造船龙门起重机起升钢丝绳更换工艺

洪 波，钱红飙，庄玉洋，郭晓光，杨文刚，钟洪峰

（1.大连船舶重工集团有限公司，辽宁 大连116021；2.大连益利亚工程机械有限公司，辽宁 大连116025；3.国家工程机械质量监督检验中心，北京 102100；4.大连船舶重工集团运输有限公司，辽宁 大连116021）

1 概述

大吨位造船龙门起重机起升机构钢丝绳，由于其直径大、缠绕形式复杂，导致更换过程繁复且存在施工安全风险。施工前，通常都要制定相应的钢丝绳更换工艺，用以统筹机具材料和人员调配，管控施工安全，保障施工进度。

本文以某船舶集团900 t造船龙门起重机下台车主起升钢丝绳更换工艺进行阐述，所用方法效率高，且已通过实践证实是安全可靠的。

2 设备情况描述

某船舶集团900 t造船龙门起重机，钢结构采用双主梁，支腿一刚一挠，跨距182 m；设置有上、下起重台车，总起重量900 t；其中下台车吊钩起重量300 t，下台车轨平面以上起升高度91 m。外形结构如图1所示。

图1 整机结构

更换的钢丝绳参数见表1，钢丝绳的缠绕形式见图2。

表1 更换钢丝绳参数

图2 钢丝绳缠绕形式

从钢丝绳的缠绕图可知，下小车主起升采用的是双卷筒双出绳形式，单根钢丝绳两绳头并行叠绕在卷筒上固定。该缠绕结构，因钢丝绳直径较大，出绳点多，结构空间又狭小，相较于普通起升机构要复杂的多。按常规钢丝绳更换方式，要先将旧绳下放至地面，再采用较细的引绳，将新绳穿绕至起升机构中。考虑到该方式费工费时，且易造成新绳扭结，导致钢丝绳系统中存在内力，不利于起升机构的安全运行，因此采用了如下钢丝绳更换工艺。

3 更换工艺

为有利于管控施工过程，保障施工安全，更换工艺涉及4个部分：（1）施工准备；（2）旧钢丝绳拆卸；（3）新钢丝绳穿绕；（4）校核计算；具体如下。

3.1 施工前准备

施工场地布局。按门架所覆盖的地面来进行场地布局，考虑机架的摆放及汽车吊站位，所需施工场地约50 m×40 m，图3为施工场地平面布置形式，表2为施工所用机具。施工前的具体准备工作如下：

图3 施工场地平面布置

（1）场地清理及起重机站位。按场地布局要求，对场地内的物品进行清理，与施工无关的全部清除。将起重机停放在船坞东端，避免施工期间与其它同吊道起重机发生干涉。将下小车停放在距刚腿约4.4 m处，使主起升卷筒处于维修起重机钩头下方，此时维修起重机幅度13 m，起重量10 t，满足工况要求。为使上小车结构不会遮挡下小车主起升卷筒，需将上小车与下小车错开20 m停放。起重机站位后需在大车轮下塞入斜楔，保证施工期间整机不发生滑移。

（2）新钢丝绳卷筒封固。新钢丝绳卷筒两端采用与卷筒轴径相配的槽钢做为支撑垫座，以保证钢丝绳更换期间，卷筒能够灵活滚动。按钩头出绳的中心线来放置卷筒垫架，两卷筒中心间距约3 m。为保证钢丝绳出绳端偏摆角小于5°[1]，计算新卷筒固定位置距钩头约30 m。

（3）起重设备布置。施工所用起重设备采用本机自带的维修吊，起重量为12 t，能够满足钢丝绳更换的工况要求。维修起重机钩头上悬挂有四个手拉葫芦和一个导向滑轮，手拉葫芦用于悬吊、固定左右卷筒上的钢丝绳；导向滑轮作为牵引绞车的换向轮使用。

（4）绞车布置。绞车作为下放旧绳和牵引新绳的主要设备，其沿刚腿侧横梁下方布置，牵引能力为3 t，并配备导向滑轮，布置形式见图4所示。绞车基座与地面进行焊接封固，导向滑轮拴挂在10 t压载铁上。将绞车钢丝绳先穿过导向滑轮后，再引入到维修起重机钩头悬吊的换向滑轮内，并将绳头绑固在机房结构上。

图4 绞车布置形式

（5）在下台车机房内和地面上分别配置焊机和气割设备。见表2。

表2 施工机具表

3.2 旧钢丝绳拆卸流程

（1）将下小车钩头下放到垫架上，由其承受钩头的全部重量。由于钩头铰点较多，故采用采用槽钢将钩头封固在垫架上，防止钩头歪倒，形式见图5所示。

图5 钩头封固

（2）断开排绳机构与钢丝绳、卷筒的联动装置，开动下台车起升电机，下放钢丝绳，使卷筒上只保留三圈钢丝绳。

（3）先将左侧卷筒外层旧绳出绳端与手拉葫芦固定并悬吊住，用割枪切断该钢丝绳，只保留压板内一段旧钢丝绳；再将旧绳与绞车钢丝绳端部进行连接，松开该绳与手拉葫芦的连接；最后，开动绞车，将一根旧绳的一端缓慢下放至地面，接近地面时，由地面操作人员向外牵引绳头并存放在空地处，切断旧钢丝绳多余的冗长部分，保留长度以方便新、旧钢丝绳连接牵引即可。

