牺牲阳极焊接有轨台车的研发设计

陈帝油

摘 要：本文是基于实际工程项目撰写的，近些年来，跨海隧道也逐渐成为基建热点工程，而海底隧道制造施工要求较高，在隧道的外壁需要焊接阳极，来保护管道的内钢结构的不被海水腐蚀。海底隧道一般是分成多节制造的，隧道的外部高度一般高达10余米，外壁上需要按照要求布置有数以百计的阳极管，阳极管长达2.6m，重400kg，由于隧道外壁较高，且阳极管较长，并且还需将阳极管竖直进行焊接，焊接完单根阳极还需要上下或者左右的移动来继续对其他阳极进行焊接，这就对工装提出了很高的要求。本文将在现有起重机械的结构设计基础上进行改进设计，研发出一种能够较好适用于海底隧道阳极焊接作业的专用工装设备。

关键词：工装设备;海底隧道;改进设计;阳极焊接

1 应用概况

海底隧道的外部高度一般高达10余米，长30m，重达上百吨，在隧道下海之前，就需要完成对隧道外壁阳极的焊接工作。对于这种不方便移动且高度较高的物品焊接，需要搭置脚手架，或者使用登高车来进行焊接，但由于隧道管道数量较多，有几十段，如果使用搭脚手架的方法，拆装脚手架非常麻烦，需要的工期长。而使用登高车，虽然能够灵活移动，但有些阳极的位置较高，阳极与管壁定位以及人员的安全性很难得到保障。因此研发设计出一种能够完全适用于海底隧道阳极焊接作业的新型工装设备变得非常有必要。

2 设计方案的提出

在方案设计的初始阶段，提出一种半门式的提升工装作为方案构想，这是一种以施工升降机为原型主体，而在其底部设置水平运行机构，以施工升降机作为上下移动的机构，而水平移动则依靠车轮的水平运行来实现，构成“半门式”结构。但是，由于现场的空间限制，结构稳定性及顶部无法布置运行轨道等多种原因，该方法并不可行。

最终，我们确定了牺牲阳极焊接有轨台车的方案，该方案将在龙门吊形式的基础上改造设计，在支腿上增设一套卷扬机构，用于起吊双层吊笼，通过吊笼的上下移动，横梁装置上的驱动装置来实现左右平移，在主梁上设置有2台电动葫芦对阳极进行配合吊装，当2个葫芦抬吊着阳极来到外壁位置，一台葫芦首先下降，当阳极垂直后，两葫芦同步下放，到达焊接位置，吊笼上下2层分别站有1人，通过人工将阳极固定，松开阳极吊具，从而实现在隧道外壁上对阳极工装的作业，横梁上的驱动装置，吊装阳极以及起吊吊笼的葫芦上分别安装有编码器，并且配备有触摸屏，能够实现在吊笼内对位置的控制。牺牲阳极焊接有轨台车方案如下图所示。

3 牺牲阳极焊接有轨台车的设计

整个牺牲阳极有轨焊接台车主要由横梁装置、支腿、主梁、吊笼、吊笼提升葫芦等所部分构成，并且设置有防风拉索、夹轨器等必要的防风设备。主梁：采用箱型结构两个用于吊装阳极的两个葫芦安装悬挂于主梁下部。上部连接梁：采用H型鋼制作，中部与主梁连接，两端与支腿连接;下横梁采用钢板焊接箱型结构，下横梁有大车运行机构，下横梁上面与支腿连接。支腿采用H型钢制作，一侧支腿上安装吊笼与起吊葫芦。吊笼采用型钢制作，分上下两层，吊笼主要作用是为了放置焊接设备以及承载工作人员完成焊接工作，在吊笼两侧分别设计有2组导向轮，用于确保提升的稳定性，吊笼顶与提升葫芦平台上布置有2套滑轮组，钢丝绳经由滑轮的作用来实现吊笼的提升。整机结构采用有限元进行分析，强度刚度良好。在吊笼侧支腿上还安装有监控系统，用于实时监控葫芦与吊笼的运行情况，方便进行调整。

对重要结构件进行受力分析计算后，对其进行仿真分析，应力云图如下图所示：

经方针分析可知结构应力与位移均在合理范围内。

4 总结分析

本此设计的牺牲阳极有轨焊接台车是在现有起重机基础上进行改进设计，使其能够适用于特殊的工作环境，在受力分析的基础上进行了有限元仿真分析，确保设计的准确性与安全性。本设计运用的思路可为往后在工程应用当中的类似设计作为借鉴，掌握好有限元分析技术能够更好的解决实际工程应用当中遇到的问题。

参考文献：

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