桥式抓斗卸船机前大梁挠度修复技术研究

2021-12-31赵玉春

中国设备工程 2021年24期

赵玉春

（中国电建集团港航建设有限公司，天津 300000）

1 桥式抓斗卸船机的主要组成及具体特点

（1）门框系统。海侧门框和陆侧门框为关键组成部分，单侧门框又细分为多类构件，即立柱、上下横梁，以焊接的方式连接于一体。

（2）大梁。卸船机大梁普遍由两根平行布置的大梁共同组成。以铰点为中心，大梁可分为前大梁和后大梁，彼此间通过铰点实现稳定连接。卸船机非工作状态时，前大梁可灵活转动，即绕铰点上扬80°，在该姿态下借助挂钩的辅助作用与梯形架稳定结合。以单板焊接的方法实现大梁与海、陆侧上横梁的连接处理，具有受力合理、稳定可靠、操作便捷等多重应用优势。

（3）梯形架。根据布设位置，梯形架包含海侧梯形架及陆侧梯形架，两者的上方设置上横梁，起到连接作用。对于海侧梯形架，该结构所处平面与水平面呈垂直的位置关系。

（4）拉杆系统。前拉杆、后撑杆是关键组成部分，前大梁呈仰起状态时前拉杆可根据实际要求做折叠处理，挂钩将前大梁与海侧梯形架稳定结合。

（5）门框连接系统。门框连接系统的细分构件主要有水平撑、斜撑、联系横梁以及撑杆。通过左、右横梁的配套，将门框的下半部分与海、陆侧门框刚性连接。在该结构设置方式下，有效保证了门框连接系统的受力特性（强度和刚度均较高），从而有效承受物料的重力等外部作用力。

2 桥式抓斗卸船机前大梁的结构分析

前大梁是桥式抓斗卸船机的关键组成部分，此处以1600t/h卸船机为例，对其应用特点展开分析：

（1）前大梁为箱型梁截面形式，上下盖板以及左右腹板联合受力，能够有效避免受力异常的现象。

（2）考虑到受力稳定性和装置轻便化的双重要求，根据前大梁各部位的受力条件合理选择钢板材料（将厚度作为重点控制指标），受力较大时采用厚钢板，受力较小时以薄钢板为宜，予以焊接。需注意的是，不等板厚的钢板在焊接时对操作方法提出较高的要求，应从一侧开始制作成不超过1:4的过渡斜度，实现平顺过渡。

（3）在前大梁结构中，各主梁均设置为箱型截面梁结构，由于平行四边形存在不稳定的特点，有必要在大梁内按照特定的间距依次设置横隔板，借助此类构件，有效提高大梁的稳定性。通常，间距根据上下盖板间的腹板总高度而定，以该值的0.5倍至2倍较为合适，具体视实际情况在该区间内做灵活的调整。为给电气设备的安装以及后续检维修工作的开展创设便捷的条件，在加工横隔板时，分别留设矩形孔，最小净高度1.3m，孔的宽度0.7m；厚度方面，由于横隔板并非关键的受力结构，因此无需特意增加厚度，通常8mm的厚度设置标准便能够满足要求。对于不存在安装需求以及检维修需求的，则直接采用无孔横隔板即可。

（4）载重小车停在前伸距处的前大梁的受力条件较为特殊，必须加强受力分析，避免受力异常。根据结构特点，将该部分前大梁简化为中前部受集中载荷作用的简支梁。为提高前大梁的整体稳定性，在箱形截面梁处设适量纵筋，现阶段应用较为广泛的是“L”型纵筋，具体根据前大梁的结构特点选取合适的规格并控制好纵筋的数量。

3 卸船机前大梁挠度变形

国外某煤电站项目，在该码头的硬件配套中，1600t/h桥式抓斗卸船机为关键装置，数量为2台。其中，1号桥式抓斗卸船机额定卸船效率1600t/h，平均利用率超50%，资源效用价值得到有效的发挥。但随着使用时间的延长，卸船机受长期负荷、高温高盐雾及潮湿空气等因素的影响，部分金属构件有腐蚀、变形问题，其中最为明显的部分为前大梁处，有较大幅度的下挠变形现象。针对前大梁下挠变形质量缺陷做深入的分析，以铰点为起点，向海侧按照2.5m的间距依次设置测点并编号。以大梁铰点为基准点，将该部分的前大梁上表面视为参考高度，在此条件下检测，明确测点的水平度，具体内容如表1所示。

表1 前大梁左右两侧的水平度检测数据

根据要求，前大梁在非作业状态下的预拱度为(1．4～1．6)S/1000mm（S为前大梁有效工作悬臂长）。结合表1的检测数据做对比分析，发现大梁铰点至拉杆铰点段所有测点的挠度均为负值，并且各自的程度不尽相同，其中以右侧测点6最为特殊，检测数据显示该点位的下挠度达到-51mm，并不能达到箱梁上挠要求，若直接将设备投入使用，极有可能诱发质量、安全等层面的问题。因此，有必要以起重机前大梁的质量缺陷为立足点，对其采取检维修、更换措施。

4 桥式抓斗卸船机前大梁挠度修复的具体方法

桥式抓斗卸船机已经经过长时间的使用，若采取整体更换的方案，将存在工作量大、难度高、成本多的局限性，缺乏可行性，因此采用维修方案，针对存在问题的部分采取维修措施，从根本上处理前大梁下挠变形问题。基本思路是：对大梁拉杆的长度做适当的调整，协调好拉杆铰点的分布位置，使其在左右两侧大梁同一水平面处；在前大梁挠度修复中，采取的是外力张拉、火攻矫正和腹板加固定形三重措施。修复方案的具体操作要点，如下。

（1）适度调整拉杆的长度，检查并控制左右侧的拉杆铰点的大梁面，理想状态是两者共处同一水平度上。（2）根据梯型架的结构特点，在其顶部挂设4个10t手拉葫芦。为避免前大梁旁弯，采用到活动钢性撑杆连接的方法，按5m的间距将杆件设置在两个大梁间。（3）拉紧手拉葫芦，适当向上抬起前大梁，经过检查后掌握左右侧前大梁的具体位置，经调整后使其在同一水平面。（4）对设置在前大梁两侧的腹板做加热处理（仪器加热，即专用烤枪），加热区域规划在箱梁圈筋处，加热温度500～600℃。前大梁腹板加热时，适当调整手拉葫芦的张紧度，目的在于确保其始终存在一个向上的力；按照要求完成修复操作后，使腹板自然冷却，随后松掉葫芦。（5）除了修复外，还在前大梁两侧内底部设2条角钢，增强结构的稳定性。

5 修复后的检测以及实际效果分析

修复后组织检测，确定前大梁两侧各测点的水平度，具体内容如表2所示。自修复以来，经过半年使用后，再次检测水平度，此阶段的数据如表3所示。

表3 使用半年后的水平度检测数据

综合分析修复完成后以及使用半年后的检测数据，发现前大梁挠度无异常现象。对比发现，即便经过半年的使用，前大梁挠度也依然稳定在相对合理的区间内，意味着增加纵向加强筋（角钢）的方式对于提高前大梁刚度而言具有重要作用，通过一系列修复措施的落实，卸船机金属构件的安全性得到保证；此外，前大梁火攻和加固部位也依然保持完整、稳定，未见开裂、变形问题，起升小车能够正常运行，各项功能正常使用。由此说明，该项目中采取的前大梁挠度修复技术的综合应用效果较好，具有可行性。