大型浮吊全回轉(zhuǎn)起重機(jī)制造技術(shù)概述

周 旭

(太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司 天津 300460)

1 大型起重船及其制造關(guān)鍵技術(shù)簡介

圖1 4 600 t全回轉(zhuǎn)起重船構(gòu)造示意圖Fig.1 Structure drawing of 4 600 t revolving floating crane

支承圓筒與船體結(jié)構(gòu)連接支撐起整個起重機(jī)，其上布置回轉(zhuǎn)軸承和正、反滾輪及軌道、回轉(zhuǎn)銷齒等，是起重機(jī)的基座。轉(zhuǎn)臺置于正滾輪上方，內(nèi)部安裝回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)功能；其連接臂架和人字架，也是各機(jī)構(gòu)安裝平臺，并裝置配重箱，以實現(xiàn)起重機(jī)的起升和平衡。人字架安裝于轉(zhuǎn)臺上方，其底座與臂架連接，是起重機(jī)臂架、平衡系統(tǒng)和變幅機(jī)構(gòu)的重要支承結(jié)構(gòu)。管桁架形式的臂架是本起重機(jī)的主要受力和傳力構(gòu)件。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于轉(zhuǎn)臺中的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)底座；起升、變幅機(jī)構(gòu)由絞車、鋼絲繩纏繞系統(tǒng)、滑輪組、吊鉤等組成。回轉(zhuǎn)支承采用滾輪加擺線針輪式的組合。起重機(jī)設(shè)有2 300 t 主鉤2 只、1 000 t副鉤1 只、280 t 小鉤1 只，設(shè)有主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小鉤起升機(jī)構(gòu)、鎖具鉤起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

該大型浮吊回轉(zhuǎn)起重機(jī)的制造關(guān)鍵技術(shù)包括大型結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)、大型部件機(jī)加工技術(shù)和部件機(jī)構(gòu)安裝技術(shù)。大型結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)包括結(jié)構(gòu)分段劃分、支承圓筒、轉(zhuǎn)臺、人字架、臂架結(jié)構(gòu)制造；大型部件機(jī)加工技術(shù)包括各大部件的機(jī)加工；安裝技術(shù)包括臂架、轉(zhuǎn)臺、人字架等大型部件合攏吊裝、各機(jī)構(gòu)安裝和鋼絲繩纏繞安裝等。

2 結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本大型浮吊回轉(zhuǎn)起重機(jī)為4 600 t 全回轉(zhuǎn)起重機(jī)，其大型結(jié)構(gòu)主要包括支承圓筒、轉(zhuǎn)臺、人字架、臂架，其中支承圓筒約為920 t，轉(zhuǎn)臺約為1 600 t，人字架約1 600 t，臂架約1 200 t。制造難點主要在于結(jié)構(gòu)尺寸大，場地尺寸受限；結(jié)構(gòu)噸位重，起重能力有限；部分結(jié)構(gòu)材料焊接性能差；部分結(jié)構(gòu)作業(yè)空間受限；結(jié)構(gòu)制造精度要求較高等。針對上述問題，采取整體拼裝、分段制造的原則，根據(jù)已有生產(chǎn)條件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的構(gòu)件分段再劃分；制定相關(guān)材料的焊接工藝規(guī)程(WPS)，并經(jīng)CCS 正式批準(zhǔn)后實施[1]；制定合理的焊接坡口方向及裝焊順序，制定合理的構(gòu)件中、總組裝配方案，以達(dá)到可行、安全、經(jīng)濟(jì)的要求。

2.1 支承圓筒結(jié)構(gòu)制造

支承圓筒外形尺寸為直徑 3 100 mm、高8 000 mm，總重約920 t，因重量超過制造車間和船臺設(shè)備起重能力，需根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、用途劃分為下環(huán)筒、上環(huán)梁、中間筒及輻條梁4 部分，并根據(jù)生產(chǎn)條件對各部分結(jié)構(gòu)再進(jìn)行分段劃分，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。采用整體拼裝保證焊前結(jié)構(gòu)精度，焊接時各結(jié)構(gòu)段同時分段退焊，通過控制焊接順序來控制焊接變形。各段接口處設(shè)置靠接工裝，其制造流程為：分段劃分→整體拼裝→分段制作→總裝上船→整體機(jī)加工。

圖2 支承圓筒結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure drawing of base cylinder

2.2 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)制造

轉(zhuǎn)臺外形尺寸為42 m×30 m×20 m，其總重量約為1 600 t，主要包括轉(zhuǎn)臺主梁、軌道承重梁、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)底座、頂升支腿、主機(jī)構(gòu)平臺、配重箱、反向滾輪結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure drawing of revolving platform

