反扣式吊裝機(jī)的發(fā)明及工程應(yīng)用

張亦弛

上海市政建設(shè)有限公司 上海 200438

水處理廠內(nèi)設(shè)備安裝工程時(shí)常會(huì)面臨多變、復(fù)雜的工況，其施工內(nèi)容充滿多樣性，本文探討并介紹一種借助已有的混凝土板結(jié)構(gòu)對(duì)斜下方進(jìn)行吊裝作業(yè)，常用于池體內(nèi)設(shè)備吊裝，無(wú)需螺栓固定，同類(lèi)吊裝施工可反復(fù)使用。

1 應(yīng)用工程概況

深圳市福田區(qū)污水處理廠一期工程建設(shè)污水處理規(guī)模達(dá)40萬(wàn) m3/d。污水處理部分共計(jì)13個(gè)單體，包括細(xì)格柵及沉砂池、初次沉淀池、生物池、二沉池等。其中初沉池建設(shè)32條、二沉池建設(shè)40條，二沉池池體體積為70.6 m×7.1 m×4.4 m，池體內(nèi)配合安裝管式撇渣器（圖1）。

圖1 管式撇渣器位置

2 創(chuàng)新發(fā)明背景

在沉淀池內(nèi)安裝管式撇渣器時(shí)，發(fā)現(xiàn)除撇渣器斜上方檢修通道外無(wú)其他安裝利用面（圖2），同時(shí)考慮到在安裝期間應(yīng)避免利用池底面，不對(duì)池體內(nèi)其他設(shè)備安裝、運(yùn)行造成影響。

圖2 管式撇渣器二沉池安裝位置

2.1 常用的施工方法1：自制龍門(mén)架吊裝

自制龍門(mén)架常用于池內(nèi)設(shè)備吊裝（圖3），但對(duì)于吊裝環(huán)境有一定的要求。若該池為開(kāi)放式池體，且池體較寬，架設(shè)龍門(mén)架跨度會(huì)過(guò)大，必須增大龍門(mén)架拼裝材料尺寸，同時(shí)增加架子斜撐，導(dǎo)致工具笨重，可靠性差，施工可行性較低[1]。

圖3 初沉池采用龍門(mén)架吊裝現(xiàn)場(chǎng)示意

2.2 常用施工方法2：手拉葫蘆＋卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝

在屋頂梁上制作吊點(diǎn)，利用手拉葫蘆縱向的升降及卷?yè)P(yáng)機(jī)橫向牽引安裝（圖4）[2]。

圖4 手拉葫蘆配合卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝示意

若設(shè)備安裝數(shù)量較多，大批量在橫梁處架設(shè)手拉葫蘆吊點(diǎn)并在池底布置卷?yè)P(yáng)機(jī)，會(huì)影響施工工期，同時(shí)需要利用池底，且檢修通道混凝走道板較窄，設(shè)置并拆除吊點(diǎn)危險(xiǎn)性較大。

3 設(shè)備創(chuàng)新發(fā)明

根據(jù)以上工況分析，我們?cè)O(shè)計(jì)出第3套方案：利用管式撇渣器安裝輔助設(shè)備進(jìn)行吊裝。

3.1 創(chuàng)新思路

由于傳統(tǒng)工藝費(fèi)時(shí)費(fèi)力并且存在一定的安全隱患，我們需制作一個(gè)適合現(xiàn)場(chǎng)特殊環(huán)境的吊裝設(shè)備，借助此設(shè)備對(duì)管式撇渣器進(jìn)行安裝，在保證安全性的情況下減少施工工期，降低施工成本。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以利用的安裝受力面除池壁外，只剩下一處離池體尾端22.5 m處的檢修通道，該通道剛好位于管式撇渣器安裝位置斜上方（檢修通道與安裝軸線橫向距離差500 mm，高度差700 mm）?？紤]到工具及材料的重復(fù)利用性（二沉池共計(jì)40臺(tái)管式撇渣器），我們需要利用通道的混凝土走道板量身定做一個(gè)可以方便移動(dòng)拆卸的吊裝設(shè)備。我們利用杠桿原理設(shè)計(jì)了一種反扣式的安裝輔助設(shè)備（圖5、圖6），將1根斜梁和2根支腿架設(shè)在混凝土走道板上方，并在尾端焊接一扣件，反扣于操作通道側(cè)面，即吊裝反方向，在斜梁頭部制作一吊耳，吊耳中心離扣件尾端1 700 mm，即當(dāng)尾端扣件卡入樓板內(nèi)時(shí)，吊耳位置恰好位于安裝位置正上方。我們命名該設(shè)備為“反扣式吊裝機(jī)”[3]。

圖5 初步構(gòu)想

圖6 吊裝輔助工具成品照

根據(jù)如上設(shè)計(jì)，反扣式吊裝機(jī)具有如下優(yōu)勢(shì)：靠自重扣于樓板上，無(wú)需固定；設(shè)備本身自重較輕，便于搬運(yùn)；吊裝利用空間小，只需在樓道板上便可操作；吊裝方法簡(jiǎn)單，架一臺(tái)手拉葫蘆即可安裝；省時(shí)、省材、省力。

3.2 深化設(shè)計(jì)

