履帶式起重機(jī)履帶架維修改造

相吉陽，楊 全，李信鋒，王文文，高 寧

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

1 履帶式起重機(jī)使用現(xiàn)狀

海洋石油工程（青島）有限公司（以下簡稱公司）2006 年建廠，現(xiàn)在擁有70 t 到750 t 履帶式起重機(jī)39 臺，其中400 t 及以上履帶式起重機(jī)8 臺，先后完成數(shù)十個項目，為公司的發(fā)展立下汗馬功勞。

由于公司項目為大型鋼結(jié)構(gòu)項目，無法對地面進(jìn)行硬化，大型車輛的行走造成場地高低不平。而項目建造分散于場地各處，所以具有較好靈活性的大噸位履帶吊需求量大。因?yàn)楣ぷ髁看螅瑘龅貤l件惡劣，履帶吊使用時長較長，相應(yīng)故障產(chǎn)生較多。

在之前的維修保養(yǎng)過程中已發(fā)現(xiàn)支重輪磨損履帶架的現(xiàn)象，經(jīng)過增加墊片、改變支重輪磨損位置，增加支重輪與履帶架之間緩沖區(qū)等，來解決履帶架設(shè)計缺陷造成的磨損問題。在本次維修發(fā)現(xiàn)故障，為相同品牌的同噸位車型。

2 現(xiàn)場現(xiàn)象

750 t 及400 t 履帶吊在青島場地承擔(dān)著主要的吊裝任務(wù)。在日常維保時對其履帶架進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)域存在裂縫現(xiàn)象，為保障設(shè)備使用安全，對所有大噸位履帶式起重機(jī)進(jìn)行停機(jī)全面檢查。經(jīng)過仔細(xì)的清掃檢查，發(fā)現(xiàn)多處裂紋，部分車型多達(dá)5 處，存在著嚴(yán)重的安全隱患（圖1）。

圖1 履帶式起重機(jī)履帶架焊縫裂紋

在與該型號設(shè)備制造廠家進(jìn)行溝通時得知，其他用戶也出現(xiàn)不同程度的裂紋，但尚無具體的解決方案，所以解決并消除這一重大安全隱患迫在眉睫。

3 問題原因及難點(diǎn)

針對履帶式起重機(jī)履帶架出現(xiàn)明顯焊縫裂紋的原因進(jìn)行分析，其行走機(jī)構(gòu)“四輪一帶”承受著整臺吊機(jī)及所吊物件的全部重量，包含承受靜載荷、巨大的交變載荷及沖擊載荷。

經(jīng)認(rèn)真總結(jié)與研究發(fā)現(xiàn)，造成履帶架開裂的相關(guān)因素和解決困難有以下5 個。

（1）設(shè)備自重700 t，起重臂為重型臂。如果將吊機(jī)自重減輕、重型臂改為輕型臂，雖然車輛自重減輕，但是無法發(fā)揮車輛應(yīng)有的吊重能力，降低吊裝運(yùn)輸能力，影響巨大。另外，頻繁更改車輛的吊裝工況，會大大浪費(fèi)人力及物力，影響生產(chǎn)安排。

（2）公司場地面積大，車輛經(jīng)常需要長距離爬行。車輛不能滿足長距離爬行作業(yè)，設(shè)備利用率降低，成本大幅增加，對于工期異常緊張的生產(chǎn)帶來影響，使工期延長、耽誤采油生產(chǎn)。

（3）場地地面采用碎石鋪墊，履帶吊已經(jīng)將地面碎石壓碎，調(diào)整車輛行走方向時增大了摩擦因數(shù)，導(dǎo)致在車輛調(diào)整方向時增大了對履帶架橫向拉力，使得履帶架焊接處易出現(xiàn)裂縫。如果減小摩擦系數(shù)，經(jīng)常鋪石子，浪費(fèi)財力、物力且很難長時間保持。

（4）大型吊裝時多采用多車聯(lián)合作業(yè)，帶載轉(zhuǎn)向時臂桿晃動幅度較大，動載荷放大傳遞使履帶架受力成倍增大。由于場地前期規(guī)劃問題，場地部分位置缺少合適大型龍門吊，因此對于部分組塊較大，長度和寬度均超過40 m，重量超過200 t 的物體，采用多車聯(lián)合吊裝的方式，此時就顯現(xiàn)出大型履帶吊的作用，提升公司的吊裝能力。減少多機(jī)聯(lián)合作業(yè)，既無法滿足現(xiàn)場吊裝要求，又無法保障生產(chǎn)任務(wù)。

