起重機(jī)桁架式吊臂銷軸孔磨損修復(fù)方案

趙杰瑛

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000）

0 引言

中海油某平臺有1臺16 t起重機(jī)，為MANITEX INC公司ML2400/60起重機(jī)，目前已經(jīng)運(yùn)行23 a，桁架式吊臂是由兩部分組成、由銷軸連接。2017年在5 a特檢中發(fā)現(xiàn)，吊臂中間連接部分4個主梁銷軸孔出現(xiàn)嚴(yán)重偏磨問題。吊臂4個銷孔出現(xiàn)磨損不但會使銷孔強(qiáng)度降低，給運(yùn)送貨物帶來安全風(fēng)險，而且還會造成對應(yīng)的銷孔不同心，在負(fù)重運(yùn)行中會給吊臂一個旋轉(zhuǎn)力，對起重機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行會有較大影響。

常規(guī)修復(fù)是根據(jù)銷孔磨損的嚴(yán)重程度進(jìn)行銷孔頭部分更換。由于該起重機(jī)屬于20世紀(jì)90年代初的進(jìn)口設(shè)備，整個桁架式吊臂缺少數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分析以及銷孔部分更換的數(shù)據(jù)，更換銷孔部分的想法無法實(shí)現(xiàn)。但是更換整個吊臂，費(fèi)用高、時間久，對于平臺很難實(shí)現(xiàn)。另一種方法就是對銷孔進(jìn)行補(bǔ)焊再修復(fù)。由于銷孔偏磨嚴(yán)重，補(bǔ)焊不但會造成應(yīng)力集中而且后期硬度高、難加工，也無法保證銷孔的精度。

1 銷孔現(xiàn)狀分析

對該平臺16 t起重機(jī)吊臂銷軸孔進(jìn)行測繪，發(fā)現(xiàn)目前4個銷軸孔均存在腐蝕、磨損現(xiàn)象。

（1）4條銷軸有3條受力，其中右下處位置銷軸無受力，可輕松取出。

（2）4個銷軸孔均有腐蝕現(xiàn)象，孔徑增大，其中右上、右下位置銷軸孔腐蝕及磨損嚴(yán)重，銷軸孔存在擴(kuò)大和橢圓現(xiàn)象。

（3）銷軸及銷軸尺寸情況：正常4個銷軸直徑38.1 mm；經(jīng)測左下方銷孔尺寸最大位置直徑為46.34 mm，最小位置直徑為42.84 mm（圖 1）。

通過測量，4個銷孔偏磨情況基本一致，銷孔成橢圓狀，并且一一對應(yīng)的銷孔都出現(xiàn)不同心的狀況。整個桁架吊臂材料為中間段連接處耳板材料為16Mn，銷軸材料為42CrMo（椎38.1 mm）。銷軸組合的結(jié)構(gòu)如圖2所示，2部分吊臂通過3個銷孔由1根銷軸連接起來。

圖1 吊臂中段右下梁外側(cè)銷孔測量實(shí)況

2 修復(fù)方案確定

通過對銷軸孔磨損腐蝕綜合分析的修復(fù)策略為：通過在銷孔內(nèi)焊接襯套的方法修復(fù)銷孔。根據(jù)銷軸組合結(jié)構(gòu)需要加工2種長度規(guī)格的襯套，襯套的外徑與磨損銷孔相符，襯套內(nèi)徑20 mm，外側(cè)便于焊接需要加工30°斜面，襯套與定位塊的材料均為Q345/D36（圖3）。然后再根據(jù)吊臂一一對應(yīng)的2個主梁銷孔長度，加工1根1200 mm的輔助定位同心度的軸，材料為20#鋼。（圖4）。

圖2 仨桁架式吊臂銷軸結(jié)構(gòu)

圖3 銷孔襯套規(guī)格

圖4 對應(yīng)2個銷孔定位同心度的輔助軸結(jié)構(gòu)

作業(yè)前需將起重機(jī)吊臂拆下，放到一個比較水平的位置進(jìn)行作業(yè)，拆掉對應(yīng)的上部主梁的2個銷軸，用砂輪機(jī)將銷孔內(nèi)部打磨干凈，并根據(jù)各個銷孔磨損情況將襯套外形逐個打磨成與銷孔相匹配的橢圓狀，并按照圖5，將定位同心度的輔助軸與將桁架上對應(yīng)的2個銷孔各個襯套安裝起來，在確保每個銷孔3個襯套及輔助軸都連接配套到位后，再對襯套進(jìn)行焊接固定。

