C形板二級翻轉吊裝技術

王 權 代浩秋 鄧 平

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

C形板是壓機框架結構的主要部件，C形板的安裝精度直接影響整個壓機的安裝精度。C形板外形尺寸為36 190 mm×4650 mm×350 mm(長×寬×厚)，單片重250 t，C形板屬于薄壁(最薄處厚340 mm)、細長(中間部分1750 mm寬部分長19 360 mm)且兩頭偏重(兩頭部分重量為82 t)的桿件，其外形結構如圖1所示。

1 C形板二級翻轉吊裝

C形板由側立到豎立翻身過程中有以下兩個難點：

(1)控制其變形(指C形板的彈性變形和變形的方向)。

(2)控制C形板在翻身過程中過重心產(chǎn)生的沖擊和晃動。

圖1 C形板外形結構圖Figure 1 Configuration of C shaped plate

圖2 采用立吊法將C形板吊裝Figure 2 C-shaped plate is hoisted by vertical lifting method

C形板吊裝過程中，為了解決以上兩個難點，我們采用了二次翻轉吊裝技術。二次翻轉吊裝技術是指在工件側立時，選取一固定鉸鏈支點吊裝一定角度后，更換另一固定鉸鏈支點再完成工件豎立，整個吊裝過程是一種旋轉吊裝法。采取二級翻轉吊裝技術很大程度地減緩了在吊裝過程中吊點過工件重心位置時產(chǎn)生的沖擊，通過固定鉸鏈支點控制了工件在起吊過程中的晃動，增強了整個吊裝過程的安全性。

圖3 二次翻轉支架Figure 3 Two-stage overturning frame

1—第二固定鉸鏈支點運動軌跡 2—第二固定鉸鏈支點 3—第一固定鉸鏈支點 4—第二固定鉸鏈支點運動軌跡圖4 C形板翻身過程Figure 4 Overturning process of C shaped plate

C形板二級翻轉吊裝法主要步驟如下：

1.1 立吊法吊裝

采用立吊法將C形板平移吊裝到二次翻轉坑內(nèi)，將C形板第一固定鉸鏈支點放于二級翻轉架對應的銷空內(nèi)，做好C形板翻身的準備工作，其吊裝方法如圖2所示。

采取立吊法可以簡單方便地實現(xiàn)平移的目的，利用C形板自身的形狀特點，用C形板的自重來自動調(diào)整C形板吊裝過程中的垂直，減少了工作量，同時采用立吊法可以控制將C形板變形的方向朝有利的方向，實現(xiàn)C形板吊裝過程中變形可控。

針對本次C形板二次翻轉吊裝，我們還設計了一套二次翻轉支架，其結構如圖3所示。

1.2 二次翻轉支架翻轉C形板

利用設計的二次翻轉支架將C形板從水平位置翻轉到垂直位置，其翻身過程如圖4所示。

(1)以第一固定鉸鏈支點為C形板翻身支點，利用300 t行車大車運行及主鉤起升將C形板從水平位置翻身至78°位置，見圖4(b)，此時C形板翻身的支點由第一固定鉸鏈支點無沖擊地過渡到第二固定鉸鏈支點，順利完成C形板翻身的支點的轉換。

(2)以第二固定鉸鏈支點作為C形板翻身的支點，利用300 t 行車大車運行及主鉤起升將C形板從78°位置翻身至垂直位置，見圖4(c)。

(3)利用300 t行車垂直起升C形板240 mm高度，見圖4(d)，移出第二固定鉸鏈支點的銷軸，將C形板水平移動到安裝位置，完成C形板的整個翻轉吊裝過程。

2 翻轉吊裝方法對比

采用二級翻轉吊裝技術相對于一級翻轉技術及旋轉滑移法等技術具有以下優(yōu)點：

(1)整個吊裝過程可控，具有安全操作性。由于C形板的重心與C形板起吊工裝的起吊中心在同一垂線上，因此在C形板吊至垂直位置時剛好達到靜平衡，適合進行安裝，但是在C形板翻轉過程中，不可避免會出現(xiàn)C形板重心越過旋轉支點產(chǎn)生一個水平拉力，從而造成水平?jīng)_擊。

若采用旋轉滑移法進行吊裝時，C形板的下部會隨著行車鉤頭的起升而移動，無法控制其移動速度，當起升到一定角度時，C形板重心過支點時會產(chǎn)生很大的沖擊，引起C形板下部晃動，也可能帶動行車晃動，非常危險。旋轉滑移法吊裝示意圖見圖5。