（5）長期的高頻率使用造成了履帶架焊縫疲勞裂紋。履帶架從力學(xué)原理上看，其結(jié)構(gòu)形式存在設(shè)計和工藝缺陷，機(jī)械性能陡然下降。公司每年加工鋼材量多數(shù)在15 萬噸以上，均需要進(jìn)行組裝吊裝，吊裝任務(wù)繁重、作業(yè)量大，造成車輛使用損耗較大，在場地上使用的履帶式起重機(jī)作業(yè)工時遠(yuǎn)超常規(guī)的類似風(fēng)機(jī)吊裝作業(yè)。

綜上所述，只有克服履帶架本身的不足和缺陷，才能從根本上解決裂紋問題。由于項目正在緊張的生產(chǎn)中，急需大型車輛進(jìn)行吊裝，留給現(xiàn)場的改造時間很有限。

4 改造方案

4.1 確認(rèn)改造方案

如何解決焊縫開裂問題是決定履帶吊利用率的關(guān)鍵因素。通過對履帶吊履帶架受力分析和現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)研究，提出補(bǔ)焊裂紋并焊接加強(qiáng)筋板的維修方案。這樣不僅可以分解施加在履帶架裂紋處的集中應(yīng)力，還能增強(qiáng)這一薄弱環(huán)節(jié)的機(jī)械強(qiáng)度，從而避免裂紋的產(chǎn)生。

750 t 級履帶式起重機(jī)加裝390 t 超起工況時，根據(jù)吊臂不同自重為680～720 t，加上額定載重量后吊機(jī)最大總重可達(dá)1680 t，再加上風(fēng)載荷、動載荷，履帶架所承受的應(yīng)力和剪切力其機(jī)械性能必須滿足工藝要求。經(jīng)分析幾處裂紋點(diǎn)均為履帶架與車體相連接的支架上，該支架起著“四輪一帶”連接車體的作用，承載著吊機(jī)主機(jī)、吊臂和負(fù)載的全部重量。當(dāng)?shù)鯔C(jī)轉(zhuǎn)向時，兩條履帶的相對速度和方向不同，連接支架不僅承受垂直向下的重力，還承受著橫向交變載荷，再加上由于路面不平、吊機(jī)整體晃動等原因，連接支架承受的載荷被成倍放大，這就要求履帶架的維修必須滿足以上嚴(yán)苛作業(yè)條件。

確定維修方法為補(bǔ)焊裂紋和加裝筋板。在補(bǔ)焊裂紋的基礎(chǔ)上加裝筋板，經(jīng)過測量和力學(xué)計算，確定將筋板定位加裝于裂縫外側(cè)面中心距200 mm 處，增大受力面積，加裝在履帶架的薄弱部位的筋板，起到分解應(yīng)力集中和增加機(jī)械強(qiáng)度的作用，并選用與母材相同的Q690 筋板。經(jīng)過計算分析，維修后的“四輪一帶”不僅可滿足吊機(jī)滿負(fù)荷作業(yè)，更增強(qiáng)了機(jī)械性能和履帶架的抗疲勞性能。

4.2 現(xiàn)場履帶架焊接維修實(shí)施步驟

（1）事前做好充分的準(zhǔn)備，做好區(qū)域隔離，人員進(jìn)行JSA（Job Safety Analysis，工作安全分析）分析，準(zhǔn)備好所需的吊機(jī)、叉車、墊墩、工機(jī)具、加強(qiáng)筋板（Q690 高強(qiáng)度筋板）、焊材等。

（2）按照吊機(jī)拆車程序?qū)⒌鯔C(jī)解體，將臂桿、桅桿水平放置于地面的墊墩上。

（3）將車體放置在車體支架上，將“四輪一帶”整體拆下。

（4）將履帶支架翻身后放置于地面的墊墩上。

（5）對裂紋部位由焊接工程師開出U 形坡口。

（6）打磨處理達(dá)到焊接要求，進(jìn)行焊接，選用林肯E9018 直徑3.2 mm 的焊條進(jìn)行打底，采用林肯LA-90CER80S-D2 蓋面。

