李振朋,趙華建,張玉光,張文鑫,張泗森
(國投曹妃甸港口有限公司,河北唐山 063210)
某港續(xù)建工程配置的裝船機(jī)在2012年投入使用,設(shè)計額定能力為6500 t/h,瞬時最大能力為7250 t/h。SL8裝船機(jī)是一臺回轉(zhuǎn)臂架裝船機(jī),其臂架的俯仰動作由2根大型液壓缸驅(qū)動。SL8是使用頻率最高的裝船機(jī),其作業(yè)量占到續(xù)建工程裝船量的40%以上。在設(shè)備專項檢查過程中,發(fā)現(xiàn)其中1根俯仰油缸有泄漏油情況,且通過詳細(xì)多次的測壓和觀察,確定液壓缸內(nèi)部有泄壓的情況,臂架伸到前端時有緩慢下沉情況,在作業(yè)過程中存在撞擊船舶的巨大風(fēng)險,急需更換。
在深入分析臂架俯仰機(jī)構(gòu)的原理后發(fā)現(xiàn),如果俯仰液壓系統(tǒng)有泄漏情況,那么油缸就無法使臂架保持在固定的俯仰位置[1]。詳細(xì)檢查裝船機(jī)俯仰液壓系統(tǒng)的外接管路和各閥塊均無泄漏,因此判斷系統(tǒng)內(nèi)泄是導(dǎo)致臂架下沉的主要原因。
為了確定是管路上的液壓鎖內(nèi)泄還是油缸內(nèi)泄,使用壓力表進(jìn)行測量。將2個壓力表接在油缸測壓點6H(無桿腔)和6I(有桿腔)上,在液壓鎖之前(圖1)。讓臂架做俯仰動作,下俯過程中測得6H點壓強為7 MPa,6I點壓強為15 MPa;下俯停止后,立即將截止閥53A關(guān)死(以便單獨檢測油缸A),6I點壓強從15 MPa以較慢的速度(1 MPa/min)下降到9 MPa并保持穩(wěn)定,6H點壓強由7 MPa上漲到9 MPa并保持穩(wěn)定,所以判斷是油缸A內(nèi)泄。
圖1 俯仰液壓系統(tǒng)油缸部分工作原理
為確定是1根油缸還是2根油缸內(nèi)泄,需要繼續(xù)按上述方式檢測,判斷油缸B無內(nèi)泄。由于兩油缸的無桿腔由1個油管連接,單根油缸內(nèi)泄后,另1根油缸也起不到支撐臂架的作用,所以臂架會下沉。
找出了臂架下沉的原因和內(nèi)泄的油缸,為徹底解決問題,需要更換內(nèi)泄的油缸。俯仰油缸最短長度超過9.5 m,重量約13 t,安裝在裝船機(jī)的頂部位置,距地面約為45 m左右,施工空間狹窄,更換難度和風(fēng)險都很大;且臂架尾部配重較大,擔(dān)心貿(mào)然拆下油缸后,會影響整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
聯(lián)系裝船機(jī)主機(jī)廠,更換油缸要40萬左右的方案費和維修費,且吊車設(shè)備需要港方提供,更換1根油缸的費用會達(dá)到60萬左右。聯(lián)系外部專業(yè)維修隊伍,但沒人敢于接受,因為這種安裝在高空的大型油缸更換在國內(nèi)同類港口中尚屬首次,沒有成熟的維修經(jīng)驗可以借鑒參考。
為了保障設(shè)備安全和生產(chǎn)的順利開展,制定出符合現(xiàn)場實際的更換工藝方案,并且安全順利地將損壞的油缸換下。通過查閱廠家提供的液壓系統(tǒng)說明書和相應(yīng)的竣工圖紙,發(fā)現(xiàn)裝船機(jī)臂架設(shè)計有單缸俯仰模式,因此可以確定拆除一根油缸不會對整機(jī)的穩(wěn)定性和安全性造成影響,結(jié)合竣工圖紙中的維修拉桿設(shè)計,可以定性地確認(rèn)裝船機(jī)在臂架縮到后極限時尾部配重質(zhì)量大,臂架整體有上升的趨勢。
