大型龙门吊刚性腿顶升维修方案研究与应用

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0 引言
门式起重机作为一种重要的物料搬运设备，在造船领域的重要作用日益显现[1]。

随着造船厂年造船能力的提升，龙门吊趋向于大型化设计。

大吨位、大跨度的龙门吊在船厂的优势非常明显，其作业覆盖范围更广，起升重量更大，对缩短造船总组搭载周期有重要意义。

随着龙门吊的规格越来越高，大型龙门吊的防风问题也逐渐凸显，因尺度更大，同等环境下大型龙门吊更容易受到恶劣天气的影响。

本案例龙门吊规格为900 t ×226 m ，梁底距地面高度为80 m ，工作级别为A3。

该龙门吊在完成一次吊装作业后，停车前遭遇突发12级龙卷风，导致龙门扭转，刚性腿行走机构中心相对柔性腿行走机构中心偏移6.5 m ，偏移值远大于设计要求跨度的3‰[2]。

事故发生后，业主委托维修单位对其作修复，方法为用卷扬机将行走机构拉回零位。

该次修复后，专
业单位对龙门吊做了全面检测和负载试验，检测结果符合国家相关标准，随后龙门吊投入正常使用。

在运行一段时间后，刚性腿侧的行走轮出现啃轨现象，日趋严重，车轮和轴承等零件更换周期大幅缩短。

1 状态分析
经测量，该龙门吊在空载状态下，刚性腿鱼尾梁整体向轨道中心线以西偏移。

鱼尾梁南端面结构中心线偏离轨道中心线以西约100 mm ，北端面结构中心线偏离轨道中心线以西约60 mm ，变形趋势为南端结构向西扭曲。

这表明该龙门吊的主梁和刚性腿存在一定角度的塑性扭转变形，此前维修采用的是拉拽行走机构的方法将刚性腿拉回至零位，虽然刚性腿的物理位置复位，但因结构变形产生的应力没有得到释放[1]。

2 维修方案概述
将龙门吊开至锚定点锚固，上、下小车开至柔性腿侧极限位置封固，利用顶升工装将刚性腿顶起。

将刚性腿鱼尾梁与行走机构连接的耳板割除换新，通过拉移的方式将2组行
大型龙门吊刚性腿顶升维修方案研究与应用
夏志亭，韩 亮，张 艺
（招商局邮轮制造有限公司，江苏 海门 226116）
摘 要 ：本文结合900 t 龙门吊遭遇突发12级龙卷风事故，导致刚性腿侧行走轮啃轨的维修工程案例，对刚性腿的状态进行分析，通过顶升刚性腿，纠正鱼尾梁和平衡梁耳板中心线位置，改善刚性腿行走轮啃轨现象。

为提高施工的安全性，对龙门吊的防风能力、鱼尾梁顶升强度作校核，可供类似工程施工参考。

关键词：龙门吊；扭转变形；刚性腿；顶升维修
中图分类号：U445.7 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2020.06.026
［引用格式］夏志亭,韩亮,张艺.大型龙门吊刚性腿顶升维修方案研究与应用[J].船舶物资与市场,2020,(6):56-59.
收稿日期：2020-05-28
作者简介：夏志亭（1984-），男，学士，工程师，研究方向为船舶与海洋工程修造工艺、豪华邮轮智能制造装备。

图1
行走轮磨损图图2 维修方案示意图
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图6 鱼尾梁外板应力图
走机构单元沿轨道拉出解体，分别修复鱼尾梁结构和各级平衡梁，重新排装行走机构，将鱼尾梁和各级平衡梁中心线纠正至轨道中心线位置。

3 主要工艺方案
3.1 防风锚固工艺
从刚性腿附近主梁上表面沿轨道方向牵拉缆风绳，共设8个100 t 拉点，主梁两侧各4个，分别引至地面1000 t 配重锚点，用卷扬机、滑车组收紧缆风绳后固定，缆风绳与地面夹角不大于35°；从主梁上牵拉两根垂直于轨道方向的交叉缆风绳，固定至地面锚点[2]。