轉(zhuǎn)臺制作難點在于結(jié)構(gòu)眾多，且各結(jié)構(gòu)均相關(guān)聯(lián)，各部分結(jié)構(gòu)重量均超過現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備加工能力。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及生產(chǎn)條件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段劃分；統(tǒng)一制作基準(zhǔn)，各結(jié)構(gòu)制作時均以轉(zhuǎn)臺中心為基準(zhǔn)制作，并對需機(jī)加工的部件進(jìn)行中組裝配，統(tǒng)一加工基準(zhǔn)，以保證機(jī)加工尺寸精度；制定合理的裝配順序，配重箱分段、反滾輪支架分段、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)底座、頂升支腿等底部結(jié)構(gòu)先行支墊，待轉(zhuǎn)臺裝配定位后再將各結(jié)構(gòu)頂升定位裝配焊接。其制造流程為：結(jié)構(gòu)分段劃分→分段制造→分段涂裝→分段中組→中組部件機(jī)加工→分部件總裝上船。

在獲得測試紙尿，尿檢測尿用冰。把某一金額尿沒有任何雜質(zhì)。在同一時間，按“啟動/停止”按鈕，在“測試接口的尿的檢測儀器。當(dāng)測試機(jī)，帶冰沉浸在尿。當(dāng)巴斯結(jié)了冰，冰帶由測試時間和測試尿浸泡在冰帶過濾和干燥的城市吸水紙的時候。測試條的測試冰架立即帶。測試紙冰面向IP和gently例如的頭，和完整的儀器會自動測試。研究腎損害，有可能是尿時，特異性為1.007和重力之間的1.009冰。

2.3 人字架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制造

人字架共四大部件，包括人字架底座、前撐桿、后拉桿、頂部梁。其外形尺寸約為 39 m×26 m×60 m，總重約1 550 t，如圖4 所示。

圖4 人字架結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure drawing of A-Frame

人字架制作要點：人字架各部件均以絞軸連接，其對各部件建造精度要求較高，尤其是各部件箱型長梁制作精度控制，各連接口尺寸控制。制造原則為整體拼裝劃線、分段焊接，安裝順序采用下翼板、隔板、腹板、上翼板控制角變形；采用兩側(cè)剛性固定控制彎曲變形和收縮變形；優(yōu)化焊縫布置，使焊縫盡量對稱，同時采用分中對稱交替焊接控制扭轉(zhuǎn)變形。其制造流程為：結(jié)構(gòu)分段劃分→分段制造→分段涂裝→部件裝焊→部件整體機(jī)加工→分部件總裝上船。

2.4 臂架結(jié)構(gòu)制造

臂架結(jié)構(gòu)主要包括臂架主體結(jié)構(gòu)、臂頭結(jié)構(gòu)。其外形尺寸約為125 m×26 m×14 m，總重約1 200 t，如圖5 所示。

圖5 臂架結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure drawing of crane boom

臂架制作技術(shù)難點要點如下文所示。

①主弦管材質(zhì)為低合金高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼Q690E，其力學(xué)性能優(yōu)良但焊接性能較差，焊接熱影響區(qū)有較大的淬硬傾向，易出現(xiàn)脆硬組織，有較大的冷裂紋敏感性。為此制定了相應(yīng)焊接工藝規(guī)程，通過模擬實際作業(yè)條件確定焊接相關(guān)參數(shù)，施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行焊前預(yù)熱溫度，控制焊接線能量、層間溫度，進(jìn)行焊后熱處理。

②臂架主弦管對接其焊縫背面成形較難控制，且管徑不大，人員很難進(jìn)入管內(nèi)施工，采取背面貼鋼襯墊處理。

③臂架為超長結(jié)構(gòu)尺寸，焊接量大變形大，且對臂架直線度、撓度、旁彎等精度控制要求較高。所有材料主要是管件相貫線坡口采用數(shù)控切割，保證零件尺寸精度，減小焊接間隙誤差；主臂架整體拼裝，預(yù)留合理焊接收縮量并確定合理焊接順序。

④部分結(jié)構(gòu)如臂頭鉤箱內(nèi)空間受限，人員無法進(jìn)入施焊。對此制定合理的拼裝焊接順序，并根據(jù)實際情況適當(dāng)更改坡口，內(nèi)部無法施工空間處貼襯墊焊接。臂架建造流程為：整體拼裝→分段制造→分段涂裝→中組拼焊→結(jié)構(gòu)總組→臂架機(jī)加工→總裝上船。

3 機(jī)加工技術(shù)

