劉新波，王玉金，王躍文，黃進(jìn)前，金瑞瑩

（河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453400）

0 引言

大型造船門式起重機(jī)基本上都使用在沿海地區(qū)，防風(fēng)措施必不可少，通常會(huì)設(shè)置夾軌器、錨定裝置、防風(fēng)拉鎖等，但如果遇到風(fēng)速＞55 m/s以上的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，就可能會(huì)造成支腿的局部變形，影響起重機(jī)的使用，存在巨大的安全隱患。

2017年8月，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”登陸珠海市，某造船廠的1臺(tái)200 t門式起重機(jī)受到臺(tái)風(fēng)的影響，造成剛性支腿變形。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)起重機(jī)的整體狀況進(jìn)行檢查并測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)風(fēng)來臨前起重機(jī)的錨定裝置和防風(fēng)拉索都已按要求錨固，且未出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，整機(jī)未發(fā)生位移。支腿變形位置在剛性支腿下部彎處，跨內(nèi)側(cè)腹板出現(xiàn)凹凸塑性變形，造成屈服現(xiàn)象（圖1）。

1 起重機(jī)剛性支腿變形分析

圖1 現(xiàn)場(chǎng)剛性支腿下部彎處

對(duì)CM2x60+120/20 t-75 m造船用門式起重機(jī)建立有限元模型，并進(jìn)行有限元分析，在非工作狀態(tài)下即最大風(fēng)速為50 m/s（風(fēng)力15級(jí)），結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最大應(yīng)力位于剛性支腿下部彎處，應(yīng)力為243.9 MPa（圖 2）。

根據(jù)珠海市氣象局提供資料，高欄島自動(dòng)氣象局錄得的極大風(fēng)速為52.9 m/s（風(fēng)力16級(jí)）。據(jù)了解臺(tái)風(fēng)登陸口恰為造船龍門所在位置，實(shí)際陣風(fēng)風(fēng)速可能超過52.9 m/s，且臺(tái)風(fēng)登陸前無超15級(jí)風(fēng)預(yù)警。

綜上分析，風(fēng)速＞52.9 m/s的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”是造成此臺(tái)造船門式起重機(jī)剛性支腿變形的原因，屬于不可抗拒的自然災(zāi)害。

2 起重機(jī)剛性支腿變形修復(fù)方案

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)

專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)了解起重機(jī)的整體狀況并測(cè)量主梁、剛性支腿等主要結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中主梁的檢測(cè)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，對(duì)剛性支腿（地梁以上）變形處進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)見表1。經(jīng)分析，針對(duì)剛性支腿的檢測(cè)數(shù)據(jù)，剛性支腿在大車軌道平面內(nèi)的垂直度應(yīng)為h1≤H1/2000，其中，h1是剛性支腿下橫梁中心與剛性支腿上口中心點(diǎn)的水平偏移量，H1是剛性支腿與運(yùn)行機(jī)構(gòu)平衡梁兩鉸接孔連線的中心至主梁下平面的高度，符合GB/T 27997—2011《造船門式起重機(jī)》中剛性支腿的技術(shù)要求，主梁、剛性支腿上部的整體結(jié)構(gòu)參數(shù)均在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，因此，可只針對(duì)剛性支腿下部的下橫梁進(jìn)行修復(fù)。

圖2 非工作狀態(tài)應(yīng)力云圖

表1 測(cè)量剛性支腿（地梁以上）變形處數(shù)據(jù)

2.2 修復(fù)方案

剛性支腿與地梁連接處變形為內(nèi)、外側(cè)腹板凹凸變形，根據(jù)變形及整體結(jié)構(gòu)情況，本著安全并保證質(zhì)量的前提下，經(jīng)多方討論最終擬定更換變形部位結(jié)構(gòu)件的方案。

（1）制作剛性支腿穩(wěn)固梁，固定在剛性支腿兩側(cè)，設(shè)置4根立柱并將其焊接在下橫梁上，通過下橫梁將剛性支腿、主梁的自重轉(zhuǎn)移到軌道上，即通過制作中間過度段避開支腿變形部分。

（2）將剛性支腿下部變形部分內(nèi)側(cè)腹板、蓋板、外側(cè)腹板依次割除，并將重新下好的料按切割順序重新焊接上，注意每割除掉一塊板立刻更換上相應(yīng)板。

方案優(yōu)點(diǎn)：修復(fù)方案簡(jiǎn)便，地基不用重新加固，修復(fù)工期短，修復(fù)成本低；缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)焊接量大；

2.3 起重機(jī)剛性支腿變形修復(fù)計(jì)算

依照方案對(duì)剛性支腿設(shè)置穩(wěn)固梁、4根立柱并將其焊接在支腿和下橫梁上，然后對(duì)支腿變形處未割斷時(shí)建立有限元模型，并進(jìn)行有限元分析（圖3），再對(duì)支腿變形處割斷結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析（圖4）。

圖3 割斷前剛腿與支架連接強(qiáng)度、剛度

圖4 割斷后剛腿與支架連接強(qiáng)度、剛度

2.4 計(jì)算結(jié)果（表2）

其中，[σⅡ]，nⅡ?yàn)橛酗L(fēng)工作工況下的許用應(yīng)力和安全系數(shù)。

（1）支腿穩(wěn)固工裝在剛性支腿隔斷情況下最大應(yīng)力值為102.5 MPa，小于許用應(yīng)力314 MPa，剛性支腿隔斷前后，剛度最大差值＜2 mm，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度要求。

