姬志超

（河北港口集團(tuán)港口機(jī)械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

懸臂式堆料機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)由油缸、鉸點(diǎn)、拉桿組成，俯仰鉸點(diǎn)位于懸臂根部，連接著設(shè)備主體和懸臂，其安全性與可靠性對(duì)整臺(tái)設(shè)備至關(guān)重要。俯仰鉸點(diǎn)在長(zhǎng)時(shí)間的工作過(guò)程中一直處于交變載荷的作用下，由此導(dǎo)致的軸承材料疲勞損壞故障比較常見(jiàn)，表現(xiàn)形式一般包括整機(jī)振動(dòng)、噪聲等，給設(shè)備造成較大的安全隱患，嚴(yán)重的將導(dǎo)致銷軸斷裂甚至造成人身傷亡、設(shè)備損毀事故。港口裝卸設(shè)備通常為大型設(shè)備，這些設(shè)備的維修具有一定難度。為順利排除故障，需制定科學(xué)合理的具有可行性的施工工藝。

以滄州某港口懸臂式堆料機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)故障為例，該設(shè)備在俯仰過(guò)程中兩鉸點(diǎn)均存在強(qiáng)烈異響，伴隨鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)，判斷為鉸點(diǎn)軸承研磨損壞，需要對(duì)兩鉸點(diǎn)的軸承和銷軸進(jìn)行更換。原結(jié)構(gòu)更換軸承不便，軸承無(wú)法直接取出，需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造方能將軸承拆除。修復(fù)懸臂式堆料機(jī)俯仰鉸點(diǎn)主要有3 個(gè)要點(diǎn)：①卸載鉸點(diǎn)承擔(dān)的荷載，這涉及到頂升點(diǎn)位置的選擇和對(duì)該位置堆料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核；②頂升胎具需要有可靠的結(jié)構(gòu)及足夠的強(qiáng)度，以保證能夠順利安全地取出鉸點(diǎn)軸及軸承；③制定完善的施工方案以保證鉸點(diǎn)維修過(guò)程的安全與高效。

1 懸臂式堆料機(jī)的俯仰鉸點(diǎn)

以滄州某港口懸臂式堆料機(jī)為例，該設(shè)備俯仰機(jī)構(gòu)如圖1 所示。該臂式堆料機(jī)的俯仰鉸點(diǎn)分別由人字架上1 個(gè)耳板、關(guān)節(jié)軸承、軸承壓蓋、平衡臂上2 個(gè)耳板、鉸點(diǎn)軸和卡軸板組成。此結(jié)構(gòu)更換軸承不方便，軸承無(wú)法直接拆除，需更改此處鋼結(jié)構(gòu)或?qū)⑵胶獗鄱屙斊鸶叱鲩T架耳板讓出更換軸承空間，方能將軸承拆除。

圖1 某懸臂式堆料機(jī)的俯仰鉸點(diǎn)

2 施工工藝

2.1 總體方案

原始結(jié)構(gòu)下更換鉸點(diǎn)軸、軸承，需要對(duì)堆料機(jī)上層結(jié)構(gòu)抬升600 mm，危險(xiǎn)性較大，故采用切除一個(gè)平衡臂耳板的方案，切除平衡臂耳板后對(duì)該處結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，方便以后此處鉸點(diǎn)的維護(hù)。新結(jié)構(gòu)如圖2 所示，割開(kāi)耳板后制作法蘭和新耳板，新耳板與原臂架耳板焊接處理。將原軸承更換為SKF 品牌的自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承。更換完軸承后將新做法蘭與新耳板螺栓連接，法蘭的內(nèi)外徑參照軸徑與鋼套內(nèi)徑而定，方便以后更換關(guān)節(jié)軸承。

圖2 改造后的俯仰鉸點(diǎn)

拆卸鉸點(diǎn)軸及軸承完成鉸點(diǎn)修復(fù)，需要對(duì)平衡臂進(jìn)行支撐，完成鉸點(diǎn)卸荷，初步確定堆料機(jī)的頂升位置如圖3 所示。頂升點(diǎn)的選擇主要基于2 方面考慮：①頂升點(diǎn)位置應(yīng)盡量位于俯仰鉸點(diǎn)正下方，這樣既可以降低卸載載荷，又可以確保維修過(guò)程中臂架系統(tǒng)的穩(wěn)定性；②保證維修工裝支撐位置鋼結(jié)構(gòu)的承載強(qiáng)度。

圖3 堆料機(jī)的頂升位置

2.2 頂升位置鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

頂升點(diǎn)位置的箱型梁板截面如圖4 所示。

圖4 頂升點(diǎn)處內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)截面

頂升力計(jì)算：

式中 σ——支頂位置箱型梁所受的應(yīng)力，MPa

M——臂架重量的1/2，kg；M=1.76×105kg

S——支頂位置箱型梁鋼結(jié)構(gòu)截面積，mm2；S=369 600 mm2

計(jì)算得到：σ=47.6 MPa。

大機(jī)鋼結(jié)構(gòu)選用的材料為Q235，許用應(yīng)力［σ］=113 MPa，σ＜［σ］，頂升點(diǎn)位置堆料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

