橋面吊機結(jié)構(gòu)制造工藝探討

杜銀星

摘要：隨著橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，作為跨江大橋架設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備橋面吊機應(yīng)用越來越普遍。文章根據(jù)300T級橋面吊機的主體金屬結(jié)構(gòu)形式及現(xiàn)場使用要求，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對主體結(jié)構(gòu)制作工藝作以分析和探討，為同類產(chǎn)品制造提供參考。

關(guān)鍵詞：橋面吊機結(jié)構(gòu)；制造工藝；主框架；吊具；移動錨固；橋梁建設(shè) 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2016）31-0074-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.038

1 概述

300T級橋面吊機外形總體尺寸為30m*10m*12m，金屬結(jié)構(gòu)包括主體框架、吊具系統(tǒng)、移動及錨固裝置幾部分主要金屬結(jié)構(gòu)。主體框架是橋面吊機的主體結(jié)構(gòu)，吊具系統(tǒng)用于節(jié)段橋梁起吊，移動及錨固裝置用于移動推進及定點錨固。

2 主體框架金屬結(jié)構(gòu)

主體框架由上部框架、下部框架、支撐梁及拉桿

組成。

2.1 金屬結(jié)構(gòu)形式分析

上部框架由斜支撐拉桿和縱梁組成，斜拉桿和上部框架形成三角型鉸接聯(lián)系。上部框架和下部框架由斜拉桿牽引，也形成三角型鉸接關(guān)系。上下框架整體形成兩榀菱形結(jié)構(gòu)。為確保變幅及橫移要求，應(yīng)嚴格控制上部框架的整體水平度以及立柱和上下框架的整體垂直度。通過整體結(jié)構(gòu)分析，上下框架可以單組成型，立柱結(jié)構(gòu)中的斜拉桿和斜支撐結(jié)構(gòu)的中間連接梁和斜拉桿作為左右兩側(cè)菱形榀梁的連接環(huán)節(jié)應(yīng)該最后封閉成型。具體結(jié)構(gòu)形式如圖1所示：

2.2 單梁制作工藝要點分析

連桿、上部框架、下部框架邊縱梁等單根成型，為整體組拼做以準備。

2.2.1 連桿截面尺寸為200mm*165mm，板厚8mm，總長度為6200mm。由于相對長度而言，截面尺寸較小，屬于細長桿件結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)制作完畢后還要增加火工修整工序，故整體下料時要充分考慮熱收縮及變形問題。桿件下料時應(yīng)加2‰收縮余量，較常規(guī)金屬結(jié)構(gòu)焊接收縮量增加一倍。

2.2.2 框架邊縱梁如圖2所示：

第一，備料工藝要點。邊縱梁由上下蓋板、腹部、隔板組成。總體長度為15370mm，屬于變截面箱型梁結(jié)構(gòu)。由于長度較大，市場上供應(yīng)的鋼板長度多在12000mm，15370mm長度需要接料成型。

根據(jù)受力結(jié)構(gòu)和板料供應(yīng)長度綜合考量，上下蓋板接料位置應(yīng)錯開1000mm以上，且接料口應(yīng)布置在隔板中間，距離隔板也應(yīng)控制在200mm以上。接料應(yīng)采全熔焊接，板材對接開雙面坡口，中間預(yù)留2mm鈍邊，對接時應(yīng)控制對接間隙2mm左右。接料時還應(yīng)采用引弧板和熄弧板，引弧熄弧都應(yīng)在非板材區(qū)進行，焊后24小時應(yīng)進行UT探傷檢驗。對引弧區(qū)和熄弧區(qū)的多余部分切割去除，并打磨光滑。

腹板接料工藝同上下蓋板，接料位置應(yīng)錯開上下蓋板位置至少1000mm以上且兩側(cè)腹部接料位置應(yīng)交錯布置，不可布置在同一截面，以避免對接焊縫同截面。由于各板料厚度為25mm且截面尺寸為1200mm，板材下料長度可按1‰計算。各節(jié)點法蘭板宜焊前機加出孔，為確保孔距精準，應(yīng)考慮用數(shù)控加工機床出孔。實踐證明，數(shù)控加工出孔工藝先進合理，能確保相同法蘭板互換使用要求。

