造船門式起重機(jī)撓性鉸的一種加固方案

喬安邦

（揚州輔臣船舶設(shè)備安裝有限公司，江蘇揚州 225211）

0 引言

撓性鉸作為連接主梁和柔性腿之間釋放應(yīng)力變形的重要部件，在大型門式起重機(jī)上使用廣泛。正常情況下，該部件的使用壽命與起重機(jī)相同，國內(nèi)各大船廠門式起重機(jī)撓性鉸大多使用的是進(jìn)口件。隨著國內(nèi)零部件加工設(shè)計能力不斷提升，不少設(shè)備開始選用國內(nèi)廠家制造的撓性鉸。但由于各廠家設(shè)計理念和制造工藝的差異，使該產(chǎn)品在使用過程中會出現(xiàn)異常情況。

1 存在問題與分析

揚州輔臣船舶設(shè)備安裝有限公司（以下簡稱“公司”）在2012 年配置了兩臺400 t×62 m 門式起重機(jī)，并于2013 年開始投入生產(chǎn)使用。在2020 年4 月，兩臺設(shè)備在使用時，相繼頻繁出現(xiàn)撓性鉸糾偏裝置動作故障，每次測量發(fā)現(xiàn)大車剛?cè)嵬鹊孛鎸嶋H均無偏差，屬保護(hù)限位誤動作。檢查主梁鋼結(jié)構(gòu)無明顯異常及變形。重新調(diào)校撓性鉸糾偏裝置保護(hù)限位動作值，但保護(hù)限位誤動作還是頻繁發(fā)生。由于生產(chǎn)任務(wù)很重，未發(fā)現(xiàn)故障原因，經(jīng)討論商議后決定大車限速監(jiān)護(hù)使用，操作人員時刻關(guān)注大車剛?cè)嵬冉^對值編碼器偏差數(shù)值，同時在撓性鉸處觀察。經(jīng)連續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)：在大車行走過程中，撓性鉸上、下半鉸座會沿著大車軌道方向存在水平相對移動，位移量在±4 mm 左右。

針對上述情況，連續(xù)觀察了公司同類型其他門式起重機(jī)的撓性鉸，因為生產(chǎn)廠家不同，其他設(shè)備并無此現(xiàn)象。于是，查找該起重機(jī)的撓性鉸設(shè)計安裝圖紙，其技術(shù)參數(shù)如下：容許載荷垂直力17 500 kN，水平力2000 kN；垂直壓縮變形值不大于5 mm，支座許用轉(zhuǎn)角不小于0.02 rad。聯(lián)系撓性鉸制造廠家人員到現(xiàn)場檢查，撓性鉸上、下蓋的四周間隙基本一致，相差在1 mm 之內(nèi)，不存在內(nèi)部橡膠板被擠壓變形的情況，上、下蓋鋼結(jié)構(gòu)外表也無明顯異常變形。關(guān)于上、下蓋會左右水平位移4 mm 的偏移量，該廠家給出的解釋是：為了保證該支座滿足許用轉(zhuǎn)角不小于0.02 rad的設(shè)計要求，在設(shè)計制造時就留了2×（3.0～3.5）mm 的間隙。

隨后聯(lián)系起重機(jī)設(shè)計單位，將現(xiàn)場發(fā)生的情況和廠家提供的預(yù)留間隙情況反饋給設(shè)計工程師，設(shè)計工程師針對該情況，對比撓性鉸安裝圖紙和制造廠家提供的圖紙后給出以下解釋：撓性鉸安裝圖紙中上、下半鉸座之間是通過圓柱面與圓弧面接觸的（目的是減少相對運動時的接觸面摩擦力），上、下半鉸座的接觸面之間并無間隙；而制造廠家制作的撓性鉸上、下半鉸座之間存在的 2 ×（3.0～3.5）mm 的間隙，當(dāng)大車行走起制動或出現(xiàn)惡劣天氣時，上鉸座與內(nèi)部橡膠板之間的靜摩擦力不足以抵抗撓性鉸上部結(jié)構(gòu)的慣性力時，上、下半鉸座就出現(xiàn)了6～7 mm 相對滑動，直至上、下半鉸座一側(cè)靠緊（圖1）。此水平位移大大超出撓性鉸糾偏裝置保護(hù)限位觸發(fā)動作的范圍，造成限位頻繁誤報警。上述解釋基本闡明了這兩臺起重機(jī)撓性鉸上、下半鉸座出現(xiàn)水平滑移的原因。

