淺談低凈空作業(yè)區(qū)域的吊裝解決方案

謝許敏

（上海振華重工長(zhǎng)興分公司，上海 201913）

上海振華重工長(zhǎng)興分公司2000畝沖砂車間空壓站內(nèi)部?jī)舾咻^低，且空壓機(jī)布置密集，設(shè)備與設(shè)備之間的間距較小，維修設(shè)備時(shí)很不方便。在余熱回收設(shè)備相關(guān)管道敷設(shè)安裝后，液壓推車等輔助工具已經(jīng)無法進(jìn)入維修區(qū)域。每次維修設(shè)備前，都必須制作較為堅(jiān)固的簡(jiǎn)易支架，使用手拉葫蘆起吊空壓機(jī)部件，起吊完成后再將簡(jiǎn)易支架拆除。致使損壞的空壓機(jī)主機(jī)或相關(guān)部件無法及時(shí)運(yùn)出來，繼而導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)。為使該空壓站設(shè)備維修便捷高效，需根據(jù)空壓站低凈空、設(shè)備間距狹小等特點(diǎn)設(shè)計(jì)吊裝解決方案。

1 空壓站內(nèi)部及設(shè)計(jì)方案

1.1 空壓站內(nèi)部空間

車間內(nèi)空壓機(jī)橫向一字排列，車間內(nèi)部設(shè)備布置縱向截面如圖1。

圖1 車間縱向截面

圖2 軌道校驗(yàn)

空壓站內(nèi)部尺寸：長(zhǎng)度=50m，寬度=7.5m；橫向承重梁尺寸：寬=260mm、高=480mm；橫向承重梁間距：6000mm；縱向承重梁尺寸：寬=260mm、高=450mm；承重梁底部?jī)舾撸?395mm；空壓機(jī)縱向尺寸：高=2145mm、長(zhǎng)=4000mm。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以輕易得出結(jié)論，車間內(nèi)部空間比較狹小，能夠?yàn)榫S修人員作業(yè)的有效精簡(jiǎn)更小。

1.2 設(shè)計(jì)方案

（1）起重機(jī)構(gòu)選型。因此，吊裝設(shè)備的設(shè)計(jì)初衷是為了保證吊裝的有效凈空高度，所以選用歐式電動(dòng)葫蘆，起重量1t、自重36kg。根據(jù)改電動(dòng)葫蘆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)參數(shù)，擬采用22a#工字鋼對(duì)主梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）軌道設(shè)計(jì)。根據(jù)空壓站內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將兩排工字鋼固定在承重梁的下方，作為軌道。為保證吊裝設(shè)備實(shí)際使用的凈空高度，設(shè)計(jì)選用22a#工字鋼作為吊裝設(shè)備大車運(yùn)行軌道。因考慮橫向承重梁和縱向承重梁的實(shí)際偏差，在保證軌道的水平和直線度后，軌道安裝完成后，僅能保證軌道以下凈空高度為5175mm。

設(shè)計(jì)要求：暫定軌距4165mm、軌道長(zhǎng)度40m；固定牢固無明顯晃動(dòng)和位移、滿足1.5t負(fù)荷、接頭處軌道斷面平整、接頭處鋼軌端面與軌道中心線垂直；軌道的實(shí)際中心線與軌道的幾何中心線的偏差不應(yīng)大于3mm。

（3）大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。軌道以下凈空高度為5175mm。考慮空壓機(jī)高度2145mm，需在軌道以下3030mm的空間內(nèi)設(shè)計(jì)吊裝設(shè)備，并保證能將維修部件準(zhǔn)了轉(zhuǎn)運(yùn)。根據(jù)軌道設(shè)計(jì)方案，吊裝設(shè)備只能設(shè)計(jì)成懸掛式，將常規(guī)小行車的電動(dòng)葫蘆運(yùn)行機(jī)構(gòu)改成工裝的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在端梁上設(shè)計(jì)吊耳板，用于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)與吊裝設(shè)備的連接固定。

（4）吊裝設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因考慮軌道以下的吊裝有效凈空高度僅為3122mm，必須盡量減小吊裝設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)高度，因此，端梁、主梁均采用22a#工字鋼進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬。①端梁設(shè)計(jì)。因吊裝作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需顧及每臺(tái)空壓機(jī)的部件吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)空間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量確定，端梁長(zhǎng)度確定為1300mm，去掉兩端的兩塊的10mm厚的加強(qiáng)擋板，22a#工字鋼的下料長(zhǎng)度為1280mm。②主梁設(shè)計(jì)。因吊裝設(shè)備軌距已暫定4165mm，且22A#工字鋼的寬度為110mm，22a#工字鋼的下料長(zhǎng)度為4275mm；根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，主梁上撓要求約1/1000，暫定上撓5mm。

2 設(shè)計(jì)方案校驗(yàn)

額定起重量：1000kg、電動(dòng)葫蘆及吊鉤總重為36kg，單端梁設(shè)計(jì)自重47kg，主梁設(shè)計(jì)自重156kg，單條軌道重1602kg。

2.1 許用應(yīng)力

軌道梁、橫梁、軌道所用都是工字鋼22a，其相關(guān)參數(shù)如下：x軸塑性發(fā)展系數(shù)yx=1.05；抗彎截面模量Wx=325000mm3；材料：Q235；σs=210N/mm2；根據(jù)GB3811動(dòng)載系數(shù)取1.1；按相關(guān)規(guī)定安全系數(shù)ne取1.33；[σs]=210/1.33=158N/mm2。

2.2 軌道校驗(yàn)

