一種筒身環(huán)縫埋弧焊操作平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

丁 超

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠，上海 200090)

0 概況

在壓力容器產(chǎn)品制造過程中，需要對(duì)不同直徑的產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)縫焊接。對(duì)于此類焊接通常采用埋弧自動(dòng)焊，在焊接的過程中，工作人員需要登高作業(yè)。以現(xiàn)用操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)為基礎(chǔ)進(jìn)行平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如何確保工作人員的安全以及施焊操作的方便，是本次研究及優(yōu)化焊接操作平臺(tái)的核心。

1 現(xiàn)用操作平臺(tái)

現(xiàn)用操作平臺(tái)主要由支撐立柱與操作平臺(tái)兩部分組成，如圖1所示。雖然該操作平臺(tái)能夠保證工作人員的安全，但是在使用過程中仍存在一定的安全隱患與不便性。

圖1 現(xiàn)用操作平臺(tái)

1.1 平臺(tái)高度的調(diào)整存在傾覆風(fēng)險(xiǎn)且繁瑣

現(xiàn)用操作平臺(tái)是通過直接插入立柱中的形式來實(shí)現(xiàn)與立柱組裝。每次調(diào)整平臺(tái)高度時(shí)，需要通過行車先將平臺(tái)從立柱中取出，然后調(diào)整到相應(yīng)的高度后，工作人員攀爬至相應(yīng)高度，通過人工輔助將平臺(tái)重新插入立柱固定。在調(diào)整過程中，將操作平臺(tái)從立柱中取出時(shí)，因?yàn)槠脚_(tái)的自重及受限于行車操作的靈活性，整個(gè)立柱存在傾覆風(fēng)險(xiǎn)。而且每次調(diào)整操作平臺(tái)高度時(shí)，周邊起吊安全區(qū)域內(nèi)都無法進(jìn)行其他作業(yè)，且耗費(fèi)時(shí)間。

1.2 側(cè)向式登高存在安全風(fēng)險(xiǎn)

登高爬梯與操作平臺(tái)成90°垂直布局。當(dāng)工作

人員攀爬到指定高度后，需要斜向跨越進(jìn)入操作平臺(tái)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 操作區(qū)域無護(hù)欄

操作平臺(tái)由過橋板與護(hù)欄采用整體的焊接結(jié)構(gòu)，而在施焊操作區(qū)域僅有過橋板，無護(hù)欄結(jié)構(gòu)。雖通過安全繩來保證施工安全，但工作人員仍存在一定失足風(fēng)險(xiǎn)。

2 操作平臺(tái)的探索改進(jìn)

在保留原操作平臺(tái)現(xiàn)有合理功能的同時(shí)，對(duì)其不足之處進(jìn)行探索改進(jìn)，如圖2所示。該操作平臺(tái)主要由支撐立柱、升降平臺(tái)、活動(dòng)護(hù)欄、固定護(hù)欄、梯子組件(滑動(dòng)爬梯、固定爬梯)等組成。

圖2 改進(jìn)后操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

2.1 平臺(tái)調(diào)整方式優(yōu)化

針對(duì)現(xiàn)有一體式操作平臺(tái)的形式及特點(diǎn)，將操作平臺(tái)分解為升降平臺(tái)與護(hù)欄結(jié)構(gòu)。升降平臺(tái)采用滑輪結(jié)構(gòu)與支撐立柱連接，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)沿著支撐立柱表面上下滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高度方向調(diào)整。這樣避免了將操作平臺(tái)從支撐立柱中取出插入的繁瑣過程，也就避免了整個(gè)裝置調(diào)整過程中潛在的傾覆風(fēng)險(xiǎn)。明顯可見升降平臺(tái)高度調(diào)整時(shí)，人為干預(yù)相應(yīng)減少，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

2.2 登高形式改進(jìn)

對(duì)爬梯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將側(cè)向式爬梯改為后方爬梯結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)可以滿足工作人員直接從爬梯進(jìn)入操作平臺(tái)，不需要側(cè)向跨越，較為安全可靠。同時(shí)為配合操作平臺(tái)的升降，將梯子組件設(shè)計(jì)成固定爬梯與活動(dòng)爬梯，以適用于不同高度的登高作業(yè)。

2.3 增加活動(dòng)護(hù)欄結(jié)構(gòu)

將升降平臺(tái)的護(hù)欄設(shè)計(jì)為固定護(hù)欄與活動(dòng)護(hù)欄組合結(jié)構(gòu)。非操作區(qū)間采用固定護(hù)欄，操作區(qū)間采用活動(dòng)護(hù)欄?；顒?dòng)護(hù)欄可以根據(jù)實(shí)際施焊方向進(jìn)行調(diào)整，即避免了護(hù)欄對(duì)工作人員操作的影響，又能降低工作人員失足摔落的風(fēng)險(xiǎn)。再加上安全繩的使用，雙重保險(xiǎn)增加安全性。

3 傾覆載荷校核

力學(xué)計(jì)算時(shí)，將筒身埋弧焊操作平臺(tái)拆分為4個(gè)部分：升降平臺(tái)，梯子組件，支撐立柱，底座，如圖2所示。其中升降平臺(tái)質(zhì)量m1=550 kg,立柱質(zhì)量m2=800 kg，底座質(zhì)量m3=1 100 kg，梯子組件質(zhì)量 m4=316 kg。

取立柱中心點(diǎn)為Y軸，平臺(tái)底面為X軸，由立裝架質(zhì)心

Xc=-355 mm

當(dāng)平臺(tái)端部存在200 kg質(zhì)量的物料和人時(shí)，立裝架質(zhì)心

Xc=-651 mm

平臺(tái)極限抗傾覆載荷，平臺(tái)上載荷系數(shù)取1.4(參考GB 50009《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》選取)。

Mcr=M*Lc/l=(800+1100+550+316)*445/(3936*1.4)=220 kg

式中：Mcr——平臺(tái)極限載荷，kg;

M——總質(zhì)量,mm;

Lc——底座左邊界到質(zhì)心的距離，mm;

I——平臺(tái)端部到底座左邊界的距離,mm。

結(jié)論：通過以上計(jì)算結(jié)果，人均體重按100 kg考慮的情況下，可以滿足兩人同時(shí)登上平臺(tái)而無傾覆風(fēng)險(xiǎn)。

4 應(yīng)用預(yù)期

對(duì)舊的操作平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化之后，預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)以下效果。

1)平臺(tái)調(diào)整減少了人為干預(yù)，避免了傾覆的發(fā)生，大大降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。而且提高了平臺(tái)調(diào)整的效率，使得調(diào)整時(shí)間大大縮短。同時(shí)縮小了調(diào)整平臺(tái)時(shí)的影響區(qū)域，減小了對(duì)其他人員工作的影響。

2)進(jìn)入操作平臺(tái)時(shí)無需側(cè)向跨越，增加了攀爬的安全性。

3)活動(dòng)護(hù)欄在不影響工作人員施焊工作的同時(shí)，提高了施焊過程中的安全性。

5 總 結(jié)

通過對(duì)筒身環(huán)縫埋弧焊操作平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，由插入式改為套入式結(jié)構(gòu)，既保留了其原有功能，又提高了操作平臺(tái)使用過程中的安全性，同時(shí)又增加了平臺(tái)的靈活性與便利性。