為了確保在拆除1根油缸后維修拉桿能提供有效保護(hù),進(jìn)行計算。根據(jù)現(xiàn)場實測油缸壓強,在臂架縮到后限位時做臂架俯仰動作,臂架俯仰向下時測得油缸有桿腔壓力19 MPa,無桿腔壓力9 MPa,停止后壓力分別為15 MPa和7 MPa,有桿腔面積為786 cm2,無桿腔面積為1590 cm2。
根據(jù)壓力計算公式F=PS可以得到油缸對外界提供的力的公式為:F油缸=2(F無桿-F有桿);其中F無桿=P無桿S無桿,F(xiàn)有桿=P有桿S有桿。當(dāng)F油缸為正值時,油缸對擺動架(即臂架配重)提供推力,支撐配重;當(dāng)F油缸為負(fù)值時,油缸對擺動架提供拉力,拉住配重,防止配重下落、臂架上升。
將測得的油缸壓力數(shù)值和油缸面積帶入上述公式,計算得出F油缸=-125 kN(動作時)、F油缸=-132 kN(停止時)。計算數(shù)據(jù)與定性分析一致,說明在臂架歸零狀態(tài)時,尾部配重比臂架重。
為確保安全,選取數(shù)值大的進(jìn)行安全性驗證。按照安裝圖紙中維修拉桿與俯仰油缸的尺寸圖可以查閱到:維修拉桿對配重的力臂是油缸對配重力臂的1.875倍。油缸對配重的拉力為132 kN,可以推導(dǎo)出當(dāng)俯仰油缸拆除后,修拉桿所受到的拉力為70.4 kN,分到每根拉桿上的拉力為35.2 kN。
分析維修拉桿的設(shè)計形式和連接方式,找出了維修拉桿的薄弱點,分別為拉桿耳板和拉桿銷軸:拉桿耳板受到拉力而斷裂,銷軸受到剪切力而剪斷。圖紙上面沒有標(biāo)注耳板的尺寸,現(xiàn)場實測其厚度為10 mm,最窄處為200 mm,單個耳板截面積為2000 mm2,總截面積為4000 mm2;銷軸直徑D=88 mm,截面積為6079 mm2。根據(jù)應(yīng)力計算公式P=F/S可以計算出:拉應(yīng)力P拉=8.8 MPa,剪應(yīng)力P剪=5.79 MPa。
維修拉桿和銷軸的材料為SS400,對應(yīng)國標(biāo)Q235鋼材,查閱其屈服強度不低于235 MPa,剪切許用應(yīng)力為0.6~0.8倍屈服強度,取最小值為141 MPa,均遠(yuǎn)大于上述計算出的數(shù)值,證明維修拉桿的安全性足夠。
通過驗算和圖紙資料確定了維修的安全性,參考已有的取料機(jī)俯仰油缸更換方案制定出如下的工藝方案,并邀請公司內(nèi)部專家和外部專家進(jìn)行了詳細(xì)的論證。
(1)將維修拉桿松下后調(diào)整臂架俯仰角度將拉桿與底座連接好,兩側(cè)拉桿均連接好后,升臂架至拉桿平直且不受力的狀態(tài),利用維修拉桿為臂架提供額外保護(hù),提高維修過程的安全系數(shù)。
(2)關(guān)閉油缸B的上下截至閥43D和44D,關(guān)閉油缸B與油缸A無桿腔聯(lián)通的截止閥53B,確保油缸B獨立起到支撐臂架和配重的作用。
(3)如圖2所示,將油缸A閥塊上的截止閥47A、49A打開,使得上下腔互相聯(lián)通并接通油箱,使油缸中的壓力油回歸油箱,使得油缸A對上下鉸點的作用力為零,即確保安全又有利于鉸點軸的拆卸。
