上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 201913
摘 要：针对大型门式起重机立柱型钢结构刚性腿安装，传统吊装装配方法是利用大型起重设备将其分段吊装，存在很多高空作业及耗时耗工问题。文中介绍了一种简易翻转工装，可缩短门式起重机整体总装配时间及使高空作业低空化。经在门式起重机刚性腿的90°翻身吊装实际应用验证，这种简易翻转工装安全实用，设计原理简单易懂，缩减了立柱型钢结构吊装装配工序及提高了装配效率，规避了刚性腿立柱分段空中对接错位的风险，降低了施工人员高空作业强度，使刚性腿制造质量更有保障。可为国内外港机制造、大型船厂等同类制造业中大型起重设备立柱型钢结构翻转吊装装配作业中提供参考和借鉴。
关键词：门式起重机；翻转工装；钢结构；立柱；装配
0 引言
门式起重机（以下简称龙门吊）主要由主梁、刚性腿、柔性腿、行走梁、上下小车总成、行走结构、梯子平台、起升系统、电器配件等部件组成，主体结构主要是钢板焊接的箱形结构。起重设备的大型化导致其设备自身制造和贯穿其中的吊装工艺难度系数也增大。刚性腿作为龙门吊主要支撑构件，主要由箱形钢结构（见图1）构成，至少占整个龙门吊总质量的1/10 左右，质量可达数百吨。大型钢结构的吊装方法主要取决于施工条件、环境因素、设备配置、经济成本等综合条件因素来选择确定，故龙门吊刚性腿都是分段制作，利用现有的单台提升塔架对分段逐个吊装装配焊接，这种方法不仅要塔架全程配合，而且要面对诸多均是高空作业的焊接工序，从而导致人工及设备耗时长，安全风险高，立柱整体焊接质量及形位尺寸较难控制。针对以上问题，本文主要以龙门吊的刚性腿立柱型钢结构翻身装配为实例，介绍了一种简易翻转工装，既可有效保障刚性腿制造质量，还可解决传统刚性腿分段吊装装配中吊装设备资源匮乏、高成本、高风险、装配精度低等问题。
1. 行走机构 2. 刚性腿行走梁 3. 刚性腿立柱 4. 主梁5、6. 上下小车总成 7. 柔性腿
图1 典型龙门吊示意图
1 吊装装配方法
如图2 所示，龙门吊传统吊装的装配工序为：刚性腿行走机构定位→塔架提升刚性腿分段焊接→主梁一端分段与刚性腿焊接（在地面上提前将悬臂提升工装支座安装到位）→在悬臂支座上安装提升液压缸和提升钢铰线→将提升塔架移至柔性腿侧安装→塔架提升柔性腿分段焊接→主梁另一端分段与柔性腿焊接（在地面上提前将悬臂提升工装支座安装到位）→以柔性腿与刚性腿为支撑，整体提升主梁中间段及上下小车总成→主梁中间段到位后，空中对接主梁两端分段。
随着起重设备的大型化，龙门吊传统吊装装配方法已经不适用，经济安全的双塔架提升技术已成为国内龙门吊制造企业的首选。方便、适用、经济的吊装工装可节省资源，降低吊装成本，具有重要意义。为此，在双塔架提升技术提出时，立柱型钢结构简易翻转工装将应运而生。由于翻身可自由活动，使用完成后又可重复利用，节约了制造成本，有很高的经济价值。双塔架提升龙门吊吊装装配工序为：刚性腿上端与主梁铰链联接/下端联接滑移翻转小车组件→柔性腿与主梁铰链联接→两塔架分别在主梁两端安装到位→两塔架同步提升→刚性腿提升到位后安装行走机构→柔性腿联系梁对接→刚性腿与主梁焊接。
图2 龙门吊传统吊装装配图示
2 翻转工装结构及工作原理
2.1 翻转工装结构组成
通过力学分析双塔架提升方案下刚性腿吊装过程中的受力状态来设计龙门吊立柱型钢结构刚性腿翻转工装，该工装主要由2 套联接铰链和2 套滑移翻转小车组件组成，图3 为该翻转工装在作业状态时的装配图，刚性腿上端口通过联接链接与龙门吊主梁连接，刚性腿下端口通过铰轴与滑移翻转小车组件连接。
