丁鐵花

中國港珠澳大橋多角度錨箱加工工藝

丁鐵花

（中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北山海關(guān)，066205）

錨箱是斜拉橋的重要組成部分，通過錨箱將載荷傳遞到斜拉索上。以我國建成的港珠澳大橋為例，基于π型組焊件的三維分量新特點(diǎn)，從翻轉(zhuǎn)、固定、角度測量等因素出發(fā)，設(shè)計制造了一套多角度翻轉(zhuǎn)工作臺，成功實(shí)現(xiàn)了多角度錨箱機(jī)加工。改進(jìn)后的工藝使得加工精度提高了一倍以上，順利通過了驗收，為各種形式的斜拉橋錨箱制造開辟了新方法。

斜拉橋；錨箱；三維分量；π型組焊件；精度；變形；中國港珠澳大橋

引言

2016年4月11日20時，由中鐵山橋集團(tuán)有限公司承制的，世界上最長的跨海大橋——中國港珠澳大橋青州航道橋中跨合龍段MCL梁段順利完成吊裝，標(biāo)志著青州航道橋成功合龍，打通了大橋從西人工島到深水區(qū)通航孔橋的通道。

青州航道橋采用雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，主梁采用流線型扁平鋼箱梁。橋跨布置為1 150米，鋼箱梁小節(jié)段共85段。索塔采用雙柱門形框架塔，塔高163米。其中結(jié)形撐16段、鋼錨箱24對，如圖1所示。青州航道橋順利合龍，為后續(xù)橋面鋪裝施工奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)中國港珠澳大橋主體工程的全面完工邁出了重要一步。

圖1　中國港珠澳大橋斜拉橋整體視圖

1　錨箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與制造加工難點(diǎn)

錨箱是由π型組焊件焊在腹板上組成的，其結(jié)構(gòu)主要包括加強(qiáng)板、承壓板、隔板和錨板。鋼箱梁的載荷通過π型傳遞到斜拉索，因而π型組焊件既是錨箱主要件之一，也是非常重要的受力構(gòu)件之一[1-4]，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　錨箱主要件——π型組焊件

π型組焊件與腹板的相對角度決定了斜拉索的施力方向，對精度的要求特別高（角度公差±0.1°），必須嚴(yán)格控制其制造質(zhì)量。

由于中國港珠澳大橋錨箱的錨頭與索塔柱有1:11.2的傾斜角度，和以往承接的其它橋梁錨頭只有Y和Z軸方向的角度相比，增加了一個X軸方向的角度，成為立體錨箱（如圖3所示），3個方向的角度由于錨頭的位置的變化，角度也都隨之改變，每個都不相同，而且該角度的加工精度直接影響鋼錨箱的制造精度。

π型組焊件處于腹板外側(cè)，屬于偏心受拉狀態(tài)，要求兩者間的焊縫必須熔透，以確保焊接質(zhì)量。

錨箱的各個件之間，由于傳遞拉力的特殊構(gòu)造，帶孔承壓板與其上焊接件要磨光頂緊，除了角度的精度要求之外，還要達(dá)到表面的光潔度和平面度要求。其中的穿拉索的錨孔要求公差0～0.5 mm，表面粗糙度Ra不得大于12.5 μm。

圖3　立體錨箱結(jié)構(gòu)圖

2　π型組焊件機(jī)加工

π型組件一般是單件加工好后組裝焊接，對焊接的質(zhì)量要求較高，因為變形是難以控制的因素。為了保證質(zhì)量，本次采用首先粗加工、組焊，再機(jī)械精加工的辦法：其承壓板磨光頂緊面，以及孔和錨板的兩個側(cè)面留出余量，組焊后進(jìn)行機(jī)加工。為了焊接熔透，錨板的兩個側(cè)面加焊了鋼襯墊，且鋼襯墊也需加工，如圖4所示。

3　多角度翻轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計制造

如第1章所述，現(xiàn)有機(jī)床設(shè)備只能加工兩個角度的工件，第三個角度的出現(xiàn)使得加工遇到困難。由于工件量很大，工期也很緊，通過多次研究、論證，最終決定設(shè)計一套如圖5所示的多角度翻轉(zhuǎn)工作臺，以滿足加工要求。

圖4　π型組焊件機(jī)加工圖

圖5　多角度翻轉(zhuǎn)工作臺

多角度翻轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計需解決的難點(diǎn)，主要包括工作臺的翻轉(zhuǎn)、固定、角度測量。

部分工件重達(dá)數(shù)千公斤，跨度在1米～2米之間，翻轉(zhuǎn)工作臺的重量和規(guī)模均需遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些工件，方可達(dá)到使用要求。此外，翻轉(zhuǎn)后的受力面是一斜面，而受力點(diǎn)卻是若干點(diǎn)，如果設(shè)計不好，很容易造成無法翻轉(zhuǎn)，或者翻轉(zhuǎn)不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定。

