自行式塔式起重機(jī)門架關(guān)鍵技術(shù)研究

(山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

自行式起重機(jī)是配置運(yùn)行機(jī)構(gòu)能夠獨(dú)立行走的起重機(jī)，按行走裝置型式不同分為軌道式、輪胎式、履帶式。無塔身的俯仰臂架式起重機(jī)一般采用輪胎式和履帶式運(yùn)行方式，具有單件吊裝起重量大，轉(zhuǎn)場(chǎng)方便等特點(diǎn)。固定臂架的塔式起重機(jī)一般采用鋼制門架和鍛造車輪組合的軌道運(yùn)行方式，通過塔身高度滿足起升高度要求，具有可帶載行走、換位快捷等特點(diǎn)。

龍門塔式起重機(jī)是一種帶有門架結(jié)構(gòu)的自行式塔式起重機(jī)，因自身位置可以移動(dòng)，對(duì)吊重位置的初始位置要求大幅降低，對(duì)起升吊裝的幅度限制也更為寬松，擁有更廣泛的作業(yè)覆蓋面積，在船塢、碼頭、水壩等建設(shè)時(shí)有著突出的優(yōu)勢(shì)。

東方項(xiàng)目為山東豐匯和上海振華合作的塔機(jī)出口項(xiàng)目，設(shè)備用于俄羅斯大卡緬市紅星造船廠的干船塢和舾裝碼頭，包括8 臺(tái)由豐匯設(shè)備自主設(shè)計(jì)的FHTT2000A 和FHTT2800A 平頭塔機(jī)，塔機(jī)起重量70t，起重臂長(zhǎng)度90m，整機(jī)高度為86m，刷新了中國(guó)大型平臂塔式起重機(jī)單次批量出口紀(jì)錄。因超大型塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)特殊，海運(yùn)過程的散件運(yùn)輸具有“大、重、多”的特點(diǎn)，豐匯設(shè)備創(chuàng)造性提出了塔式起重機(jī)半整機(jī)運(yùn)輸?shù)膶Ｓ棉D(zhuǎn)運(yùn)、運(yùn)輸方案，革新了傳統(tǒng)塔式起重機(jī)海運(yùn)過程散件運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀。大型塔機(jī)半整機(jī)裝船運(yùn)輸尚屬國(guó)內(nèi)首次，對(duì)龍門塔機(jī)門架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制作提出了巨大挑戰(zhàn)。

1 自行式塔機(jī)的門架結(jié)構(gòu)形式

自行式塔式起重機(jī)采用軌道運(yùn)行方式，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的支撐形式通常有：十字底梁式、井字底梁式、Π 形門架式結(jié)構(gòu)。

十字式底梁[1]結(jié)構(gòu)與正方形截面的塔身結(jié)構(gòu)相互配合，行走臺(tái)車處底梁與塔身之間建立空間桁架斜撐，塔身下部彎矩載荷能直接轉(zhuǎn)化為運(yùn)行臺(tái)車輪壓，結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單，能夠充分發(fā)揮材料性能，在中小型塔機(jī)市場(chǎng)應(yīng)用廣泛。十字底梁式塔機(jī)斜撐安裝精度要求高，初始安裝高度也相對(duì)提升，底部空間無法應(yīng)用，限制了其在大型塔機(jī)上的應(yīng)用。

井字式底梁降低了對(duì)安裝的要求，通過結(jié)構(gòu)剛性傳遞受力，壓重可以放置到四角位置，便于塔式起重機(jī)行走形式和預(yù)埋形式的接口統(tǒng)一，提升了應(yīng)用范圍。