1）联接铰链整体是由45 号钢材质销轴（D ＝ 149mm）、A709-50-2 材质的铰链板（T ＝ 24 mm）和联接支座（主板T ＝ 30 mm/ 重磅板T ＝ 16 mm）等钢结构组成，单套有135 t 的拉力，适用总提升量范围≤ 270 t 构件。
2）滑移翻转小车组件主要由牵引机构、滑移翻转小车、保护机构等构件组成（见图4）。
1. 主梁 2. 联接铰链 3. 刚性腿示意 4. 滑移翻转小车组件
图3 龙门吊的刚性腿翻转工装图示
3）滑移翻转小车外形尺寸：长× 宽× 高为2.1m×1.3 m×1.8 m，自重约3 t，主要包括车主轴、卡轴板1、牵引拉耳、轮轴、车骨架、车轮、平衡拉耳、卡轴板2 等（见图5）。通过1 根Φ150 mm 车主轴( 受力F ＝ 200 t，材质：45 号钢) 与刚性腿下端支座进行联接，再用2 块卡轴板1 固定车主轴。4 个车轮通过4个Φ120 mm 轮轴（材质：45 号钢）与车骨架（主板厚T ＝ 5 mm，重磅板取t ＝ 20 mm，材质：Q345B，单片设计受力F ＝ 130 t）连接，并用4 块U 形卡轴板2 分别固定轮轴，4 个车轮必须调整在一个平面上，确保作业受力均衡。通过预留2 个牵引拉耳和2 个平衡拉耳与牵引机构、保护机构进行柔性联接。此小车设计上重量轻、结构简单、推举力大（达200 t 的力）、结构稳定性高、使用安装方便等优点。2 套简易滑移翻转小车使用便捷，适用总推举质量范围≤ 400 t 构件，通过轴与刚性腿支座连接、车轮与地面铺设钢板接触（确保滑移翻转小车在运行轨迹内摩擦阻力最小化），将滑移翻转小车产生的推举力传递给翻身钢结构，即可实现立柱型钢结构在翻身过程中的推举作业，又能使装配精度完全满足设计要求。
1. 滑移翻转小车 2. 牵引机构 3. 保护机构
图4 滑移翻转小车翻身工装图示
1. 车主轴 2. 卡轴板1 3、牵引拉耳 4.轮轴5. 车骨架 6. 车轮 7. 平衡拉耳 8. 卡轴板2
图5 滑移翻转小车示意图
4）牵引机构主要包括若干卸扣、2 套钢丝绳、2 台卷扬机等，通过卷扬机给滑移翻转小车赋予前进的驱动力。
5）牵引机构主要包括若干卸扣、2 套钢丝绳、2 台卷扬机，通过卷扬机给滑移翻转小车赋予前进的驱动力。
6）保护机构主要包括若干卸扣、2 套钢丝绳、2 台卷扬机，通过卷扬机保证了滑移翻转小车能在设计的速度内平稳完成翻身作业，赋予牵制牵引机构的平衡力，防止了在钢结构翻身过程中可能出现打滑现象。
图6 牵引/ 保护机构图示
2.2 翻转工装工作原理
钢板翻身利用一种专用卡具插入待翻身钢板通过钢丝绳、卸扣、保护套联合吊梁、吊车一起完成翻身[2]。通过对方法的研究，在立柱型钢结构翻转工装设计中得以深化提升，此套工装设计原理主要就是牵、举、保，由前驱动力和后保护力，简单的安全实现固定锚点转换成可移动化。在龙门吊刚性腿随主梁提升时，通过牵引机构的卷扬机配合滑移翻转小车完成推举动作，其中保护机构的卷扬机保持联动，才能实现钢结构的翻转。
3 工装使用方法
为实现龙门吊的刚性腿立柱型钢结构90º 翻身作业，该工装使用方法如下：
1）龙门吊主梁、刚性腿、塔架转运至装配场地，并按要求固定摆放；
2）刚性腿固定在胎架上，用千斤顶顶刚性腿下端口，高度要适宜滑移翻转小车安装高度；
3）通过车主轴连接刚性腿下端支座和两个滑移翻转小车；
