造船龍門起重機(jī)起升鋼絲繩更換工藝

洪 波，錢紅飆，莊玉洋，郭曉光，楊文剛，鐘洪峰

（1.大連船舶重工集團(tuán)有限公司，遼寧 大連116021；2.大連益利亞工程機(jī)械有限公司，遼寧 大連116025；3.國家工程機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 102100；4.大連船舶重工集團(tuán)運(yùn)輸有限公司，遼寧 大連116021）

1 概述

大噸位造船龍門起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩，由于其直徑大、纏繞形式復(fù)雜，導(dǎo)致更換過程繁復(fù)且存在施工安全風(fēng)險。施工前，通常都要制定相應(yīng)的鋼絲繩更換工藝，用以統(tǒng)籌機(jī)具材料和人員調(diào)配，管控施工安全，保障施工進(jìn)度。

本文以某船舶集團(tuán)900 t造船龍門起重機(jī)下臺車主起升鋼絲繩更換工藝進(jìn)行闡述，所用方法效率高，且已通過實(shí)踐證實(shí)是安全可靠的。

2 設(shè)備情況描述

某船舶集團(tuán)900 t造船龍門起重機(jī)，鋼結(jié)構(gòu)采用雙主梁，支腿一剛一撓，跨距182 m；設(shè)置有上、下起重臺車，總起重量900 t；其中下臺車吊鉤起重量300 t，下臺車軌平面以上起升高度91 m。外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

更換的鋼絲繩參數(shù)見表1，鋼絲繩的纏繞形式見圖2。

表1 更換鋼絲繩參數(shù)

圖2 鋼絲繩纏繞形式

從鋼絲繩的纏繞圖可知，下小車主起升采用的是雙卷筒雙出繩形式，單根鋼絲繩兩繩頭并行疊繞在卷筒上固定。該纏繞結(jié)構(gòu)，因鋼絲繩直徑較大，出繩點(diǎn)多，結(jié)構(gòu)空間又狹小，相較于普通起升機(jī)構(gòu)要復(fù)雜的多。按常規(guī)鋼絲繩更換方式，要先將舊繩下放至地面，再采用較細(xì)的引繩，將新繩穿繞至起升機(jī)構(gòu)中。考慮到該方式費(fèi)工費(fèi)時，且易造成新繩扭結(jié)，導(dǎo)致鋼絲繩系統(tǒng)中存在內(nèi)力，不利于起升機(jī)構(gòu)的安全運(yùn)行，因此采用了如下鋼絲繩更換工藝。

3 更換工藝

為有利于管控施工過程，保障施工安全，更換工藝涉及4個部分：（1）施工準(zhǔn)備；（2）舊鋼絲繩拆卸；（3）新鋼絲繩穿繞；（4）校核計算；具體如下。

3.1 施工前準(zhǔn)備

施工場地布局。按門架所覆蓋的地面來進(jìn)行場地布局，考慮機(jī)架的擺放及汽車吊站位，所需施工場地約50 m×40 m，圖3為施工場地平面布置形式，表2為施工所用機(jī)具。施工前的具體準(zhǔn)備工作如下：

圖3 施工場地平面布置

（1）場地清理及起重機(jī)站位。按場地布局要求，對場地內(nèi)的物品進(jìn)行清理，與施工無關(guān)的全部清除。將起重機(jī)停放在船塢東端，避免施工期間與其它同吊道起重機(jī)發(fā)生干涉。將下小車停放在距剛腿約4.4 m處，使主起升卷筒處于維修起重機(jī)鉤頭下方，此時維修起重機(jī)幅度13 m，起重量10 t，滿足工況要求。為使上小車結(jié)構(gòu)不會遮擋下小車主起升卷筒，需將上小車與下小車錯開20 m停放。起重機(jī)站位后需在大車輪下塞入斜楔，保證施工期間整機(jī)不發(fā)生滑移。

（2）新鋼絲繩卷筒封固。新鋼絲繩卷筒兩端采用與卷筒軸徑相配的槽鋼做為支撐墊座，以保證鋼絲繩更換期間，卷筒能夠靈活滾動。按鉤頭出繩的中心線來放置卷筒墊架，兩卷筒中心間距約3 m。為保證鋼絲繩出繩端偏擺角小于5°[1]，計算新卷筒固定位置距鉤頭約30 m。