3.2 刚性腿顶升工艺
上、下小车处于柔性腿侧极限位置时，考虑龙门吊自身重力和缆风绳牵拉下压力，刚性腿所需的最小顶升力约2800t 。

在刚性腿鱼尾梁下方设2组顶升工装，每组工装包含1个顶升梁、4个500 t 液压油顶、12个支撑块、2个支撑座、若干路基梁、钢板和黄沙。

4 工艺方案校核
4.1 防风能力
龙门吊刚性腿迎风面积为490㎡，重心高度距地面53 m ；主梁迎风面积为1826 m 2，重心高度距地面90 m 。

按11级风考虑，风载计算参数如下：
1）风压p =1000 N/m 2；
2）风力系数：主梁取1.55，刚性腿取1.55；
3）主梁有效迎风面积A 1=1826 m 2，刚性腿有效迎风面积A 2=490 m 2；
图3 防风锚固工艺示意图
图4
顶升工艺示意图
4）风压高度变化系数：主梁取1.9，刚性腿取1.67；风载荷计算公式：
P w =CK h pA ，
其中：p 为计算风压，N/m 2；C 为风力系数；A 为起重机构件垂直于风向的有效迎风面积，m 2；K h 为风压高度变化系数。

总风载荷P w 为主梁风载P 1和刚性腿风载P 2之和，即：P w =P 1+P 2=C 1K h1pS 1+C 2K h 2pS 2=4303 kN+1015 kN=5318 kN ；总力矩M 1=4303×90+1015×53 kN•m=441065 kN•m ；总抗倾力矩M 为自重抗倾力矩M 2和缆风绳束缚力矩M 3
之和，即：
M =M 2+M 3=28000×8.23+4000×Sin55°×95 kN•m =541718 kN•m ＞M 1，即按照上述方式进行锚固，拆除刚性腿行走机构后，龙门吊可以抵抗11级大风。

4.2 鱼尾梁顶升强度
建立鱼尾梁有限元模型，板材材质为Q345B ，加强筋材质为Q235B ，在顶升梁安装位置增加临时加强，材质为Q345B 。

对顶升工装建模参与计算，整体采用细网格模型，网格尺寸 100×100 mm ，鱼尾梁受到的下压力按2500 t 计，鱼尾梁两端每组耳板受到行走机构的下拉力按150 t 计，鱼尾
梁结构位移和应力分布如下：
图5 结构位移分布图
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图7 鱼尾梁内部结构应力图
可以看出，在顶升工装与鱼尾梁立板相交处出现了局部较高应力，最大值为218 MPa ，鱼尾梁内部筋板最大应力为165 MPa ，除上述区域外，鱼尾梁整体应力水平不高。

由此可见，鱼尾梁的结构强度可满足顶升需求。

5 施工步骤
5.1 施工前准备
将龙门吊开至锚定点停车，锁住柔腿侧锚定、锚固装置，将防风配重运至指定位置后烧焊拉耳、布置卷扬机，牵拉缆风绳，将上、下小车开至柔腿侧极限位置后封固。

5.2 测量划线
1）以锚定座中心为基准，在行走机构80 m 范围内找出轨道中心线和垂直于轨道中心线的基准线，将轨道中心线反至鱼尾梁南北两端面，作上标记；
2）在刚性腿附近竖一个标杆，在标杆上设一个基准点K 并作标记；
3）在鱼尾梁两端和两侧划出耳板孔中心上方3 m 等高线，测量记录等高线与基准点K 的高度差。

5.3 拆除行走机构附属构件、夹轨器组件
将行走机构各级平衡梁、销轴、减速机、电源线、润滑油管、桥架等装置编号，拆除行走机构所有驱动电机电源线和油管，放空电缆卷盘内的高压电缆，拆除电缆卷盘和其他附属构件，割除夹轨器组件。

5.4 安装工装
在三级和四级平衡梁上安装支撑工装，每组支撑工装端部横放一段1/4圆弧管，每个圆弧管下放置一个楔木，便于在拉移时扶正行走机构。

在2组行走机构外侧安装卷扬机和滑车组，钢丝绳连接至平衡梁耳孔，将卷扬机底座封固。

在地面顶升工装安装位置铺设黄沙并压实找平，黄沙上铺设钢板和路基梁，依次安装支撑座、支撑块、顶升油缸和顶升梁。

5.5 顶升刚性腿
顶升作业须设专人指挥、操作和监测，在正式顶升前须对
顶升系统进行全面检查，确保各元器件无故障、安装正确。

经单机和联动测试后，油缸同步加压带轻载，监测各个油缸实际行程和传感器度数是否正常，确保各项性能指标稳定可靠后方可开始正式顶升。

顶升作业必须分步操作，先将每个油顶顶升力加至100 t ，观测并记录油顶传感器读数和地基下沉情况，随后每隔10 min 增加100 t 顶升力，加至300 t 后，停顿0.5 h ，再缓慢增加顶升力，直至行走轮与轨道之间出现10 mm 间隙。

