淺談大型無縫管生產(chǎn)線穿孔機主機架安裝技術(shù)

崔萬超

摘要：本文以安徽天大石油管材穿孔機安裝為例，闡述穿孔機主機架設(shè)備安裝工藝技術(shù)，以填補企業(yè)在現(xiàn)代熱連軋無縫鋼管生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備安裝的空白。對今后在無縫鋼管廠建設(shè)領(lǐng)域工程投標、施工組織方面等提供更多的技術(shù)支撐，提高公司在冶金行業(yè)的綜合競爭力，推動冶金行業(yè)安裝技術(shù)的不斷進步，具有重大意義。

關(guān)鍵詞：大型無縫管；穿孔機；雙機抬吊；空中對接；整體下降

前言

目前，隨著化工工業(yè)在中國的發(fā)展，無縫鋼管的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是進入21世紀以來，一大批具有國際先進水平和接近國際先進水平的鋼管生產(chǎn)技術(shù)裝備，在鋼管行業(yè)的生產(chǎn)中起到了主導(dǎo)作用。穿孔機是大型無縫管生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，穿孔機主要設(shè)備包括：穿孔機主機座、穿孔機進口臺、穿孔機主傳動、穿孔機出口一段、穿孔機出口二段，設(shè)備總噸位約1000噸。穿孔機主機架的安裝是整個穿孔機安裝的難點，穿孔機主機架具有重量大（入口機架76噸、出口機架72噸）、機架不規(guī)則、兩片機架對接難等特點，盡管我國天津無縫、鞍鋼無縫、成都無縫等企業(yè)都有過穿孔機安裝經(jīng)歷，但沒有形成系統(tǒng)的安裝方法可以借鑒，本文以安徽天大石油管材穿孔機安裝為例，闡述穿孔機主機架設(shè)備安裝工藝技術(shù)，以供借鑒。

1穿孔機設(shè)備主要技術(shù)特征

（1）穿孔機雙機抬吊

安徽天大高級石油專用管技改項目的穿孔機設(shè)備，是由中冶賽迪設(shè)計、太原重型機械制造有限公司制造，穿孔機主機架共兩片，分別重量為76噸和72噸，外型尺寸：4800mmx523mmx5263mm.廠房內(nèi)有起重量為30噸和50噸行車各一臺，穿孔機就位在+6米高架平臺上，+6米高架平臺形成后，穿孔機主機架無法使用大型吊機吊裝就位，根據(jù)現(xiàn)場條件，本著經(jīng)濟適用的原則，決定采用30噸和50噸兩臺行車抬吊的吊裝工藝（見圖1）。

（2）穿孔機機架空中對接整體下降

穿孔機兩片機架為不規(guī)則結(jié)構(gòu)，機架上沒有吊點，起吊后要用4個倒鏈調(diào)整機架水平，兩片機架就位在平行于軋制線的兩個軌座上，兩片機架由8顆M160液壓螺栓連接，而且這8顆螺栓不能在機架對接后再對穿，需要預(yù)先穿進一片機架上，然后在采用平行滑動另一片機架，但是機架軌座上有8顆M100公用“T”型螺栓，兩片機架不能落在機架軌座上對接，需要采用臨時措施把兩片機架空中對接，然后整體下降。

2穿孔機主機架吊裝工藝

2.1穿孔機吊具設(shè)計工藝

（1）吊具選型

穿孔機主機架分為入口和出口兩片，單重分別為72噸和76噸，廠房內(nèi)可使用的最大行車為50噸和30噸行車各一臺，考慮到兩臺行車吊裝設(shè)備時均為滿負荷承載，為使吊具自重較輕，以減少行車的負載，吊具大梁采用箱形梁結(jié)構(gòu)。

兩臺行車靠近時，兩主鉤的間距現(xiàn)場測量為11.15m，考慮到兩行車大車行走時不相撞，又盡可能減少吊具兩銷軸的間距，吊具箱形梁上部銷軸中心設(shè)計為11.5m，即吊具梁上部受力支點間距為11.5m。

考慮到兩臺行車一臺為50噸，一臺為30噸，為使兩臺行車按最大載荷時負載率一致，根據(jù)力矩平衡原理，和吊具自重，計算出下部吊點距50噸行車吊點為4.2m。實際吊裝時，按最大單鉤重量為76噸計，吊具按7噸計，50噸行車承載51.74噸，30噸行車承載31.26噸，最大負載率104.4%。

