大型海工起重機部件轉(zhuǎn)運吊裝探討

王長江 朱彤彤 楊 雷 施亮亮

南通潤邦重機有限公司

1 引言

起重噸位大、起升高度高的海工起重機能夠滿足深遠海一體化海上風(fēng)電施工作業(yè)需求,大幅提升我國海上風(fēng)電施工作業(yè)能力。隨著國內(nèi)制造能力進一步提升,大型設(shè)備的模塊化制作發(fā)運逐漸成為一種趨勢。與散件發(fā)運相比,模塊化發(fā)運擁有明顯優(yōu)勢,既減少了總裝的繁雜過程,同時免除了總裝過程中可能出現(xiàn)的各種問題,節(jié)約成本。

海工起重機主要由基座、回轉(zhuǎn)、臂架等主要構(gòu)件組成,其中回轉(zhuǎn)構(gòu)件質(zhì)量相對較大,目前最大噸位的起重機回轉(zhuǎn)構(gòu)件在2 000 t左右,而重載碼頭的承載一般為6 t/m2,對海工起重機的運輸及支撐均提出了較大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

起重機轉(zhuǎn)運需借助輔助設(shè)備,并且需要考慮內(nèi)場、引橋、碼頭的實地情況、起重機自身尺寸及與基礎(chǔ)設(shè)施干涉等因素。以某3 500 t海工起重機模塊安裝為例,介紹其多軸線模塊轉(zhuǎn)運方式,為后續(xù)同類項目的實施提供借鑒。

2 轉(zhuǎn)運及吊裝方案設(shè)計

2.1 工程概況

該項目海工起重機回轉(zhuǎn)構(gòu)件的質(zhì)量為1 698 t,外形尺寸為32 160 mm×21 000 mm×22 552 mm,經(jīng)過計算采用產(chǎn)品鉸點作為吊裝點(見圖1)。碼頭引橋長寬分別為262 m×30 m,碼頭長寬分別為362 m×40 m,承載均為6 t/m2。通過勘察,引橋與碼頭接入?yún)^(qū)域存在圍欄干涉。

1.單邊428 t 2.單邊421 t圖1 海工起重機結(jié)構(gòu)圖

綜合考慮設(shè)備整機重心高度、自重,總裝場地到碼頭需要轉(zhuǎn)彎90°(共兩處)等因素,采用滾裝、吊裝的方案都無法實現(xiàn),故采用多軸線模塊轉(zhuǎn)運的方案(見圖2)。

1.動力頭 2.4軸線 3.6軸線 4.托盤 5.A型支撐圖2 多軸線模塊

2.2 轉(zhuǎn)運吊裝準備

在實施海工起重機轉(zhuǎn)運吊裝之前,需編制科學(xué)的工藝方案。為了減少安全隱患,施工期間碼頭不安排其他船舶停靠作業(yè),對轉(zhuǎn)運路線區(qū)域進行清場。吊裝作業(yè)時,提前準備所需要的吊索具及掛鉤、必要的作業(yè)平臺及安全防護措施。

本次轉(zhuǎn)運任務(wù)橋?qū)挾?0 m、碼頭寬度40 m,從引橋轉(zhuǎn)彎至碼頭時,多軸線模塊操作人員需提前模擬轉(zhuǎn)彎路線及步驟,確保產(chǎn)品安全到達碼頭。由于沿江域天氣變化異常,需對天氣情況做好監(jiān)測,從而保證安全吊裝。

轉(zhuǎn)運前需拆除引橋到碼頭接入口處的圍欄及對轉(zhuǎn)運造成干涉的所有設(shè)備。避免交叉作業(yè),碼頭上作業(yè)全部停止,且在明顯位置布置安全警戒繩,與轉(zhuǎn)運無關(guān)人員禁止進入。轉(zhuǎn)運前將路基板與多軸線和轉(zhuǎn)運工裝做好標記,便于觀察轉(zhuǎn)運過程中是否有錯位現(xiàn)象。密切關(guān)注天氣變化,做好防風(fēng)防雨準備工作。

為了不影響海船周期,整機需要提前轉(zhuǎn)運至碼頭。多軸線模塊提前進場拼裝及試頂升作業(yè)。多軸線模塊前后側(cè)、左右側(cè)單獨拼裝,后左及后右側(cè)采用2個6軸線模塊+2個4軸線模塊+2個動力頭,前左及前右側(cè)采用4個4軸線模塊+1個動力頭,多軸線模塊上均布鋪設(shè)分載工裝。多軸線模塊以1 000 mm高度駛進轉(zhuǎn)運工裝下方,駛?cè)牍ぱb時需調(diào)整前后側(cè)平板車位置,保證平板車組中心距在合適位置。完成后,安裝多軸線模塊剛性連接支架,提高平板車同步率。