用钢垫片将顶升梁和支撑块之间的间隙填充，控制顶升系统同步缓慢泄压，将载荷转移到支撑块上。

顶升到位后，至少通过48 h 地基下沉监测，地基无明显下沉后，方可开展下一步工作。

5.6 拉移行走机构
将鱼尾梁耳板割断，切割缝与拉移方向水平面呈20°左右夹角，防止在拉移过程中耳板残余结构卡住行走单元。

用履带吊勾住四级平衡梁作为保护，启动拉移绞车，分别将2组行走机构向外缓慢拉出。

拉移过程中每个支撑工装附近处安排值守人员，观察行走机构倾斜情况并打紧木楔，增强行走机构在拉移过程中的稳性[3]。

5.7 行走机构解体、检修、排装
行走机构拉出后在原地解体，利用假轴和撞锤从上至下逐级拆除平衡梁耳板销轴。

将各级平衡梁运至车间内检测，对精度超差的平衡梁结构进行火工矫正或换板处理，对扭曲严重的耳板换新、重新镗孔。

所有平衡梁修复完成后，在车间内排装，确保各级平衡梁中心线偏差值在原设计范围内，主要步骤如下：
1) 在车间地坪上设置轨道工装，以槽钢为宜，调整好直线度、水平度后固定，在轨道工装上划出车轮面中心参考线；
2) 将行走机构单元的台车组按编号依次吊至轨道工装上并用斜撑固定，调整台车组姿态，使车轮垂直于轨道工装接触面；
3) 调整台车组水平位置，使每组车轮中心线至轨道工装参考线距离相等，同一台车架上的车轮中心线同位差、不同台车架上任意相邻的两个/三个及以上车轮中心线同位差调整至原设计要求值范围内；
4) 将8个一级平衡梁依次装配至各组台车组上，安装台车架与平衡梁之间的哈弗，在平衡梁两侧安装防倾支撑，测量并调整平衡梁结构中心线与轨道工装参考线距离，使平衡梁结构中心线与车轮中心线重合；
5) 按上述方法依次安装二、三、四级平衡梁，用撞锤安装平衡梁销轴。

每安装完一级平衡梁后都须测量和调整平衡梁结构中心线和轨道工装参考线的距离。

5.8 修正鱼尾梁结构
刚性腿顶升后，使鱼尾梁尽可能处于自由状态，测量鱼尾梁结构两端的偏移值B 1、B 2。

从几何关系得出两端跨内外板的修割值C 1、C 2，根据C 1、C 2值对鱼尾梁进行开刀，将箱
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图8
鱼尾梁结构修正示意图
4）镗孔阶段：对两组耳板进行镗孔，为减小环境影响，两组耳板的镗孔作业必须在同等气温、日照条件下进行。

5.10 回装行走机构、附属构件
行走机构回装过程与拆除过程相似，安装好防护工装和拉移工装，将行走机构拉回至初始位置，分别将2组行走机构顶起，安装鱼尾梁耳板销轴。

行走机构安装到位后，将本次维修拆除的附属构件复原，整机试车，完成修理。

6 结语
通过此方案纠正鱼尾梁和行走机构耳板中心线的位置，完成900 t 龙门吊刚性腿鱼尾梁和行走机构的修理，改善行走轮啃轨情况，效果非常明显。

本方案的可靠性已得到施工验证，具有实施周期短、投入成本低的优点，积累了大型龙门吊刚
性腿顶升维修的经验，对同类维修工程有一定的指导意义。

图10 现场施工图
图9
鱼尾梁耳板安装图
型结构的上下底板、内立板三面割开，立板开缝位置与上、下面板板缝错开200 mm 。

外立板仅将筋板割开，割除图8所示阴影范围内结构。

在Q 点位置对外立板高度范围内火工加热，用机械拉马将鱼尾梁两端结构向刚性腿中心牵拉，调整鱼尾梁两端耳板安装基准点P 的位置，使基准点P 与轨道中心线重合。

5.9 更换鱼尾梁耳板
1）割除耳板残余结构：沿鱼尾梁原耳板焊缝将耳板残余结构割除。

2）制作新耳板：预留耳板与鱼尾梁对接边补偿量和轴孔加工量，用支撑工装将每组耳板预拼固定，控制好耳板间距D ，开设过渡坡口。

3）回装耳板：以P 点为基准安装耳板，使每组耳板中心与P 点的连线与轨道中心线重合，参考3 m 等高线和K 点调整耳板水平度和H 值，按原设计值调整南北两组耳板中心间距L ，将耳板安装到位。

参考文献：
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[2]国家质量监督检验检疫总局.起重机设计规范（GB/T3811-2008）[S].北京:中国标准出版社.2008.
[3]董达善.起重机械金属结构[M].上海:上海交通大学出版社,2011.。