圖2 油缸閥塊上截止閥位置
(4)為更換油缸安裝適合的維修平臺,拆卸內(nèi)泄油缸后安裝新油缸,將油缸無桿腔端銷軸裝入底座,接好之前拆除的管路和限位開關(guān),就地操作油缸做伸縮動作,為新油缸沖油排氣,然后用手動泵調(diào)整有桿腔端位置,以便順利安裝完油缸。
(5)新油缸安裝完成后,解開維修拉桿,打開關(guān)閉的截止閥43D、44D和53A,關(guān)閉截止閥47A、49A后,讓裝船機(jī)臂架在正常范圍內(nèi)做俯仰動作,徹底排凈油液中的空氣。檢查油箱油位,及時進(jìn)行補充,全面檢測液壓系統(tǒng)參數(shù),如油缸壓力、泵的排量、泵的聲響和振動等,確保一切正常。
油缸更換工藝方案已制定,前期計算、實驗等準(zhǔn)備工作已完成,與生產(chǎn)業(yè)務(wù)部溝通協(xié)調(diào)SL8停機(jī)時間事項也有了答復(fù),停機(jī)日期確定,工期預(yù)計8 d。裝船機(jī)俯仰油缸更換步驟如下:
(1)將大機(jī)停到最東側(cè)210泊位位置,并將大臂放平,連接維修拉桿并安裝油缸的維修平臺和防護(hù)欄。
(2)關(guān)閉完好油缸B上相應(yīng)的截止閥、打開待換油缸A上的截止閥后,將油缸A的上鉸點銷軸拆出、使缸桿縮到底部,用300 t吊車和10 t手拉葫蘆等將油缸吊裝住,開始拆卸下端鉸點銷軸。
(3)油缸下銷軸拆出后,拆除手拉葫蘆等輔助工具,并清理吊裝區(qū)域的人員及雜物,將油缸從鋼結(jié)構(gòu)縫隙中吊出,妥善放置在地面上,并將新油缸吊入原位。
(4)重新掛裝手拉葫蘆,將油缸下鉸點調(diào)整到底座支架處,安裝好下銷軸,然后松開吊車吊鉤,靠手拉葫蘆調(diào)整角度同時啟動液壓泵,使油缸上鉸點進(jìn)入到上底座處,停止液壓泵,靠手動泵微調(diào),將上銷軸安裝好。
(5)新油缸安裝好后,將維修平臺拆除并解開維修拉桿,聯(lián)系人員收拾好維修工具并撤到安全區(qū)域后,聯(lián)系裝船機(jī)在作業(yè)角度時做臂架俯仰動作,徹底排凈油液中的空氣,同時補充了兩桶液壓油,防止缺油。
為保證本次俯仰油缸更換工作安全有序進(jìn)行,公司領(lǐng)導(dǎo)多次到場檢查指導(dǎo)工作,部門負(fù)責(zé)人全程跟進(jìn),多名技術(shù)員和安全人員在現(xiàn)場盯控安全、技術(shù)細(xì)節(jié),根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調(diào)整維修工序,確保油缸更換工作安全高效。俯仰油缸更換的工藝方案科學(xué)合理,部門高度重視,維修隊伍安全施工,順利將新油缸安裝到位并調(diào)試完畢,在預(yù)定的時間內(nèi)順利完成了維修工作。
此次裝船機(jī)俯仰油缸的更換工作使用了300 t吊車吊裝油缸,吊裝高度在60 m以上,難度和風(fēng)險極大,是國內(nèi)首次在高空更換這種大型油缸,增強了公司的維修技術(shù)能力,為公司積累了相應(yīng)的技術(shù)底蘊,也為同類型港口提供了成熟的技術(shù)經(jīng)驗。