第二，組焊工藝要點。作為主體框架主梁，焊接控制是工藝要點。根據(jù)縱梁截面形式，可以采用上蓋板為基準，下蓋板最后組對的整體工藝方案。具有工藝方案為：上蓋板先按工藝要求接料成型，再以上蓋板為基準，打磨焊接區(qū)精準劃線，組立隔板。為確保內(nèi)部縱向主焊縫連續(xù)，隔板應(yīng)下料切割R20圓弧過焊孔。既能使隔板受力合理，又能保證主焊縫連續(xù)便于現(xiàn)場施焊，再組立腹板，形成開放的槽型結(jié)構(gòu)。內(nèi)部焊接全部焊縫，各焊縫焊角應(yīng)按最小板厚的0.8倍的通用工藝執(zhí)行，保證焊接強度?？紤]到產(chǎn)品使用壽命及現(xiàn)場環(huán)境因素，槽型內(nèi)部做防腐刷漆處理，尤其是各焊縫表面應(yīng)重點噴涂防銹底漆。最后組對下蓋板，邊梁的下蓋板接料位置恰逢折彎處，故工藝制作方案為分體單板組對，組對后再接料成型，為確保接料全熔透要求，下蓋板對接單板側(cè)開單面30°0鈍邊坡口，對接后形成V型60°形式。對接間隙以3～5mm為宜，為便于施焊，在對接間隙下部增設(shè)6mm工藝鋼襯墊。焊接時應(yīng)多層多道焊接，注意層間打磨，以一級焊縫質(zhì)量控制，按GB 50205-2001標準執(zhí)行，確保焊接質(zhì)量。另外，由于下蓋板僅能在外側(cè)和腹部焊接，故應(yīng)注意腹部和下蓋板焊接側(cè)開坡口，整體外部縱焊縫坡口焊縫，焊角余高按0.8倍最薄板厚施焊。

2.3 制作工藝要點分析

根據(jù)整體形式，如果各連接吊耳及連接法蘭一次制作成型，整體拼裝時將難以連接，更不能確保整體形位公差尺寸要求。就此可采取單榀成型，保留活頭，整體拼裝的整體工藝思路。

2.3.1 一次組拼。

第一，將上部框架結(jié)構(gòu)一次組拼成型。作為基準端，鉸接點2、法蘭節(jié)點2一次組焊成型。

第二，下部框架一次組拼成型，保留鉸接點1耳板活頭，確保整體連接。法蘭節(jié)點3、4一次組焊成型。

2.3.2 二次組拼。將上部框架和下部框架拆散成單梁，以邊縱梁為基準組拼單根立柱及單根斜支撐結(jié)構(gòu)。固定焊接立柱及斜支撐梁的活頭法蘭，同時固定鉸接點3和鉸接點4處鉸接吊耳，形成單組三角結(jié)構(gòu)。此時拼裝應(yīng)嚴格控制上下縱梁整體滿外高度尺寸一致，以確保組立后兩處縱梁水平高度一致?？刂瓶傮w尺寸后焊接固定各連接端。為確保上部框組拼后的整體水平度，下縱梁上斜拉桿耳板（鉸接點1處耳板）應(yīng)作為調(diào)整梁段，在整體拼裝工序完成。

2.3.3 三次整體組拼。

第一，再次連接上部框架和下部框架成型，以下部框架為基礎(chǔ)錨固可靠。

第二，將立柱、斜支撐桿和連桿分別連接在上部框架上，連接固定法蘭節(jié)點2、4。連接固定鉸接點3、鉸接點4。整體穩(wěn)固后起吊，和下部框架相應(yīng)法蘭連接，固定法蘭節(jié)點1、節(jié)點3。

第三，整體控制立柱和上下框架的垂直度要求及上部框架的水平度要求后再樣制連接斜拉桿下部鉸接點1處耳板。如此制作工藝可以通過斜拉桿和下部框架的位置關(guān)系控制上部框架的水平度要求。

第四，根據(jù)組立后實際檔距組拼斜支撐結(jié)構(gòu)連接橫梁及斜拉桿耳板。組拼立柱結(jié)構(gòu)兩根斜拉桿下部耳板。

3 吊具系統(tǒng)

吊具系統(tǒng)主要由橫梁、滑輪組、均衡扁擔梁及連桿機構(gòu)等部分組成。吊具系統(tǒng)作為主要受力構(gòu)件，應(yīng)嚴格確保橫梁的主體焊接結(jié)構(gòu)及連接機構(gòu)的制作可靠性。

3.1 結(jié)構(gòu)分析

吊具系統(tǒng)通過連接機構(gòu)與上部框架橫移機構(gòu)連接，確保調(diào)整吊梁姿態(tài)和位置。下部連桿機構(gòu)通過固定連桿和橫梁形成三角鉸接剛性連接。均衡扁擔梁用吊鉤和橋面節(jié)段箱梁連接起吊。吊具系統(tǒng)各金屬結(jié)構(gòu)全部是主要受力構(gòu)件，制作工藝直接影響產(chǎn)品整體安全性能。結(jié)構(gòu)形式如圖3所示：

3.2 結(jié)構(gòu)制作工藝要點分析

各金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)該嚴格控制焊縫質(zhì)量，各種主要焊縫應(yīng)按一級焊縫質(zhì)量控制，按GB 50205-2001標準執(zhí)行。