（3）起重設(shè)備布置。施工所用起重設(shè)備采用本機(jī)自帶的維修吊，起重量為12 t，能夠滿足鋼絲繩更換的工況要求。維修起重機(jī)鉤頭上懸掛有四個手拉葫蘆和一個導(dǎo)向滑輪，手拉葫蘆用于懸吊、固定左右卷筒上的鋼絲繩；導(dǎo)向滑輪作為牽引絞車的換向輪使用。

（4）絞車布置。絞車作為下放舊繩和牽引新繩的主要設(shè)備，其沿剛腿側(cè)橫梁下方布置，牽引能力為3 t，并配備導(dǎo)向滑輪，布置形式見圖4所示。絞車基座與地面進(jìn)行焊接封固，導(dǎo)向滑輪拴掛在10 t壓載鐵上。將絞車鋼絲繩先穿過導(dǎo)向滑輪后，再引入到維修起重機(jī)鉤頭懸吊的換向滑輪內(nèi)，并將繩頭綁固在機(jī)房結(jié)構(gòu)上。

圖4 絞車布置形式

（5）在下臺車機(jī)房內(nèi)和地面上分別配置焊機(jī)和氣割設(shè)備。見表2。

表2 施工機(jī)具表

3.2 舊鋼絲繩拆卸流程

（1）將下小車鉤頭下放到墊架上，由其承受鉤頭的全部重量。由于鉤頭鉸點(diǎn)較多，故采用采用槽鋼將鉤頭封固在墊架上，防止鉤頭歪倒，形式見圖5所示。

圖5 鉤頭封固

（2）斷開排繩機(jī)構(gòu)與鋼絲繩、卷筒的聯(lián)動裝置，開動下臺車起升電機(jī)，下放鋼絲繩，使卷筒上只保留三圈鋼絲繩。

（3）先將左側(cè)卷筒外層舊繩出繩端與手拉葫蘆固定并懸吊住，用割槍切斷該鋼絲繩，只保留壓板內(nèi)一段舊鋼絲繩；再將舊繩與絞車鋼絲繩端部進(jìn)行連接，松開該繩與手拉葫蘆的連接；最后，開動絞車，將一根舊繩的一端緩慢下放至地面，接近地面時，由地面操作人員向外牽引繩頭并存放在空地處，切斷舊鋼絲繩多余的冗長部分，保留長度以方便新、舊鋼絲繩連接牽引即可。

（4）反轉(zhuǎn)絞車，重新將引繩端頭牽引至下臺車機(jī)房內(nèi)，按上述流程將右卷筒外層鋼絲繩下放到地面。至此，完成舊繩端的拆卸。

3.3 新鋼絲繩穿繞

（1）在新、舊鋼絲繩端頭部，焊接牽引用套圈。焊接采用氣體保護(hù)焊，焊接材料H08A，具體焊接要求如下：

1）清除繩頭表面的油漬、水漬和鐵銹等；

2）鋼絲繩頭要扎緊防止松散以保證熔焊質(zhì)量；

3）焊前預(yù)熱。預(yù)熱溫度控制在350℃；

4）繩頭端部先堆焊一層金屬來封固繩頭，并打磨平整，表面不得有裂紋、夾渣等缺陷；

5）組對焊接軸套，焊接采用多層多道焊，控制層間溫度不低于350℃；

6）焊后熱處理，加熱溫度控制在600℃～650℃，保溫緩冷；

7）焊后打磨焊縫表面使之平滑，磁粉檢查焊縫表面不得有裂紋缺陷。

（2）利用叉車將新鋼絲繩牽引至鉤頭下端，用直徑10 mm插編鋼絲繩圈，將新、舊鋼絲繩連接在一起，控制新舊鋼絲繩的繩頭間距在700 mm左右，方便通過滑輪。

（3）開動起升電機(jī)，在將舊鋼絲繩重新卷繞到卷筒的同時，帶動兩根新繩穿繞進(jìn)滑輪組系統(tǒng)內(nèi)。在引入新繩的過程中，為了避免多組鋼絲繩發(fā)生干涉，保證入繩通暢，需利用兩臺汽車吊在靠近鉤頭側(cè)吊起兩根新繩，形式見圖6所示。待新繩端頭卷繞到卷筒上有兩圈時，關(guān)閉起升電機(jī)。