（4）反转绞车，重新将引绳端头牵引至下台车机房内，按上述流程将右卷筒外层钢丝绳下放到地面。至此，完成旧绳端的拆卸。

3.3 新钢丝绳穿绕

（1）在新、旧钢丝绳端头部，焊接牵引用套圈。焊接采用气体保护焊，焊接材料H08A，具体焊接要求如下：

1）清除绳头表面的油渍、水渍和铁锈等；

2）钢丝绳头要扎紧防止松散以保证熔焊质量；

3）焊前预热。预热温度控制在350℃；

4）绳头端部先堆焊一层金属来封固绳头，并打磨平整，表面不得有裂纹、夹渣等缺陷；

5）组对焊接轴套，焊接采用多层多道焊，控制层间温度不低于350℃；

6）焊后热处理，加热温度控制在600℃～650℃，保温缓冷；

7）焊后打磨焊缝表面使之平滑，磁粉检查焊缝表面不得有裂纹缺陷。

（2）利用叉车将新钢丝绳牵引至钩头下端，用直径10 mm插编钢丝绳圈，将新、旧钢丝绳连接在一起，控制新旧钢丝绳的绳头间距在700 mm左右，方便通过滑轮。

（3）开动起升电机，在将旧钢丝绳重新卷绕到卷筒的同时，带动两根新绳穿绕进滑轮组系统内。在引入新绳的过程中，为了避免多组钢丝绳发生干涉，保证入绳通畅，需利用两台汽车吊在靠近钩头侧吊起两根新绳，形式见图6所示。待新绳端头卷绕到卷筒上有两圈时，关闭起升电机。

图6 汽车吊辅助穿绳示意图

（4）将两根新绳端部悬吊在维修吊钩头的手拉葫芦上，利用割枪切断新、旧钢丝绳连接，启动起升机构电机，将旧绳下放至地面，待卷筒上旧绳留有三圈时关闭电机。

（5）用手拉葫芦固定卷筒上的旧绳，拆卸卷筒钢丝绳压板，抽出旧绳头，再将旧绳与绞车钢丝绳端部进行连接，松开旧绳与手拉葫芦的连接；开动绞车，分别将两根旧绳全部下放至地面，至此旧钢丝绳已被全部拆除。

（6）截取新钢丝绳。由于更换的新钢丝绳来货长度长于设计长度，因此，需按设计长度截取。要求钢丝绳切断采用无齿锯，切断时做好封头处理。测量切断后的实际钢丝绳长度并做好记录，备查。

（7）将新绳在地面的一端与绞车钢丝绳端部进行连接，开动绞车，将新绳头牵引至下台车机房内，保证有两圈的余长后，利用手拉葫芦将新绳端悬吊固定后，拆开新绳与绞车的连接。

（8）用钢丝绳压板将新绳端部固定到卷筒上后，拆卸与手拉葫芦的连接，恢复排绳机构的联动装置，检查新钢丝绳卷绕无误后，开动起升电机，缓慢卷绕新钢丝绳到卷筒上，从而完成钢丝绳的更换。

3.4 校核计算

（1）钢丝绳连接接头的受力分析

按本方案的工艺形式，钢丝绳连接接头的受力有：

1）垂直提升钢丝绳重量。钢丝绳直径42 mm，每100 m绳长自重770 kg，本次施工提升的钢丝绳高度约为110 m，计算钢丝绳自重拉力为：

2）新绳卷筒的滚动摩擦阻力。总重量按进货重为8 045 kg，滚动摩擦系数按0.08，计算的阻力为：

3）钢丝绳的僵性阻力。按僵性阻力系数1.1计算。

4）滑轮效率。总效率计算如下：

5）接头拉力计算如下：

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

（2）钢丝绳焊接接头强度校核

1）本方案中焊接材料为低碳钢焊丝，焊缝受拉应力，计算许用应力为：

2）本方案要求套圈与钢丝绳焊接采用开坡口焊透焊，计算截面积为：

3）校核焊缝应力为26.2 N/mm2，满足使用要求。

（3）连接新、旧钢丝绳的短绳扣强度校核

方案选用的连接钢丝绳扣型号规格为6×19-10-1570，单根钢丝绳最小破断拉力为48.2 kN，安全系数取 5，则

F＝18 343 N×5÷2×1 000≈45.9 kN＜48.2 kN

可见校核结果满足使用要求[2]。

4 结束语

本文按照钢丝绳更换工艺，对每个关键环节及受力进行了必要分析核算，保证了施工的安全性和可靠性，再辅以其它安全防护措施的实施。本工艺减少了换引绳的环节，降低了新绳扭结的风险。改进了新旧绳的接头形式，有利于新绳导入起升系统中。利用本机自带的维修起重机，解决了换绳空间狭小的困难。

利用本工艺方案对某船厂的900 t造船龙门起重机下台车主起升钢丝绳进行更换施工，取得良好的效果。