圖5 2個銷孔用定位同心度的輔連接焊接圖

所有襯套焊接完成后進(jìn)行焊縫檢驗(yàn)，確保所有焊縫都合格然后用預(yù)制好的工裝固定磁力鉆，對所有襯套內(nèi)孔進(jìn)行擴(kuò)孔—鉸孔最終達(dá)到要求的尺寸椎38.1 mm，然后回裝銷軸、連接吊臂、回裝吊臂進(jìn)行下一步的試重工裝。

3 修復(fù)方案實(shí)施

按照確定的修復(fù)方案，拆卸16 t起重機(jī)桁架式吊臂，確保整個吊臂兩部分水平放置。銷軸不受力可以輕松拆卸，安裝好每個銷孔內(nèi)的3個襯套并連接好輔助軸進(jìn)行同心度調(diào)整。在這個過程中，可以打磨襯套的外徑，來保證整個6個襯套及輔助軸都安裝到銷孔內(nèi)并配合合適。

（1）襯套焊接。定位好襯套好后，焊接好外襯套的一邊。焊接時應(yīng)注意襯套與銷孔配合一致，不要卡到其他的孔中去，以防脫開時卡住。焊接中間襯套的一邊、焊接外襯套的一邊后，退出所有輔助銷軸銷，再進(jìn)行銷孔襯套的全面焊接和檢驗(yàn)。焊縫檢驗(yàn)合格后，修磨耳板，再將所有的銷連接好。繼續(xù)按照相同工序完成吊臂上另一組銷孔襯套的焊接及檢驗(yàn)。

（2）襯套內(nèi)徑擴(kuò)孔到要求尺寸。4組總共12個襯套焊接檢驗(yàn)完成后，將原來襯套椎20 mm的內(nèi)徑加工到椎38.1 mm；取出輔助軸用預(yù)制好的工裝將磁力鉆固定到銷孔一側(cè)并對中，以襯套內(nèi)孔定位，用薄墊片調(diào)整好磁力鉆進(jìn)行固定，再進(jìn)行鉆擴(kuò)孔—鉸孔。

按照上述步驟依次按“左下—右上—右下—左下”的順序進(jìn)行所有銷孔的修復(fù)。

開始組裝吊臂中段，安裝新銷軸（銷軸材質(zhì)42CrMo）。表面進(jìn)行打磨，檢測合格后記錄修補(bǔ)處并對該區(qū)域進(jìn)行防腐油漆。

4 試重取證

起重機(jī)作為特種設(shè)備，修復(fù)后需要按照CCS（China Classi-fication Society，中國船級社）的要求試重取證。試重分為靜載和動載2部分。

（1）動載測試。按照要求按照額定載荷16 t的動載SWL（Safe Working Load，安全工作負(fù)荷）50%（8 t）、SWL100%（10 t）進(jìn)行起升、變幅及回轉(zhuǎn)動作并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，動載測試合格。

（2）靜載測試。按照CCS要求按照額定載荷16 t對其進(jìn)行1.25 倍 SWL（20 t）靜載試重，試重時間為 5 min，5 min 內(nèi)重物沒有位移變化，靜載測試滿足要求。靜載試重完成后要對其進(jìn)行滿載16 t的“三連動”（起升、變幅及回轉(zhuǎn)）試重。試重完成后對吊臂修復(fù)部位進(jìn)行磁粉探傷，經(jīng)確認(rèn)沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，試重報告經(jīng)CCS、維修方簽字確認(rèn)并提交完工文件，起重機(jī)取得CCS頒發(fā)的證書恢復(fù)使用。

5 結(jié)論

經(jīng)過本次維修，潿洲11-4A平臺起重機(jī)桁架式吊臂最終經(jīng)過試重獲得了CCS頒發(fā)的合格證書，恢復(fù)正常使用的能力。通過后期幾個月的穩(wěn)定運(yùn)行監(jiān)控，說明本次檢修達(dá)到了預(yù)期效果。

起重機(jī)作為海上平臺安全設(shè)備，對平臺正常運(yùn)行起到很重要作用，本次改造不但周期短、大大的消除了對現(xiàn)場安全的影響，而且改造維修費(fèi)用低，特別是安全方面帶來的效益很大。海上平臺設(shè)備類似銷軸連接的不少，一方面長時間運(yùn)行會出現(xiàn)磨損，另一方面海上鹽分大、腐蝕情況也嚴(yán)重，一旦出現(xiàn)磨損腐蝕的情況，盡快維修降低安全影響很關(guān)鍵。