3.2.1 橫梁系統(tǒng)。橫梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限于各隔板是封閉結(jié)構(gòu)，根據(jù)受力形式應(yīng)確保上蓋板、隔板、腹部之間的全部連接焊縫，可以控制全部焊縫按雙面角焊縫焊接，焊角高度按0.8倍最小板厚執(zhí)行。因下蓋板最后組對，內(nèi)部不能焊接，故下蓋板和腹板應(yīng)該單面坡口焊焊縫，焊角余高達到最小板厚的0.8倍方案焊接，確保焊接強度和焊接質(zhì)量。考慮到下部連接系統(tǒng)和橫梁形成固定的三角連接關(guān)系，故橫梁的連接耳板孔和連桿孔應(yīng)一次機加成型，確保各孔相互位置關(guān)系。均衡扁擔梁的連接孔可以單板機加成型，接整體樣裝焊接的方案制作。

3.2.2 滑輪組?；喌慕饘俳Y(jié)構(gòu)比較緊湊復(fù)雜，各滑輪吊板的吊軸孔下料預(yù)先處底孔，一般留10mm加工余量即可，根據(jù)加工能力，底孔直徑不應(yīng)小于Φ45mm，否則整體鏜孔時限于鏜刀桿直徑將難以加工。另外，滑輪組對時為確保滑輪裝配空間檔距，可以車削定長的隔套，間隔定尺后組焊。

3.2.3 均衡扁擔梁和連接機構(gòu)，因各結(jié)構(gòu)件尺寸比較小，故在板材下料環(huán)節(jié)就應(yīng)充分考慮受力方向問題，應(yīng)時受力方向和板材軋制方向一致。連接變幅系統(tǒng)和滑輪的長吊板是最關(guān)鍵的連桿系，除了應(yīng)控制下料方向問題外還要控制下料切割表面的平整度，嚴禁過燒和崩坑缺陷，避免應(yīng)力集中。為控制表面粗糙度，可以下料后增加打磨拋光表面或機加銑面工序。

4 移動及錨固裝置

移動及錨固裝置用于橋面吊機的整體移動及吊梁穩(wěn)固和整體支撐，主要由墊梁、支撐座組成。結(jié)構(gòu)形式參照圖4所示：

第一，墊梁是橋面吊機的最基礎(chǔ)構(gòu)件，支撐著整體設(shè)備和重載梁段，其整體結(jié)構(gòu)為小箱型結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)制作時應(yīng)控制上蓋板的整體平面度，以便支撐鉸座滑板在其表面順利滑動。各隔板應(yīng)確保和上蓋板焊接牢固和下蓋板磨光頂緊，不得有虛接觸現(xiàn)場，否則在載重壓力下上蓋板容易發(fā)生變形，導(dǎo)致滑動阻滯。因墊梁截面尺寸較小，考慮到焊接及制造變形的因素，各走行位置孔應(yīng)整體機加出孔，以便控制相對位置尺寸。

第二，支撐座可以先部件組焊成型，機械加工各油缸安裝孔位后，在下部框架整體拼裝時連同下框架一次結(jié)構(gòu)制作成型。各支撐球頭等應(yīng)考慮使用鑄鍛件加工制造，機加后應(yīng)按GB/T 11345-1989標準全部UT探傷。

第三，錨固系統(tǒng)用于橋面吊下部框架和配重梁連接，用于穩(wěn)固整體結(jié)構(gòu)。錨固座和縱梁焊接區(qū)是主要受力區(qū)，限于結(jié)構(gòu)形式僅能單側(cè)焊接，故應(yīng)將錨固座相應(yīng)邊開單面0鈍邊坡口，角度以45°～50°為宜。焊后24hUT探焊縫熔深不小于（板厚-2mm）范圍，保證焊接強度。錨固軸應(yīng)采用40Cr材質(zhì)鍛造后機加成型，且應(yīng)做UT探傷檢查，必須符合GB/T 11345-1989標準要求。

第四，支撐座和墊梁間裝配的四氟墊板裝配時著重控制板面和支撐座密貼，四氟墊四周用剛性擋塊固定，防止墊板在重壓下變形失效。

5 結(jié)語

橋面吊機性能高、使用方便，在海面或河面上架橋使用廣泛。本文闡述的制作工藝和制作方法簡單經(jīng)濟，經(jīng)過實踐檢驗工藝比較合理，生產(chǎn)效率高，為確保產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品使用性能提供了堅實可靠的工藝基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 成大先.機械設(shè)計手冊（第四版）（第一卷）[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[2] 張質(zhì)文.起重機設(shè)計手冊[M].北京：中國鐵路出版 社，2001.