隨著起重力矩要求的提升，塔式起重機(jī)為了滿足自身整機(jī)穩(wěn)定性，降低施工現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)制作要求，支承結(jié)構(gòu)的跨度大幅增加，采用運(yùn)行臺(tái)車的數(shù)量也越來越多。為提高施工場(chǎng)地利用率，行走塔機(jī)下方通常需要保留車輛行駛空間和部件存放空間。龍門塔式起重機(jī)的門架采用Π 形結(jié)構(gòu)（圖1），僅保留軌道運(yùn)行空間，成為大型施工現(xiàn)場(chǎng)的首選。隨著橋梁隧道等公路運(yùn)輸條件的提升，門架凈空高度目前在5～6m 之間，片式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)結(jié)構(gòu)制作和安裝的質(zhì)量控制都提出了較高的要求。東方項(xiàng)目使用2 800tm級(jí)龍門塔式起重機(jī)，為客戶長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，凈空設(shè)計(jì)值6m，極大提升了施工現(xiàn)場(chǎng)的有效場(chǎng)地利用率。

圖1 Π形門架式結(jié)構(gòu)示意圖

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求

軌道公差標(biāo)準(zhǔn)是為了消除由于結(jié)構(gòu)正常尺寸或形位偏差引起的過載，從而提高起重機(jī)的運(yùn)行安全性和保證各部件達(dá)到其預(yù)期壽命[2]。結(jié)構(gòu)制作公差超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值會(huì)使運(yùn)行性能降低，包括導(dǎo)致運(yùn)行偏斜、啃軌、磨損加劇，甚至影響到支承門架的受力狀態(tài)。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件和項(xiàng)目需要，從起重機(jī)設(shè)計(jì)壽命和工作級(jí)別出發(fā)，通過對(duì)大車運(yùn)行距離極限值的推算，本設(shè)備構(gòu)造公差等級(jí)選擇2 級(jí)。

起重機(jī)鍛造車輪采用雙側(cè)輪緣，門架臺(tái)車中心之間的跨度構(gòu)造偏差值不超過±3mm。

起重機(jī)車輪基距制作偏差值不超過±15mm，對(duì)中偏差不超過±5mm。

帶輪緣車輪在最大基距范圍內(nèi)的水平偏斜值不超過±2.5mm。

在同一軌道滾動(dòng)的車輪中心面同軌道中心線的偏差不得超過±1mm。

車輪軸心線與車輪端面的垂直度不得大于0.12mm。

裝配和試驗(yàn)符合GB/T 3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T 13752-2017《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

3 施工方案策劃

結(jié)合制作過程，制定塔式起重機(jī)龍門架的施工方案及控制要點(diǎn)如下。

1）對(duì)臺(tái)車車輪的軸心線傾斜度由軸孔和軸承箱加工控制，車輪軸線（實(shí)測(cè)時(shí)驗(yàn)證輪緣踏面）與臺(tái)車端面的垂直度也由數(shù)控加工控制，通過保證臺(tái)車端面平行度進(jìn)而保證臺(tái)車中心面的平行度符合設(shè)計(jì)要求。

2）平衡梁采用軸套加工對(duì)各級(jí)平衡梁的對(duì)稱度和軸孔與端面的垂直度進(jìn)行保證，通過修配定位套厚度提高平衡梁裝配的對(duì)稱度。

3）安裝前，應(yīng)保證臺(tái)車與平衡梁的鉸支座外接觸面之間相互平行，臺(tái)車采用排裝方式，先保證在同一軌道上運(yùn)行的車輪中心面高于設(shè)計(jì)要求。

4）平衡梁安裝后，通過調(diào)節(jié)螺栓精調(diào)臺(tái)車和平衡梁之間的側(cè)向間隙。在有法蘭連接的部位，采用限位塊或精制銷軸進(jìn)行定位，首次驗(yàn)收通過后焊接固定，并保證以后拆裝能夠復(fù)原精度。

5）跨度測(cè)量除兩端外，增設(shè)中段驗(yàn)收和對(duì)角驗(yàn)收，避免弧線及平行四邊形的出現(xiàn)，保證臺(tái)車的同位度符合要求。

6）門架進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，同時(shí)監(jiān)測(cè)門架片式支腿與軌道基礎(chǔ)的垂直度，驗(yàn)證各級(jí)平衡梁之間制作和安裝精度。