（7）將加強(qiáng)筋板安裝在受剪切力與應(yīng)力集中的位置，采用滿焊焊接工藝。

（8）由于履帶架的材料為Q690 材料，因此為保證原有的材料強(qiáng)度，在焊接前需進(jìn)行熱處理。首先，將原有氧化層進(jìn)行打磨且平整光滑，進(jìn)行預(yù)熱（66～100 ℃），避免出現(xiàn)裂紋和降低焊接應(yīng)力。其次，焊接溫度控制在100～175 ℃（不得高于175 ℃），焊接過程實(shí)時監(jiān)控焊接溫度。最后進(jìn)行焊后保溫，焊接完成后加溫至160 ℃，覆蓋保溫棉，保溫12 h 后自然冷卻。

（9）對焊接部位進(jìn)行探傷檢測，確認(rèn)焊口有無裂紋、無夾渣、氣泡等缺陷。

（10）經(jīng)檢測確認(rèn)無裂紋后使用環(huán)氧油漆進(jìn)行防腐處理。

4.3 改造結(jié)果

（1）裝車前進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無誤后再進(jìn)行安裝。安裝過程中嚴(yán)格執(zhí)行安裝步驟，檢查每一個細(xì)節(jié)恢復(fù)到位，全部裝好后進(jìn)行試車，按照先慢速后正常速度、先空載再輕載后重載的原則進(jìn)行試車使用。

（2）經(jīng)過一年多的使用，全車整體性能良好，該裂紋區(qū)域未再出現(xiàn)裂紋，從根本上解決了履帶架裂紋的難題（圖2）。

圖2 改造后履帶架結(jié)構(gòu)（增加加強(qiáng)筋）

4.4 項目組織

該項目有1 名改造小組組長，由6 名鉗工、1 名履帶吊司機(jī)、2 名等離子切割操作員輔助完成該項目。改造一臺設(shè)備工期為5 d，在時間緊迫的情況下必須提前做好技術(shù)準(zhǔn)備，所以在改造前就對技術(shù)方案進(jìn)行充分研究。這樣改造過程才能緊鑼密鼓地實(shí)施，完美地對起重機(jī)履帶機(jī)焊縫裂紋進(jìn)行維修。

4.5 項目工期控制

由于大型履帶吊使用成本昂貴，必須盡快完成優(yōu)化，減少設(shè)備停機(jī)時間，所以該項目工期每臺車5 d。為保證項目進(jìn)度，協(xié)調(diào)好修理時間后進(jìn)行任務(wù)分解，將改造任務(wù)細(xì)分到每個人身上。工作過程中，小組組長親自監(jiān)督每道作業(yè)程序，必須按照預(yù)定方案實(shí)施，經(jīng)過10 d 的努力，提前將2 臺大型履帶吊完成改造，給項目吊裝施工工作節(jié)省了大量時間。

5 改造意義

5.1 設(shè)備本身

作為行走機(jī)構(gòu)中最為重要的承重部件之一，履帶架的完好度對于履帶式起重機(jī)的安全運(yùn)行有著重要意義。

（1）該項目改造難度較大，必須確認(rèn)好履帶架的母材、加強(qiáng)筋板的位置，需要運(yùn)用材料力學(xué)及所掌握的專業(yè)知識對履帶架進(jìn)行改造。經(jīng)過一年多的使用，履帶架未再出現(xiàn)開裂，排除重大安全隱患，獲得了公司領(lǐng)導(dǎo)的好評。

（2）通過對履帶吊履帶架的維修改造，加深了對起重機(jī)的操作和維保設(shè)備要領(lǐng)，懂得設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理等多方面的知識。

5.2 經(jīng)濟(jì)及安全意義

（1）該投資費(fèi)用為4000 元，其中配件材料費(fèi)2000 元、人工及消耗材料費(fèi)2000 元。

（2）保證設(shè)備安全運(yùn)行和提高設(shè)備使用率，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益是無法計算的，設(shè)備的安全使用是改造項目的最大目的。

6 總結(jié)

履帶吊的安全使用是關(guān)系到公司項目進(jìn)度的關(guān)鍵設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)其存在的問題并進(jìn)行維修改造，排除安全使用隱患，不僅降低今后設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，還能將此項改造應(yīng)用于其他支重輪式設(shè)備，為公司乃至整個行業(yè)制定了一個問題的解決方案。