圖1 撓性鉸制造廠家設(shè)計制造圖紙（局部）

圖2 加固方案

2 改造措施

為了解決這一問題，防止因上、下蓋水平位移引起糾偏裝置誤動作，公司組織相關(guān)專家及撓性鉸廠家進(jìn)行討論，一致認(rèn)為：現(xiàn)場支座本身無明顯異常，結(jié)合設(shè)計的安全系數(shù)是可靠的，承載能力垂直變形及轉(zhuǎn)角均處于正常狀態(tài)，鑒于設(shè)備有限位控制系統(tǒng)，除了其他影響因素排除外，可以采取適當(dāng)控制水平位移的裝置，來適應(yīng)設(shè)備控制系統(tǒng)的要求。根據(jù)會議結(jié)論，提出了以下整改方案：沿大車軌道中心線在撓性鉸下支座兩側(cè)各裝焊一個支撐座，支撐座上部與撓性鉸上半鉸座的外部圓柱保持線接觸，確保撓性鉸上、下半鉸座之間轉(zhuǎn)動靈活且不發(fā)生水平位移（圖2）。

查找撓性鉸設(shè)計參數(shù)可知，該部件的水平力為2000 kN。根據(jù)計算，同時查找該設(shè)備柔性腿頂端A 字頭結(jié)構(gòu)圖，在A 字頭上平面軌道中心線兩側(cè)各140 mm 位置對應(yīng)下面筋板處焊接長寬厚為300 mm×200 mm×20 mm 的豎板，上面焊400 mm×230 mm×50 mm（長、寬、厚）的蓋板，上表面與撓性鉸下支座平齊。之后在蓋板上焊接兩塊為240 mm×250 mm×60 mm 的支撐板，在支撐板與撓性鉸上座之間加裝400 mm×100 mm×51 mm 的弧形板及調(diào)節(jié)板，所用鋼板材料為Q345B。上述施工根據(jù)施工工藝開坡口，以保證焊接強(qiáng)度。

根據(jù)技術(shù)工藝圖交加工車間下好相關(guān)材料后，拿到現(xiàn)場焊接施工。首先調(diào)整撓性鉸上、下鉸支對中，之后根據(jù)工藝要求控制相關(guān)尺寸及焊接變形量，主要是控制弧形板與撓性鉸上鉸座之間的間隙，焊接后控制在0.5～1.0 mm，以保證設(shè)備在使用過程中撓性鉸上、下鉸支轉(zhuǎn)動靈活，不會因摩擦力增大而導(dǎo)致轉(zhuǎn)不動或者間隙過大而導(dǎo)致限位誤動作，影響使用（圖3～圖4）。

圖3 調(diào)整上、下鉸支對中

圖4 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)焊接

3 效果

經(jīng)整改加固后，重新調(diào)校撓性鉸糾偏裝置保護(hù)限位動作值，調(diào)校時撓性鉸上、下鉸支座轉(zhuǎn)動靈活（圖5）。觀察使用一段時間后，未發(fā)生糾偏裝置誤動作的現(xiàn)象，這表明設(shè)備加固方案成功，交付生產(chǎn)正常使用。

更換撓性鉸每臺機(jī)所產(chǎn)生的費用和周期大概為：進(jìn)口撓性鉸采購成本60 萬元左右，更換費用在50 萬元左右，更換周期在10 d 左右。通過對撓性鉸進(jìn)行上述加固后，保證了設(shè)備使用正常，同時兩臺機(jī)節(jié)為公司節(jié)省費用約220 萬元，減少20 d 的停機(jī)時間。加固方案非常成功，達(dá)到了預(yù)期的目的，得到了公司領(lǐng)導(dǎo)的肯定。

圖5 現(xiàn)場加固后效果