本大型船用全回轉(zhuǎn)起重機(jī)所屬機(jī)加工技術(shù)，主要針對大型結(jié)構(gòu)部件的機(jī)加工，并根據(jù)加工面的裝配用途及相關(guān)零部件的使用要求確定其加工精度及公差要求，以此來確定加工方法、基準(zhǔn)、順序等。該起重機(jī)各部件尺寸較大，同一加工要素尺寸亦較大，且部件的整體性和關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，有相應(yīng)機(jī)加工精度要求。為保證產(chǎn)品質(zhì)量和滿足加工精度，在劃分關(guān)鍵及重要尺寸后對關(guān)鍵和重要部件采用焊后整體機(jī)加工技術(shù)，但車間內(nèi)固定式機(jī)床無法滿足如此大尺寸的機(jī)加工要求。因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和加工要求采用對移動式機(jī)床改裝后進(jìn)行機(jī)加工的方法，在加工中引入激光跟蹤測量技術(shù)[2]，利用激光檢測儀檢測有同軸要求的機(jī)加工要素，以確保尺寸精度。

3.1 支承圓筒機(jī)加工

起重機(jī)支承圓筒的機(jī)加工最為復(fù)雜且加工量大?；剞D(zhuǎn)中心軸承、回轉(zhuǎn)銷齒、回轉(zhuǎn)滾輪軌道和反滾輪軌道均位于支承圓筒上，重要關(guān)鍵尺寸包括回轉(zhuǎn)軸承座圓、回轉(zhuǎn)銷齒孔的圓、回轉(zhuǎn)軌道圓三者的同心度及其各自圓度、上下回轉(zhuǎn)軌道和反滾輪軌道面平面度及其之間高度等。

加工時期、方法、順序及設(shè)備：支承圓筒與船體安裝焊接完成后劃出中心十字線，回轉(zhuǎn)軸承座圓采用鏜床按線加工，并以此為基準(zhǔn)安裝回轉(zhuǎn)長臂回轉(zhuǎn)鏜銑床整體加工的其他尺寸。其中，長臂鏜床的回轉(zhuǎn)定位精度及長臂剛性是關(guān)鍵，如圖6 所示。

圖6 支承圓筒機(jī)加工示意圖Fig.6 Schematic diagram of base cylinder machining

3.2 轉(zhuǎn)臺機(jī)加工

回轉(zhuǎn)中心軸承上座、正滾輪上軌道、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置等均布置于轉(zhuǎn)臺上，其重要關(guān)鍵尺寸包括回轉(zhuǎn)中心軸承上座圓與正滾輪上軌道安裝圓、面。

安裝順序、加工方法及設(shè)備：結(jié)構(gòu)整體拼裝前劃出結(jié)構(gòu)各地樣中心線及基準(zhǔn)線，以此地樣線為基準(zhǔn)加工轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心軸承座圓、面，再通過改造移動式加長回轉(zhuǎn)鏜銑床，以回轉(zhuǎn)中心軸承座加工面為基準(zhǔn)加工正滾輪上軌道安裝圓、面，如圖7 所示。

圖7 轉(zhuǎn)臺機(jī)加工示意圖Fig.7 Schematic diagram of revolving platform machining

3.3 人字架機(jī)加工

人字架中人字架底座、頂部梁、前撐桿、后拉桿之間通過絞軸相互連接，其大跨度各連接軸孔同軸度控制是關(guān)鍵。

安裝順序、加工方法及設(shè)備：人字架底座與轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)安裝焊接完成后，以回轉(zhuǎn)十字中心線為基準(zhǔn)加工臂架端部、前撐桿、后拉桿底部連接軸孔及端面；前撐桿與頂部梁進(jìn)行組裝，后拉桿劃線加工各軸孔及端面；利用激光同軸檢測儀移動鏜排加工各要素，必要時可采用裝配后加工的方法。其加工示意圖如圖8所示。

圖8 人字架機(jī)加工示意圖Fig.8 Schematic diagram of A-Frame machining

3.4 臂架機(jī)加工

臂架系統(tǒng)中加工臂架根部軸孔、臂架頭部十字絞軸和各滑輪軸孔，其關(guān)鍵尺寸為臂架根部大跨度軸孔同軸度和與臂架絞軸底座孔的同軸配合尺寸。

加工方法及設(shè)備：臂架拼裝完成后利用移動式鏜排和激光同軸測量儀整體機(jī)加工臂架軸孔，在加工過程中檢測相關(guān)精度，并與臂架絞軸底座孔尺寸精度比對模擬和調(diào)整相關(guān)加工尺寸。也可將臂架根部軸孔留適當(dāng)余量，待臂架總裝后與底座孔配合加工。