軌道共44m長(zhǎng)，每6m一個(gè)支撐點(diǎn)，此計(jì)算中選取兩支撐點(diǎn)進(jìn)行局部計(jì)算。

作用力：Q=1.1（1000+457）×10=16027N

支反力：Ra=16027×3/6=8014N

彎矩：M=8014×3000=2.4×107N.mm

彎曲應(yīng)力：σ=M/（yx×Wx）=2.4×107/（1.05×325000）=70.4N/mm2≤158N/mm2。

2.3 端梁校驗(yàn)

滿載狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)葫蘆在橫梁一端時(shí)，端梁受力最大。詳見圖3。

圖3 端梁校驗(yàn)

作用力：Q=1.1（1000+161）×10=12771N

支反力：Ra=12771×640/1280=6386N

彎矩：M=6386×640=4.1×106N.mm

彎曲應(yīng)力：σ=M/（yx×Wx）=4.1×106/（1.05×325000）=12N/mm2≤158N/mm2。

2.4 主梁校驗(yàn)

滿載狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)葫蘆在主梁中間時(shí)，柱梁受力最大。詳見圖4。

圖4 主梁校驗(yàn)

作用力：Q=1.1（1000+192）×10=13112N

支反力：Ra=13112×2138/4275=6556N

彎矩：M=6556×2138=1.4×107N·mm

彎曲應(yīng)力：σ=M/（yx×Wx）=1.4×107/（1.05×325000）=41N/mm2≤158N/mm2。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)方案的軌道、端梁以及主梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校驗(yàn)合格，滿足設(shè)計(jì)方案的使用要求。

3 設(shè)計(jì)及選型

3.1 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

為提高設(shè)計(jì)結(jié)果及配件選型的通用性避免非標(biāo)配件的使用，采用常規(guī)電動(dòng)葫蘆行走機(jī)構(gòu)作為大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。由設(shè)計(jì)圖可知，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用4組機(jī)構(gòu)（8只行走輪），其中2組為主動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)（選用電機(jī)功率0.8kW/只），2組為從動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)（詳見圖5）。

圖5 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)圖

3.2 結(jié)構(gòu)部分

（1）為保證吊裝設(shè)備下方的有效起升高度，主梁采用居中架在端梁上的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在主梁與端梁連接處兩側(cè)、端梁縱向中心位置焊接大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的連接耳板，耳板厚度16mm，詳見圖6。

圖6 吊裝設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

（2）為避免主梁結(jié)構(gòu)軌道干涉（詳見圖6），主梁端部采用斜坡設(shè)計(jì)。主梁與端梁連接固定完成后，采用部分梯形板和三角板對(duì)端梁和主梁的連接處進(jìn)行加固，用以提高吊裝設(shè)備的整體抗扭曲能力。梯形板和三角板采用10mm厚的鋼板進(jìn)行切割下料。

3.3 起升部分

起升機(jī)構(gòu)是吊裝設(shè)備的核心部件，選型的決策決定了吊裝設(shè)備的其中能力。因空壓站內(nèi)的主要部件（如電機(jī)、空壓機(jī)主機(jī)）自重均不超過800kg，因此采用行業(yè)內(nèi)常規(guī)起重量為1t的歐式電動(dòng)葫蘆，總功率4.95kW。其尺寸為：長(zhǎng)=700mm、寬=300mm、高220mm。

3.4 設(shè)計(jì)及選型結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果得知，吊裝設(shè)備的主結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)如表1。

表1 吊裝設(shè)備的主要參數(shù)表

吊裝設(shè)備安裝完成后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，在已經(jīng)保留電動(dòng)葫蘆吊鉤的安全限位距離的前提下，吊鉤下端距離吊裝設(shè)備主梁以下的距離為600mm。經(jīng)計(jì)算和測(cè)量，吊鉤以下、空壓機(jī)以上的有效吊裝高度為2700mm，滿足日?？諌簷C(jī)主機(jī)、電機(jī)及相關(guān)部件維修時(shí)候的吊裝需求（使用時(shí)，需盡量縮短起重鋼絲的長(zhǎng)度）。

3.5 吊裝設(shè)備設(shè)計(jì)及選型優(yōu)點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，縮小整機(jī)尺寸、自重小，提高凈空高度的利用率；（2）減速機(jī)、齊聲電機(jī)和制動(dòng)器三合一設(shè)計(jì)，更可靠，更耐用。起升電機(jī)接電持續(xù)率達(dá)60%，可靠性更高；（3）歐式電動(dòng)葫蘆采用變頻控制，提高了設(shè)備安裝定位的準(zhǔn)確率，有效減少負(fù)載晃動(dòng)，提高維修效率，減少啟/制動(dòng)時(shí)的負(fù)載沖擊，運(yùn)行更平穩(wěn)、更安全。（4）保證部件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)型和互換性，有效減少整機(jī)的維護(hù)成本。

4 結(jié)語

此懸掛式吊裝設(shè)備從最的初方案設(shè)計(jì)、計(jì)算校驗(yàn)，到選型以及制作，均根據(jù)空壓站低凈空特點(diǎn)進(jìn)行，充分壓縮吊裝設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)及起升機(jī)構(gòu)的尺寸。現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后，通過電動(dòng)葫蘆額定載荷1.1倍的動(dòng)載試驗(yàn)、1.25倍的靜載試驗(yàn)證明，鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的起重要求。通過數(shù)次維修時(shí)吊裝作業(yè)使用證明，吊鉤以下、空壓機(jī)以上的有效吊裝高度滿足現(xiàn)場(chǎng)的吊裝作業(yè)和轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)要求。