2.3 工裝設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核

堆料機(jī)臂架系統(tǒng)總重353.4 t，對(duì)單側(cè)俯仰鉸點(diǎn)卸荷，至少需要約176.7 t，對(duì)維修工裝扁擔(dān)梁進(jìn)行有限元分析，如圖5、圖6 所示。從圖5可以看出，扁擔(dān)梁鋼結(jié)構(gòu)受到的最大應(yīng)力為86 MPa，低于鋼材許用強(qiáng)度。從圖6 可以看出，扁擔(dān)梁結(jié)構(gòu)最大變形為1.3 mm，可以忽略。由此可見(jiàn)，扁擔(dān)梁的設(shè)計(jì)滿足使用強(qiáng)度要求。

圖5 扁擔(dān)梁應(yīng)力云圖

圖6 扁擔(dān)梁位移云圖

3 作業(yè)流程

（1）頂升平衡臂。拆除平衡臂鉸點(diǎn)部位影響頂升操作的附屬部件，平衡臂鉸點(diǎn)頂升位置下方放置頂升工裝，放置300 t 油鎬支撐（現(xiàn)場(chǎng)檢查支撐工裝下方梁的強(qiáng)度，必要時(shí)做加固處理）。300 t 千斤頂頂撐平衡臂，調(diào)整頂升力150～200 t 或略高于200 t。人字架上放置縱向向后調(diào)整液壓千斤頂100 t，調(diào)整頂升力30～50 t。拆除軸端擋板，鉸點(diǎn)內(nèi)側(cè)焊接鉸點(diǎn)頂出鎬座，安放200 t千斤頂，與300 t、100 t 千斤頂同時(shí)試頂。鉸點(diǎn)軸松動(dòng)后，焊接工裝將人字架和平衡臂牢固封住。300 t 油鎬支撐工裝上下用厚板封住。在平衡臂兩耳板之間用型材焊接連接，防止在頂鉸點(diǎn)軸時(shí)耳板因強(qiáng)度不足而變形。

（2）切割平衡臂外側(cè)耳板。對(duì)俯仰鉸點(diǎn)中心定位，以定位點(diǎn)為中心，畫(huà)Φ650 mm 圓，使用氧乙炔氣割在大臂外側(cè)耳板開(kāi)孔，開(kāi)孔完成后取出鋼套。

（3）拆除銷軸及軸承。拆除銷軸上卡軸板及軸端擋板，于鉸點(diǎn)內(nèi)側(cè)焊接油鎬座，架設(shè)油鎬拆除鉸點(diǎn)軸及軸承。

（4）清理軸承座孔，安裝軸承。確認(rèn)臂架耳板割口尺寸，開(kāi)出坡口，打磨清理坡口氧化皮。軸承座用砂布清理，刮痕處用直磨機(jī)打磨平整，去除毛刺、鐵銹，涂油。用內(nèi)徑千分尺測(cè)量耳板內(nèi)徑尺寸Φ370（H7/f8）mm 處的配合公差。確認(rèn)后，安裝自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承，用2 根銅棒錘擊安裝到位，安裝軸承定位套、油封，壓蓋。

（5）安裝銷軸、耳板鋼套、法蘭，焊接鋼套。將新銷軸穿入軸承內(nèi)孔，配合使用油鎬，將銷軸從內(nèi)側(cè)耳板穿出，安裝定位套、卡軸板。將連接好的鋼套法蘭套到銷軸上，安裝卡軸板，焊接鋼套。焊接時(shí)注意先進(jìn)行定位焊接，分層均勻焊接，單面焊要雙面成型，熔透焊，達(dá)到GBII 級(jí)焊縫要求。打磨干凈鉸點(diǎn)處割除和焊接部位。

（6）同樣方法拆裝焊接另一側(cè)鉸點(diǎn)。注意，待到一側(cè)耳板鋼套焊接探傷合格后拆裝另一側(cè)耳板。

（7）拆除工裝、試車。修復(fù)完成后恢復(fù)臂架集中潤(rùn)滑、梯子、平臺(tái)等附屬部件，拆除臨時(shí)工裝、支架等設(shè)施，清理現(xiàn)場(chǎng)。臂架俯仰試車，無(wú)振動(dòng)、異響。

4 結(jié)論

（1）對(duì)維修工裝在負(fù)載狀態(tài)下受力的有限元分析和堆料機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，保證了維修方案的可靠性與安全性。

（2）本方案僅動(dòng)用25 t 吊車1 輛，除鉸點(diǎn)位置鋼結(jié)構(gòu)未對(duì)其他位置結(jié)構(gòu)施工，最終施工工期共5 d，降低了施工強(qiáng)度及難度。

（3）在設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間使用中，鉸點(diǎn)故障極為常見(jiàn)，而本次改造后，將大大方便此設(shè)備的俯仰鉸點(diǎn)的維修。

而且此工藝在同類設(shè)備維修、改造中具有一定的通用性，適用于港口堆料機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)維修。