（2）吊具制作

吊具示意圖見圖2，采用箱形梁焊接制作，面底板20mm厚鋼板，腹板、內(nèi)部筋板12mm厚鋼板，材質(zhì)采用Q345-B鋼板。受拉區(qū)主要焊縫要進行超聲波探傷，達到二級要求。

（3）吊具箱型主梁、主要吊點強度計算

注：以下按GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行計算

a主梁強度：

主梁強度：

主梁承載：G=76×9.8×103N

動載系數(shù)K=1.15

主梁長度：L=11.5m，L1=4.2m，L2=7.3m

主梁承載彎距：M=G×K× L1×L2/L=2.28×106N·m

主梁截面：采用箱形梁結(jié)構(gòu)，Q345-B材料焊接成形（見主梁圖）。

面底板寬B=600mm，厚T1=20mm

腹板高H=910mm，厚T2=12mm

主梁慣性矩：Ix=2×T2×H3/12+2×B×T1×（H/2+T1/2）2=6.7×10-3m4

彎距作用應(yīng)力σ=M×（H/2+T1）/ Ix=162Mpa

Q345-B材料最大許用應(yīng)力[σ]=205MPa

經(jīng)力學(xué)計算：σ=162Mpa<[σ]，主梁承載強度滿足要求。

b主梁剛度：

主梁承載：G=76×9.8×103N

主梁長度：L=11.5m，L1=4.2m，L2=7.3m

材料彈性模量E=2.06×1011N/m2

主梁慣性矩：Ix=5.92×10-3m4

撓度ymax=G×L1×（L2-L12）3/2/（9×√3×E×Ix×L）=15.51mm

對于單次吊裝，箱形梁最大許用撓度[y]=1000L/600=19.2mm

經(jīng)力學(xué)計算：ymax =15.51mm<[y]，主梁剛度滿足要求。

c下銷軸：

下銷軸承載：F1=76×9.8×103N

動載系數(shù)K=1.15

下銷軸直徑：D1=0.12m

下銷軸截面積：A1=ΠD12/4

下銷軸剪應(yīng)力：τ1=KF1/A1=75.8Mpa

45#鍛件銷軸的最大許用抗剪應(yīng)力[τ]=138Mpa

經(jīng)力學(xué)計算：τ1=75.8Mpa<[τ]，下銷軸剪應(yīng)力滿足要求。

d上銷軸（50噸行車）：

上銷軸承載：F2= 51.74×9.8×103N（包括吊具自重）

動載系數(shù)K=1.15

上銷軸直徑：D2=0.10m

上軸截面積：A2=ΠD22/4

上銷軸剪應(yīng)力：τ2=KF2/A2=74.28Mpa

軸的最大許用抗剪應(yīng)力[τ]=138Mpa

經(jīng)力學(xué)計算：τ2=74.28Mpa<[τ]，上銷軸剪應(yīng)力滿足要求。

e吊具下銷軸孔下部垂直截面支座板

根據(jù)工作狀況，截面受載，截面尺寸，對吊具下銷軸處（按截面尺寸最?。┬：酥ё摪宓募魬?yīng)力：

吊具承載：F3= 76×9.8×103N

動載系數(shù)K=1.15

支座鋼板總厚度：T3=2×3×0.02=0.12m

下銷軸直徑：D1=0.12m

支座垂直截面長度L=0.2-D1/2=0.14m

吊片受剪截面積：A3=L×T3

上銷軸剪應(yīng)力：τ3=KF3/A3 =51Mpa

Q345-B材料的最大許用抗剪應(yīng)力[τ]=121Mpa

經(jīng)力學(xué)計算：τ3=51Mpa<[τ]，吊具下銷軸處支座板剪應(yīng)力滿足要求。

2.2穿孔機主機架吊裝注意要點

（1）進場路線鋪設(shè)碎石、壓實，注意大 型平板車的轉(zhuǎn)彎半徑，所鋪設(shè)的道路要滿足平板車開到指定卸車位置。

（2）選取和穿孔機機架重量相等的管坯76噸，進行模擬試吊，首先把管坯吊離底面約500mm高，測試行車制動情況，可根據(jù)實際情況調(diào)整抱閘，再做同步升降操作，確認制動情況良好，然后進行大車和小車前進和后退動載試驗，熟練兩臺行車的同步運行。