7）對(duì)門架上部連系梁進(jìn)行劃線定位，保證塔身等上部結(jié)構(gòu)接口對(duì)中符合設(shè)計(jì)要求。

4 制作檢驗(yàn)和試驗(yàn)對(duì)比

根據(jù)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合制作過程生產(chǎn)工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)計(jì)劃控制要點(diǎn)，除對(duì)加工過程進(jìn)行正常驗(yàn)收外，對(duì)門架要求進(jìn)行廠內(nèi)預(yù)裝配組合驗(yàn)收。預(yù)裝配驗(yàn)收時(shí)，按照跨度B、直線度L、垂直度H、對(duì)稱度S的順序?qū)﹂T架結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了逐一驗(yàn)收，測(cè)量狀態(tài)如示意圖2 所示?？缍菳測(cè)量時(shí)在同位車輪同側(cè)端面進(jìn)行測(cè)量，直線度L測(cè)量為單條軌道上的同側(cè)車輪端面（機(jī)加工面）進(jìn)行測(cè)量。

圖2 門架式結(jié)構(gòu)驗(yàn)收示意圖

主要測(cè)量點(diǎn)跨度和直線度結(jié)果記錄如表1所示。

表1 主要測(cè)量點(diǎn)跨度和直線度結(jié)果 （mm)

門架制作完成后，進(jìn)行了龍門塔機(jī)廠內(nèi)整機(jī)安裝試驗(yàn)，為驗(yàn)證制作效果，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了二次測(cè)量。實(shí)測(cè)跨度局部變大約3mm，直線度基本不變，比制作狀態(tài)時(shí)精度略有下降。

對(duì)比兩次檢測(cè)狀態(tài)，第二次測(cè)量時(shí)起重機(jī)處于安裝狀態(tài)，門架上方比結(jié)構(gòu)制作驗(yàn)收時(shí)增加了塔身、承座等結(jié)構(gòu)件，上部結(jié)構(gòu)的重量增加導(dǎo)致了門架的跨度發(fā)生變化。經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10183.1-2008《起重機(jī)車輪及大車和小車軌道公差》6.5 運(yùn)行公差，對(duì)精度要求進(jìn)行修訂。運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，起重機(jī)應(yīng)處于空載狀態(tài)，起重機(jī)及其軌道支承方式應(yīng)與運(yùn)行時(shí)相同，帶輪緣起重機(jī)跨度在運(yùn)行狀態(tài)下的2 級(jí)公差允許值為±10mm。試驗(yàn)狀態(tài)類似起重機(jī)運(yùn)行使用狀態(tài)，實(shí)測(cè)變化結(jié)果仍符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

本文對(duì)塔機(jī)Π 形門架設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了分析，制定了結(jié)構(gòu)制作的施工和質(zhì)量控制方案，并通過實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證了生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制的可行性。

1）自行式塔機(jī)運(yùn)行支承結(jié)構(gòu)有多種方式，適用場(chǎng)合不同，Π 型結(jié)構(gòu)龍門塔式起重機(jī)更符合大型施工現(xiàn)場(chǎng)的需要。

2）門架結(jié)構(gòu)各項(xiàng)要求應(yīng)優(yōu)先保證運(yùn)行臺(tái)車的直線度和平行度，各級(jí)連接結(jié)構(gòu)均不應(yīng)影響運(yùn)行機(jī)構(gòu)的正常行走。本施工控制方案關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)目標(biāo)清晰，工序質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)明確，較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，滿足項(xiàng)目施工實(shí)際需要。

3）門架制作的構(gòu)造公差與設(shè)備運(yùn)行公差不同，由載荷效應(yīng)引起的彈性變形不包括在運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量考慮之內(nèi)。為達(dá)到預(yù)定的使用性能要求，在設(shè)計(jì)階段采用相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則予以考慮。在結(jié)構(gòu)制作單部件時(shí)要求車輪外翻優(yōu)于內(nèi)傾能更好地保證運(yùn)行狀態(tài)的精度。

4）現(xiàn)場(chǎng)軌道鋪設(shè)時(shí)，首先按照跨度做好基準(zhǔn)中心線和邊界線，然后按照理論跨度進(jìn)行安裝，不得超過同級(jí)別軌道的安裝標(biāo)準(zhǔn)要求。