管式撇渣器設(shè)備參數(shù)為直徑310 mm，長(zhǎng)7.1 m，使用的316 L材料密度7.98 g/cm3，同時(shí)，測(cè)量撇渣口面積及鋼管壁厚后，經(jīng)計(jì)算得管式撇渣器自重小于200 kg。根據(jù)管式撇渣器（即被吊物）質(zhì)量進(jìn)行受力分析，如圖7所示。

圖7 吊裝輔助工具受力分析

根據(jù)杠桿原理：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，即：FL1cos 45°=F1Lcos 45°。F為樓板的最大承載，F(xiàn)1處施加最大拉力為200 kg× 10=2.0×103N。設(shè)計(jì)L1∶L≈7∶12，即F=3.47×103N。

考慮到在支腿處的受力較大，將支腿垂直焊接于鋼管兩側(cè)可能存在隱患，根據(jù)迫擊炮炮腿的支撐原理，利用三角形支撐結(jié)構(gòu)，可以增加結(jié)構(gòu)可靠性，借鑒此結(jié)構(gòu)對(duì)反扣式吊裝機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化。

經(jīng)修改后，將3塊鋼板拼接制成1個(gè)混凝土走道板扣件，在扣件上端焊接1根1 000 mm×1 000 mm×4.5 mm的方鋼，與通道上平面和扣件呈45°，方鋼遠(yuǎn)離通道端略長(zhǎng)于設(shè)備安裝縱向基準(zhǔn)線，在方鋼離樓板尾端水平方向980 mm處焊接2根100 mm×45 mm×5.3 mm槽鋼作為支腿，水平于縱向基準(zhǔn)線，與走道板呈60°，在支腿中間焊接1個(gè)槽鋼作為橫向支撐。在支撐腿下方鋪設(shè)1塊800 mm×1 200 mm鋼板分散輔助工具受力，在鋼管頂端焊接1個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)位于設(shè)備安裝橫向基準(zhǔn)線上方（離遠(yuǎn)處樓板側(cè)端面1 700 mm），用于懸掛手拉葫蘆吊裝設(shè)備（圖8）。

圖8 管式撇渣器安裝輔助工具設(shè)計(jì)示意

3.3 可靠性計(jì)算分析

根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，我們采用Solidworks三維軟件進(jìn)行建模，并賦予模型材料屬性和應(yīng)力，通過(guò)軟件進(jìn)行有限元分析，得到靜應(yīng)力分析結(jié)果。經(jīng)過(guò)軟件分析得到管式撇渣器最大應(yīng)力值為92.3 MPa，小于Q235材料屈服強(qiáng)度248 MPa。在對(duì)輔助工具進(jìn)行分析后，我們對(duì)樓板的載荷進(jìn)行了分析。根據(jù)走道板高度、寬度、跨度及配筋圖，計(jì)算得到走道板支座處的彎矩、剪力、扭矩、樓板最大裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

3.4 設(shè)備實(shí)施運(yùn)用

根據(jù)如上設(shè)計(jì)，我們定制了吊裝工具，并實(shí)際對(duì)管式撇渣器進(jìn)行安裝。在安裝前將輔助工具就位于二沉池操作通道中間位置。將工具反扣于樓板后，把撇渣器移至輔助工具前端準(zhǔn)備吊裝，吊點(diǎn)上架設(shè)1個(gè)1 t的手拉葫蘆，并通過(guò)綁帶綁于管式撇渣器中部。當(dāng)拉動(dòng)手拉鏈條將撇渣管抬升后，由于慣性，設(shè)備自然而然朝斜上方遠(yuǎn)離操作通道，迅速達(dá)到設(shè)備安裝位置正上方位置，然后通過(guò)手拉葫蘆將撇渣器緩慢降至安裝高度。管式撇渣器兩端通過(guò)移動(dòng)操作平臺(tái)上的工人配合輔助安裝設(shè)備（操作平臺(tái)用于安裝刮泥機(jī)，無(wú)需再單獨(dú)配備），最終固定安裝該設(shè)備（圖9）。

圖9 設(shè)備吊裝操作示意

同時(shí)，利用反扣式吊裝機(jī)安裝管式撇渣器時(shí)見(jiàn)縫插針，避免對(duì)刮泥機(jī)的安裝造成時(shí)間及空間上的影響。

3.5 對(duì)比分析

由于自制龍門(mén)架吊裝的方案不可行，我們對(duì)手拉葫蘆＋卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝的方案和反扣式吊裝機(jī)吊裝的方案做了經(jīng)濟(jì)效益分析，如表1所示。

表1 傳統(tǒng)施工方法與新型定制工具對(duì)比

反扣式吊裝機(jī)除了節(jié)省施工本身的成本外，最重要的是節(jié)省了工期，取得了很好的技術(shù)效果，并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)95.6萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，反扣式吊裝機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)工藝在工程進(jìn)度上有較大的提高，同時(shí)減少了人工成本的支出，并且節(jié)約了材料及機(jī)具的使用費(fèi)用。除了在成本和工期上有較大的差距外，傳統(tǒng)施工方法還存在較大的安全隱患，采用反扣式吊裝機(jī)吊裝避免了這一危險(xiǎn)操作，降低了施工的危險(xiǎn)性，保證工人在安全環(huán)境下施工。