圖6 汽車吊輔助穿繩示意圖

（4）將兩根新繩端部懸吊在維修吊鉤頭的手拉葫蘆上，利用割槍切斷新、舊鋼絲繩連接，啟動起升機(jī)構(gòu)電機(jī)，將舊繩下放至地面，待卷筒上舊繩留有三圈時關(guān)閉電機(jī)。

（5）用手拉葫蘆固定卷筒上的舊繩，拆卸卷筒鋼絲繩壓板，抽出舊繩頭，再將舊繩與絞車鋼絲繩端部進(jìn)行連接，松開舊繩與手拉葫蘆的連接；開動絞車，分別將兩根舊繩全部下放至地面，至此舊鋼絲繩已被全部拆除。

（6）截取新鋼絲繩。由于更換的新鋼絲繩來貨長度長于設(shè)計長度，因此，需按設(shè)計長度截取。要求鋼絲繩切斷采用無齒鋸，切斷時做好封頭處理。測量切斷后的實(shí)際鋼絲繩長度并做好記錄，備查。

（7）將新繩在地面的一端與絞車鋼絲繩端部進(jìn)行連接，開動絞車，將新繩頭牽引至下臺車機(jī)房內(nèi)，保證有兩圈的余長后，利用手拉葫蘆將新繩端懸吊固定后，拆開新繩與絞車的連接。

（8）用鋼絲繩壓板將新繩端部固定到卷筒上后，拆卸與手拉葫蘆的連接，恢復(fù)排繩機(jī)構(gòu)的聯(lián)動裝置，檢查新鋼絲繩卷繞無誤后，開動起升電機(jī)，緩慢卷繞新鋼絲繩到卷筒上，從而完成鋼絲繩的更換。

3.4 校核計算

（1）鋼絲繩連接接頭的受力分析

按本方案的工藝形式，鋼絲繩連接接頭的受力有：

1）垂直提升鋼絲繩重量。鋼絲繩直徑42 mm，每100 m繩長自重770 kg，本次施工提升的鋼絲繩高度約為110 m，計算鋼絲繩自重拉力為：

2）新繩卷筒的滾動摩擦阻力?？傊亓堪催M(jìn)貨重為8 045 kg，滾動摩擦系數(shù)按0.08，計算的阻力為：

3）鋼絲繩的僵性阻力。按僵性阻力系數(shù)1.1計算。

4）滑輪效率?？傂视嬎闳缦拢?/p>

5）接頭拉力計算如下：

F＝（8 300.6+6 307.28）×1.1÷0.876＝18 343 N

（2）鋼絲繩焊接接頭強(qiáng)度校核

1）本方案中焊接材料為低碳鋼焊絲，焊縫受拉應(yīng)力，計算許用應(yīng)力為：

2）本方案要求套圈與鋼絲繩焊接采用開坡口焊透焊，計算截面積為：

3）校核焊縫應(yīng)力為26.2 N/mm2，滿足使用要求。

（3）連接新、舊鋼絲繩的短繩扣強(qiáng)度校核

方案選用的連接鋼絲繩扣型號規(guī)格為6×19-10-1570，單根鋼絲繩最小破斷拉力為48.2 kN，安全系數(shù)取 5，則

F＝18 343 N×5÷2×1 000≈45.9 kN＜48.2 kN

可見校核結(jié)果滿足使用要求[2]。

4 結(jié)束語

本文按照鋼絲繩更換工藝，對每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)及受力進(jìn)行了必要分析核算，保證了施工的安全性和可靠性，再輔以其它安全防護(hù)措施的實(shí)施。本工藝減少了換引繩的環(huán)節(jié)，降低了新繩扭結(jié)的風(fēng)險。改進(jìn)了新舊繩的接頭形式，有利于新繩導(dǎo)入起升系統(tǒng)中。利用本機(jī)自帶的維修起重機(jī)，解決了換繩空間狹小的困難。

利用本工藝方案對某船廠的900 t造船龍門起重機(jī)下臺車主起升鋼絲繩進(jìn)行更換施工，取得良好的效果。