機制造、大型船廠等同類製造業中大型起重裝置立柱型鋼結構翻身吊裝作業具有借鑑及推廣意義。

參考文獻

［1］ 崔玉華。 超大型箱型主樑結構翻身工裝的強度分析［J］。港口科技，2016（12）：57。

［2］ 陳韶哲，劉九紅。 超長超重鋼襯製造無吊耳吊裝技術研究［J］。 大科技，2017（2）：237，238。

［3］ 戴仕敏。 超大直徑土壓平衡盾構隧道施工關鍵技術［J］。施工技術，2011，40（18）：1-5，17。