（3）根據(jù)入口側(cè)機架內(nèi)側(cè)面朝上的裝車方式，機架底部應(yīng)先進車間，以此確定運載車是開進或倒進車間；根據(jù)出口側(cè)機架內(nèi)側(cè)面朝上的裝車方式，機架頂部應(yīng)先進車間，以此確定運載車是開進或倒進車間的。

（4）機架翻身在地面上進行，機架底部墊枕木，鋼絲繩通過機架窗口兜吊，為了避免鋼絲繩滑動損壞設(shè)備，吊點位置設(shè)護角，起吊時根據(jù)鋼絲繩的傾斜緩慢移動兩臺行車大車，保持設(shè)備垂直起吊，翻好身后用枕木做支撐把機架水平放穩(wěn)，但不能松鉤，行車帶力，在機架另兩角掛兩個20噸倒鏈來調(diào)節(jié)機架水平，調(diào)好后便可起吊。

3機架空中對接、整體下降就位工藝

穿孔機機架和以往粗軋機機架有很大不同，它是兩片機架直接對接，由4個十字型鍵槽控制對接精度，由8顆M160對穿螺栓對兩片機架進行連接，機架對接難點有3個：

（1）機架對接面有4個十字型鍵槽控制。

（2）8顆連接螺栓必須先預(yù)穿到其中一片機架上，然后另一片機架和其連接。

（3）底座和機架之間有16顆M100“T”型螺栓（見圖3）。綜合以上條件制約，經(jīng)研究分析后決定采用對兩片機架進行空中對接，然后整體頂升下降的施工工藝。

M100“T”型螺栓露出底板350，兩機架對接軌道支架采用300x200x8x10H型鋼，截取16段400mm長H型鋼，中間加筋板進行加固，預(yù)先放置在底座面上，H型鋼支架下面墊紙板，以免滑動時刮傷底座表面。每片機架四個角各放兩個支座重疊起來，然后先利用雙機抬吊就位出口側(cè)機架，入口機架就位到臨時支架后，要對臨時放置的機架進行找正、找標高，中心線和標高都控制在1mm以內(nèi)，找平找正結(jié)束后，對機架進行臨時固定，固定機架4個“[”字卡，把機架與底座卡起來。為防止兩片機架對接時傾翻，在機架出口側(cè)用10#槽鋼，做斜撐固定。

出口機架固定好后，把8顆M160液壓螺栓預(yù)先穿入出口機架內(nèi)，然后吊裝入口機架，先緩慢把入口機架靠近出口機架到同一高度上，慢慢走大車，由于螺栓的上下活動間隙很大，兩側(cè)上下各站一個人看好液壓螺栓孔，等螺栓穿過入口機架側(cè)板后，鋪設(shè)好臨時支撐軌道降落機架到支架上，考慮到兩片機架穩(wěn)定性，把8顆液壓螺母臨時帶上，使得兩片機架成為一個整體。兩片機架拼裝成整體后，

總重148噸，故主機架整體下降，利用4個50噸油壓千斤頂，再穿孔機主機架四角各放置一個千斤頂（見圖4），頂升時要專人統(tǒng)一指揮，4個操作人員要做到步調(diào)一致，用卷尺測量千斤頂頂桿伸出長度，使整個穿孔機機架水平穩(wěn)步上升，機架頂空后，抽出1個400mm支座，換成小支座，保證支座與穿孔機機架底面有100mm間隙，這段間隙改用4塊400x200x20mm鋼板，下降時必須保證機架底面與臨時支座之間的距離不超過20mm。

4結(jié)束語

穿孔機主機架設(shè)備安裝工藝在安徽天大石油管材股份有限公司施工中成功應(yīng)用，獲得了良好的效果。該安裝工藝充分考慮現(xiàn)場條件，因地制宜的設(shè)計不等抬吊吊具，根據(jù)穿孔機機架結(jié)構(gòu)特點，制作穿孔機就位專用軌座，解決了大型無縫管生產(chǎn)線穿孔機就位的難題。。該安裝工藝節(jié)省材料、人工，縮短工期，可以獲得良好的經(jīng)濟效益和顯著的社會效益，前景十分看好。

參考文獻：

[1]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50017-2003

[2]軋機機械設(shè)備工程安裝驗收規(guī)范 GB 50386-2006