4）在两个滑移翻转小车行进轨迹上铺设钢板，作为行走基础；
5）安装滑移翻转小车工装中的牵引机构和保护机构：在计算出的4 台卷扬机定位位置对其进行固定，且必须注意要布置在刚性腿翻身作业区域外，以避开在吊装作业时构件正下方区域作业情况；再将钢丝绳、卸扣连接卷扬机和滑移翻转小车的牵引拉耳和平衡拉耳。若钢丝绳与刚性腿支撑胎架干涉，则根据吊装现场具体情况分析，可提前拆除部分干涉的支撑胎架。
6）利用塔架提升龙门吊主梁至一定高度（此高度便于对接刚性腿上端支座），并静态观察10 min；
7）在确保安全的前提下，通过联接铰链的销轴将主梁和刚性腿进行柔性连接；
8）在双塔架提升龙门吊主梁时，在一出现刚性腿与支撑胎架脱离状态，静态观察10 min，若无异常情况，拆除刚性腿翻转路径中所有干涉的支撑胎架、千斤顶等其他辅助设备、工具。
9）在双塔架继续提升龙门吊主梁时，牵引机构卷扬机收绳和保护机构卷扬机放绳，应及时调整卷扬机钢丝绳收放速度，保证与塔架对主梁的提升速度同步。
10）到达刚性腿自然垂直位置后，塔架停止提升，拆除滑移翻转小车与刚性腿连接，通过早先安置在柔性腿一侧的钢丝绳和滑轮组将刚性腿调整至与龙门吊主梁对接位置状态，静态观察10 min。
11）在刚性腿下端口垫保险胎架，用千斤顶顶实，刚性腿上端口与主梁进行焊接对接完成后，在确保安全状态下，可拆除刚性腿上端联接铰链。
4 工装使用效果
1）社会效益分析
通过对比双塔架提升龙门吊吊装装配和传统单塔架吊装装配龙门吊两种方案，传统装配方法中采用了一副小型塔架，因受塔架起重载荷及数量限制，安装好刚性腿后，又要移位到柔性腿侧，整个安装周期长，单台安装时间在90 d 左右。双塔架装配方法中钢结构翻身工装的成功应用，不仅使龙门吊整体安装周期大幅缩短、安装风险大幅降低，且在主梁提升过程中，刚性腿和柔性腿均能够匹配其提升速度，使主梁非常平稳的顺利吊装到位。整个安装过程从塔架安装到龙门吊整体安装完成仅需40 d 左右，达到了预期质量的效果（减少了高空整改和补油漆工作），缩短了交货期，更早提供给用户使用投产。
2）经济效益分析
与传统方法（约3 个月，每天约80 人）比较，每台龙门吊节约安装人工约（90-40）×80 ＝ 4 000 工左右，节约汽车起重机使用费用约20 万元，节约塔架使用费用约50 万元（塔架按设备的年折旧的决定折算），合计可节约安装费用约120 万/ 台，经济效益显著。
5 结束语
使用文中所述立柱型钢结构简易翻转工装，在双塔架提升龙门吊吊装装配工序中，可高效保证刚性腿结构行为尺寸和装配质量，有效规避刚性腿分段的高空作业的焊接工序，大大缩减了装配时间成本。而且，此简易翻转工装设计原理简单、制造成本低、非一次性工装，可反复在同类型结构的产品翻身工序中使用，解决了目前因拼装场地匮乏、工期短、劳动力成本的问题。此工装在南通中远800 t 龙门吊吊装装配时得以使用，应用效果良好，对国内外港机制造、大型船厂等同类制造业中大型起重设备立柱型钢结构翻身吊装作业具有借鉴及推广意义。
参考文献
[1] 崔玉华. 超大型箱型主梁结构翻身工装的强度分析[J].港口科技，2016(12)：57.
[2] 陈韶哲，刘九红. 超长超重钢衬制造无吊耳吊装技术研究[J]. 大科技，2017(2)：237，238.
[3] 戴仕敏. 超大直径土压平衡盾构隧道施工关键技术[J].施工技术，2011，40（18）：1-5，17.
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