（2）改造后的支腿腹板材料Q345B，建議厚度由12 mm更換為16 mm，力學(xué)性能大于改造前，滿足使用要求。

表2 計(jì)算結(jié)果

3 修復(fù)工藝

3.1 修復(fù)前準(zhǔn)備工作

（1）將主小車、副小車運(yùn)行至主梁柔性支腿側(cè)，以減輕剛性支腿側(cè)的自重影響，便于剛性支腿的修復(fù)工作。

（2）重新將錨定及防風(fēng)拉索固定好。

（3）起重機(jī)斷電，將剛性支腿下部的電氣相關(guān)電纜等應(yīng)拆除或放置在剛性支腿上部不影響修復(fù)的部位。

（4）制作支撐工裝。

3.2 剛性支腿的穩(wěn)固

（1）支撐梁吊裝到位并焊接，對(duì)接焊縫100%UT（Ultrasonic Test，超聲波檢驗(yàn)）探傷。

（2）搭設(shè)腳手架及相應(yīng)平臺(tái)。

3.3 剛性支腿的修復(fù)

將剛性支腿下部變形部分按內(nèi)側(cè)腹板、蓋板、外側(cè)腹板依次割除并更換。

（1）畫線切割剛性支腿變形處的內(nèi)側(cè)腹板，切割精確尺寸按需更換上去的內(nèi)側(cè)腹板實(shí)際尺寸+5 mm（便于組裝及焊縫留出間隙）。平直的割縫切割設(shè)備優(yōu)先選用半自動(dòng)切割小車，圓弧彎曲部位由操作人員使用手工切割完成。

（2）坡口開制，在起重機(jī)上的腹板上下割口處開制單面30°坡口，切割設(shè)備優(yōu)先選用半自動(dòng)切割小車，完成后將坡口位置腹板兩側(cè)的割渣、油漆等雜物清理干凈，用磨光機(jī)將腹板內(nèi)外兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)修磨出金屬光澤。

（3）內(nèi)側(cè)角鋼的切割，在切割腹板的時(shí)候?qū)⒏拱鍖?duì)應(yīng)部位的內(nèi)側(cè)角鋼一并割除。上部豎直的角鋼由腹板割口向上再切割（300～500）mm，注意切割時(shí)不得傷及腹板母材，待將腹板就位后將角鋼補(bǔ)齊。

（4）內(nèi)部大筋板的填加，將已經(jīng)解體的大筋板逐件從腹板切開的部位吊裝至支腿內(nèi)部，組裝到位后焊接。

（5）腹板焊縫的焊接，采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，先焊接腹板上下對(duì)接焊縫，焊接完成后進(jìn)行100%UT探傷，探傷合格后再進(jìn)行下一道工序。整個(gè)焊接可由焊工進(jìn)行全位置焊接，為保證探傷質(zhì)量，可以采用雙面焊接的方式，背面打底后正面清根后再焊，采用多層多道焊接，注意層道間的清理及熔合，不得夾雜以影響探傷質(zhì)量。

（6）蓋板切割，切割精確尺寸按需更換上去的蓋板實(shí)際尺寸+5 mm。平直的割縫切割設(shè)備優(yōu)先選用半自動(dòng)切割小車，圓弧彎曲部位由操作人員使用手工切割完成。兩側(cè)蓋板需要分步切割焊接，先將一側(cè)的蓋板切割進(jìn)行更換，焊接完成后再按照同樣方法更換另一塊蓋板。

（7）坡口開制，在起重機(jī)上的蓋板上、下割口處開制單面30°坡口，切割設(shè)備優(yōu)先選用半自動(dòng)切割小車，完成后將坡口位置蓋板兩側(cè)的割渣、油漆等雜物清理干凈，用磨光機(jī)將蓋板內(nèi)外兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)修磨出金屬光澤。

（8）蓋板焊縫的焊接，采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，先焊接蓋板上下對(duì)接焊縫，焊接完成后進(jìn)行100%UT探傷，探傷合格后再焊接蓋板與內(nèi)側(cè)腹板的角焊縫。整個(gè)焊接可由焊工進(jìn)行全位置焊接，為保證探傷質(zhì)量，可以采用雙面焊接的方式，背面打底后正面清根后再焊，采用多層多道焊接，注意層道間的清理及熔合，不得夾雜以影響探傷質(zhì)量。

（9）外側(cè)腹板的更換，參照內(nèi)側(cè)腹板更換步驟和方法執(zhí)行。注意：外側(cè)腹板上有門，切割的短縫較多，門的切割尤其重要，切割的時(shí)候不得傷及門框的母材，門框外側(cè)的包邊先行割除，待腹板更換完成后再?gòu)?fù)原裝焊（圖5）。

3.4 檢驗(yàn)

檢驗(yàn)與修復(fù)工作同步進(jìn)行，每修復(fù)完成一道焊縫需按要求進(jìn)行檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)入下一步的工作。

3.5 其余部件的修復(fù)或復(fù)位

（1）對(duì)剛性支腿修復(fù)部位處的電梯井進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)電梯的正常運(yùn)行。

（2）對(duì)梯子、平臺(tái)、電氣等與維修部位相關(guān)的部件進(jìn)行重新安裝調(diào)整。

3.6 其他

（1）風(fēng)繩、錨定、支撐梁等結(jié)構(gòu)件的拆除。

（2）對(duì)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的車輪同位差等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并檢驗(yàn)。

3.7 涂裝并按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)整機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)

起重機(jī)的試驗(yàn)應(yīng)遵循GB/T 5905—2011規(guī)定的規(guī)范和程序。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)剛性支腿修復(fù)

4 結(jié)束語

大型造船龍門支腿變形因設(shè)備自重大，修復(fù)難度高，此次剛性支腿變形修復(fù)方案的成功實(shí)施，為此類超大型造船龍門的支腿修復(fù)提供了很好的實(shí)踐驗(yàn)證，也為大型造船門機(jī)類似部位的修復(fù)開拓了思路，指引新的方向。