圖5 旋轉滑移法吊裝示意圖Figure 5 Schematic diagram of hoisting by rotary sliding method

(2)減小翻轉用工裝大小，控制吊裝用成本。只采用第一固定鉸鏈支點作為支點進行C形板整個翻身的技術方法，雖然節(jié)省了吊裝用工裝，但是同樣存在過重心產(chǎn)生的沖擊問題；只采用第二固定鉸鏈支點作為支點進行C形板翻身的技術方法，雖然很大程度上減小了C形板過重心時產(chǎn)生的沖擊，但是第二固定鉸鏈支點高為2645 mm，需做一高2.8 m的翻轉架，增加了翻轉工裝的尺寸及翻轉強度。

圖6 第一個翻轉銷Figure 6 The first overturning pin

圖7 第二個翻轉銷Figure 7 The second overturning pin

(3)減緩C形板翻轉過程中過重心產(chǎn)生的沖擊和晃動，相對其余幾種吊裝技術，在C形板垂直位置時，二級翻轉吊裝技術的第二個固定鉸鏈支點離C形板重心的垂線距離最小值為258 mm，因此產(chǎn)生的沖擊相對于C形板的外形尺寸幾乎可以忽略不計。

3 翻轉架鉸鏈支點受力模擬分析

運用Adams軟件對C形板翻身過程中二次翻轉支架的兩個固定鉸鏈支點位置進行受力模擬分析，結果見圖6和圖7。

由圖6和圖7可見，第一個翻轉銷最大應力為53.9 MPa，最大位移為0.6 mm；第二個翻轉銷最大應力61.7 MPa，最大位移為0.09 mm。

通過模擬計算，二次翻轉支架強度完全符合要求。

4 C形板運行模擬分析

4.1 模擬仿真計算

運用Adams對C形板翻身的運行過程進行模擬仿真計算。

(1)在翻轉銷與翻轉底座之間添加接觸力，在第一次翻轉結束，附近釋放翻轉工裝與翻轉銷之間的約束，使翻轉銷與翻轉底座之間通過接觸力相互作用，以便提取換鉸時的沖擊力，編寫腳本仿真如圖8所示。

(2)接觸力參數(shù)(contact1與contact2設置一樣)及傳感器設置如圖9所示。

(3)查閱資料，設置接觸力參數(shù)，通過設置角度傳感器來判斷C形板翻轉是否到位。

圖8 定義腳本仿真Figure 8 Define script emulation

4.2 仿真過程

仿真過程如圖10所示。

4.3 測量函數(shù)

C形板加速度見圖11。啟動時，C形板最大加速度為1.48 mm/s2，啟動慣性力為250×103×1.48×10-3=370 N，可見啟動慣性力不大。

第一次翻轉時未接觸，所以接觸力為0，二次翻轉過程接觸力情況如圖12所示。

圖9 接觸參數(shù)及傳感器參數(shù)Figure 9 Contact parameters and sensor parameters

圖10 仿真過程圖Figure 10 Simulation process diagram

圖11 C形板加速度Figure 11 Accelerated velocity of C-shaped plate

可見翻轉底座對二次翻轉銷的支撐反力隨擺角變化。換鉸鏈支點時沖擊力大小為1.11 MN， 二次翻轉過程中最大支座反力為2.32 MN。

C形板最大加速度為752.21 mm/s2，最大慣性力為50×103×752.21×10-3=188.05 kN。

整個翻轉過程中鋼絲繩水平方向分力見圖13，水平方向最大分力為0.131 MN，制動后，靜摩擦力0.28 MN。在整個翻轉過程中，不會出現(xiàn)C形板拉動大車行走的情況。

(a)二次翻轉銷接觸力

實線為接觸力曲線，虛線為鋼絲繩擺角

圖13 鋼絲繩拉力水平方向分力Figure 13 Horizontal component of wire rope tension

5 結論

通過Adams仿真模擬，驗證了用二級翻轉吊裝技術進行C形板的翻身是可行的，通過二級翻轉吊裝技術，我們將20片C形板安全可靠地安裝到位，并控制了C形板的變形，達到了機架安裝要求，實現(xiàn)了C形板這種薄壁且兩頭偏重的長桿件的可控吊裝及翻身，并在吊裝過程中控制了其變形。

C形板二級翻轉吊裝技術可作為大型不規(guī)則零部件翻轉吊裝的模版示例，同時C形板二級翻轉吊裝技術為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，受力與運行模擬分析為大件吊裝方案的制定與實施提供了理論計算方法。