4 安裝技術(shù)

全回轉(zhuǎn)起重船安裝技術(shù)主要包括各部件安裝順序及各大構(gòu)件吊裝安裝工藝方法?？傃b分為船塢內(nèi)安裝和船體下水后安裝。受限于船臺吊機(jī)能力，對船塢內(nèi)安裝構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分段劃分，總裝時要規(guī)劃好安裝順序，尤其是帶反滾輪結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺總成。臂架和人字架安裝選擇在船舶下水后利用浮吊安裝。

轉(zhuǎn)臺總成中反滾輪結(jié)構(gòu)和配重箱下部與轉(zhuǎn)臺主梁拆分，提前支墊于甲板，初定位后待轉(zhuǎn)臺主梁分段總裝后由下至上頂升調(diào)整反滾輪結(jié)構(gòu)和配重箱。

4.1 臂架吊裝

臂架采用雙浮吊抬吊安裝，難點在于其重量大，加上十字吊架重約1 600 t，根據(jù)浮吊起重能力及臂架結(jié)構(gòu)合理設(shè)置起吊點，并選擇柔性不傷臂架主材的吊帶等吊索具。其吊裝作業(yè)如圖9 所示。

圖9 臂架吊裝示意圖Fig.9 Schematic diagram of boom lifting

4.2 人字架安裝

人字架安裝較為復(fù)雜，底座在下水前即安裝完畢，前撐桿、后拉桿一起安裝，需在吊裝過程中翻身旋轉(zhuǎn)。前撐桿、后拉桿由可旋轉(zhuǎn)鉸軸連接，噸位達(dá)到1 200 t。通過制作連接工裝將前撐桿與后拉桿連接固定，將其平吊抬起后，后拉桿鉸軸孔對齊鉸軸座，穿軸定位，再割除連接工裝，提升人字架，打開前撐桿至安裝位置。其吊裝作業(yè)如圖10 所示。

圖10 人字架吊裝示意圖Fig.10 Schematic diagram of A-Frame lifting work

4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝

本起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用齒輪與銷齒嚙合，為開式齒輪。銷齒與銷孔配合為過盈配合，采取液氮冷裝方法。回轉(zhuǎn)齒輪安裝時可以輔以樣板對齒輪進(jìn)行初定位，再通過調(diào)整環(huán)調(diào)整使其滿足齒高、齒長方向嚙合要求及齒側(cè)間隙要求等。

4.4 鋼絲繩纏繞安裝

隨著浮吊起重噸位增大，鋼絲繩直徑和長度也隨之增大，鋼絲繩纏繞方式也趨向復(fù)雜。本起重機(jī)鋼絲繩纏繞主要有起升、變幅鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，其中變幅鋼絲繩纏繞系統(tǒng)更為復(fù)雜，纏繞方式如圖11 所示。

圖11 變幅系統(tǒng)鋼絲繩纏繞安裝示意圖Fig.11 Schematic diagram of winding wire rope in luffing system

大直徑和長度鋼絲繩穿繩一般采用引繩進(jìn)行穿繩安裝，根據(jù)鋼絲繩安裝點之間跨度計算鋼絲繩垂度，以此來選擇引繩規(guī)格[3]。大型浮吊鋼絲繩較重，為降低施工作業(yè)強(qiáng)度，一般采用尼龍引繩和細(xì)鋼絲繩引繩2 道引繩進(jìn)行穿繩作業(yè)。尼龍引繩連接細(xì)鋼絲繩引繩，細(xì)鋼絲引繩再接產(chǎn)品鋼絲繩。通過卷揚(yáng)拉拽引繩進(jìn)行穿繩纏繞，產(chǎn)品鋼絲繩穿繩入機(jī)構(gòu)系統(tǒng)后斷開與引繩的連接，固定端一般采用現(xiàn)場澆鑄索接頭進(jìn)行固定，卷筒端在保留系統(tǒng)要求總繩長和調(diào)整左右繩長后裁除多余繩長并固定于卷筒上。穿繩時應(yīng)對鋼絲繩施加預(yù)緊力，以防止松繩、竄繩。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合4 600 t 全回轉(zhuǎn)起重船對全回轉(zhuǎn)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)制造、加工、安裝技術(shù)進(jìn)行了探討，列舉了制作中的一些重點難點和相應(yīng)的技術(shù)方案，為實現(xiàn)項目的順利完成提供了良好的技術(shù)指導(dǎo)。當(dāng)然隨著實際制造生產(chǎn)條件的不同也可采取不同的制造技術(shù)方案。本研究可為船舶、起重、海洋工程裝備制造提供工程參考。■