2.3 轉(zhuǎn)運流程

在計算機上模擬轉(zhuǎn)運路線,根據(jù)實際場地,列出注意事項,并逐項核實是否落實到位。

檢查回轉(zhuǎn)平臺是否與地面全部脫離,安裝過程中使用的連接電纜等全部拆除,設(shè)備上可移動的物料全部固定或者清理完成。隨后緩緩頂升設(shè)備,頂升過程中觀察設(shè)備與地面或者支撐工裝位置是否有異響等異常情況,如發(fā)生異響等情況,暫時停止頂升,檢查確定無異常情況后,繼續(xù)緩慢頂升到多軸線模塊可以運行的高度。

高度到位后,檢查設(shè)備與支撐工裝、地面連接位置,需清理設(shè)備的支撐工裝等物料,避免轉(zhuǎn)運過程中碰到設(shè)備或者影響多軸線模塊行進。利用產(chǎn)品海綁吊耳,使用鋼絲繩、手拉葫蘆、卸扣等將產(chǎn)品與平板車拉緊固定。

行進開始前,觀察人員需合理站位,能夠觀察到設(shè)備與行進路線中的固定物,尤其是轉(zhuǎn)彎過程中,嚴密觀察周邊情況并實時與司機保持聯(lián)系。在行進過程中觀察多軸線模塊和設(shè)備是否存在不同步現(xiàn)象,如發(fā)現(xiàn)不同步現(xiàn)象第一時間匯報給多軸線模塊司機。按計劃路線行進至規(guī)劃位置后,下降頂升高度,在吊裝前拆除并清理設(shè)備與多軸線模塊的連接鋼絲繩等綁扎物料。

2.4 安全事項

大型構(gòu)件轉(zhuǎn)運及吊裝,在準備階段務(wù)必對吊索具進行認真的安全檢查,確保符合安全使用要求。轉(zhuǎn)運及吊裝前,對構(gòu)件上的可移動物進行綁扎固定或者移除,疏散行經(jīng)路線上的無關(guān)人員。正式轉(zhuǎn)運前需進行試頂升,轉(zhuǎn)運過程中需密切關(guān)注是否有移位現(xiàn)象發(fā)生。吊裝前需進行試吊并靜置,觀察各受力部位是否有異常情況,確保吊裝安全可靠。

3 基礎(chǔ)計算與校核

3.1 地面承載能力校核

后側(cè)多軸線地面承載計算,單位承載壓力計算如下:

(1)

式中,P為地面單位壓力,F為單軸線的自重和物重,S為單軸線分載面積,L為單軸線車體分載長度,W1為分載力超過車體的距離,W2為單軸線車體寬度。根據(jù)稱重結(jié)果,考慮支撐工裝和車體自重,F取值32.5 t,L取值1.6 m,W1取值0.54 m,W2取值3 m。計算結(jié)果為4.98 t/m2<6 t/m2,地面承載能力滿足要求。

同理計算前側(cè)多軸線地面承載壓力,F取值為25.96 t,計算結(jié)果為3.98 t/m2<6 t/m2,地面承載能力滿足要求。

3.2 吊裝點強度校核

對3 500 t全回轉(zhuǎn)海洋工程起重機回轉(zhuǎn)平臺吊裝工況進行有限元計算。前吊點載荷為單邊428 t(偏外角2°);后吊點載荷為單邊421 t(偏外角2.5°)。對回轉(zhuǎn)平臺底部進行固定約束,上部鉸點進行加載(見圖3)。

圖3 回轉(zhuǎn)平臺有限元分析

經(jīng)有限元分析,吊裝點處最大應(yīng)力134 MPa,小于許用應(yīng)力345 MPa,結(jié)構(gòu)強度滿足要求。

3.3 吊裝使用銷軸校核

A字架后拉桿鉸軸受力計算。A字架后拉桿位置起吊重量為842 t,單只鉸軸受力421 t,考慮1.2倍起吊載荷分項系數(shù),單個鉸軸的載荷取505.2 t。計算得出彎矩應(yīng)力為120 MPa,剪切應(yīng)力為17.9 MPa,鉸軸選用30Cr2Ni2Mo材料,許用強度[σ]=440 MPa>121 MPa,滿足使用要求。采用同樣方式計算臂架鉸軸,滿足使用要求。

4 結(jié)語

經(jīng)過設(shè)計、論證及實踐驗證,提出大噸位構(gòu)件在運輸及吊裝過程中需要注意的事項,通過理論計算提供設(shè)備和基礎(chǔ)建設(shè)的安全性依據(jù),具有一定的工程應(yīng)用及推廣價值。