針對工作臺的固定問題，采用了40 mm厚的兩塊大板，一塊用T型螺栓固定在機(jī)床床面上，另一塊用于翻轉(zhuǎn)。由于翻轉(zhuǎn)板太重，為了減少壓力、實(shí)現(xiàn)靈活翻轉(zhuǎn)，在底部增加一盤推力球軸承。翻轉(zhuǎn)時，采用3點(diǎn)定位，端頭用2個支座穿軸，另一個端點(diǎn)用絲杠絲母調(diào)節(jié)角度。

測量翻轉(zhuǎn)角度時，用百分表檢測坐標(biāo)數(shù)值，可提高精度，并實(shí)現(xiàn)角度的精確控制。

調(diào)整角度是通過旋轉(zhuǎn)絲桿，使得絲母向上運(yùn)動，工作臺被頂起而與絲母形成斜面。由于水平方向會發(fā)生一定的偏移，因此在設(shè)計前，螺扣會卡死，無法轉(zhuǎn)動。而設(shè)計改進(jìn)后，絲母兩側(cè)的軸在槽里隨力轉(zhuǎn)動，保證了旋轉(zhuǎn)靈活，不被卡死。角度調(diào)好后，用壓活螺栓固定即可。

工作臺設(shè)計完成后，即可進(jìn)行π型組焊件機(jī)加工。工藝共分三步：

（1）鉗工按圖紙找正，立體劃線；

（2）按圖紙調(diào)整原來工作臺的角度，按線找正，鏜承壓板的孔，隨之銑面。

（3）再次調(diào)整翻轉(zhuǎn)工作臺的角度，按線找正，銑錨板的鋼襯墊。

4　加工效果驗收

加工結(jié)果表明：各項技術(shù)指標(biāo)均符合要求，角度誤差在±0.1°以內(nèi)；承壓板的厚度公差在±2 mm以內(nèi)；錨板鋼襯余量至少3 mm，長度公差在0～2 mm之間，相比不經(jīng)過加工而直接焊接成型的情況，精度提高了一倍以上。

經(jīng)檢查，所有錨頭全部合格，順利通過了中國港珠澳大橋監(jiān)理的質(zhì)量驗收，在后續(xù)的組裝焊接過程中質(zhì)量穩(wěn)定。

5　結(jié)束語

自在我公司承接國內(nèi)外斜拉橋錨箱加工項目以來，在中國港珠澳大橋中首次遇到多角度立體錨箱設(shè)計生產(chǎn)工作。在制造過程中，通過深入細(xì)致分析錨箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理安排設(shè)計制作工藝，利用精確機(jī)械加工手段，達(dá)到了焊接要求和質(zhì)量，使錨箱的加工精度得以保證，提高了生產(chǎn)效率，大幅減少了焊接變形導(dǎo)致的額外糾正工作，為今后多種形式的斜拉橋的錨箱制造開辟了新途徑。

[1]王祿鵬, 劉曉光. 大跨度鋼箱梁斜拉橋全焊錨箱的制造及變形控制[J]. 鋼結(jié)構(gòu), 2002, 17(3): 27-29.

[2]機(jī)械設(shè)計手冊編委會. 機(jī)械設(shè)計手冊: 第2卷[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1991.

[3]金屬機(jī)械加工工藝人員手冊修訂組. 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1981.

[4]鐵道部. 鐵路鋼橋的制造規(guī)范: TB 10212-2009[S].

Processing Technology of Multi-angle Anchor Box in Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge of China

DING Tie-hua
(China Raiway Shanhaiguan Bridge Group Co., Ltd., Shanhaiguan, Hebei, 066205, China)

Anchor box, as an important part of cable-stayed bridge, its process design develops vigorously with the increasing technic and economic advantages of cable-stayed bridge. An example of newly built Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge of China is taken to analyze design and manufacture of a suite of multiangle roll-over table, which is based on new characteristics of 3D component of π-type welding part, and factors such as flipping, fixing and angle measurement, aiming at process of a multi-angle anchor box. Improved processing technology increases one time or more the precision, successfully passing the related acceptances, and opening up a new route for manufacture of various forms of anchor box for cable-stayed bridge.

Cable-stayed Bridge. Anchor Box; 3D Component; π-type Welding Part; Precision; Deformation; Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge of China

TH162

A

2095-8412 (2016) 05-976-03工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.040

丁鐵花(1969-)，女，河北秦皇島人，大學(xué)本科，工程師。主要研究方向：機(jī)械制造工藝與設(shè)備。

E-mail: dingtieh@aliyun.com