一種V形輥道支撐設(shè)計(jì)應(yīng)用

張 耀 ，汪春標(biāo) ，李 林 ，李 思 ，趙 秀

（1.海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520；2.山東建設(shè)建工集團(tuán)公司，山東青島 266520）

1 研究背景

海洋工程建造領(lǐng)域的鋼結(jié)構(gòu)管（包括大型深水鋼結(jié)構(gòu)物的主導(dǎo)管、鋼樁、拉筋等）在陸地建造過程中均由鋼板經(jīng)過劃線、切割下料、卷制成管、縱縫組對焊接、環(huán)縫組對焊接等工序進(jìn)行接長完成，整個(gè)工序在施工車間呈流水作業(yè)狀態(tài)。

鋼結(jié)構(gòu)管因管徑大、長度長、噸位重，在預(yù)制建造過程中需用輥道輸送（圖1）。輥道是制管工作的核心設(shè)備，是將單節(jié)管段組對拼接成長管段的專用設(shè)備，具備對結(jié)構(gòu)管進(jìn)行輸送、提升、組對和旋轉(zhuǎn)等多種功能，其運(yùn)行情況很大程度上影響到車間的生產(chǎn)效率和整個(gè)工藝流程的連續(xù)性[1]。

輥道按功能分為3種，即組對輥道、焊接輥道和輸送輥道：組對輥道能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)管的提升、傾斜（即上撬和下撬）和平移，以便調(diào)整管段接口對接位置（圖1）；焊接軌道的兩側(cè)設(shè)置有對稱分布且間距可調(diào)的輥輪，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)管的轉(zhuǎn)動(dòng)，便于利用自動(dòng)焊接設(shè)備對結(jié)構(gòu)管進(jìn)行焊接；輸送輥道是由一系列高度相同且呈直線布置的V形輥裝置組成，能夠?qū)⒔娱L后的結(jié)構(gòu)管輸送出車間以便進(jìn)行場地接長或裝船出海。

2 鋼管輸送輥道的使用現(xiàn)狀和問題

海洋石油工程（青島）有限公司所承接的導(dǎo)管架及組塊項(xiàng)目的制管作業(yè)中，涉及大管徑、大壁厚的結(jié)構(gòu)管數(shù)量巨大，且制管作業(yè)施工周期長、強(qiáng)度大，導(dǎo)致輥道一直處于滿負(fù)荷作業(yè)狀態(tài)，從而使輥道的維修頻率增加。輥道在傳送過程中，輥道軸會(huì)由于管段的變徑或變壁厚等原因而受到較大局部沖擊力。另外，在起重吊裝過程中造成的管端傾倒，也會(huì)對輥軸產(chǎn)生重壓，導(dǎo)致輥軸斷裂（圖2），進(jìn)而造成施工中斷。特別是一些深水項(xiàng)目的導(dǎo)管及立柱，其外徑規(guī)格不統(tǒng)一，存在錐形過渡管及變壁厚的情況，對現(xiàn)有的輥道支撐的強(qiáng)度有了更高的要求。

圖1 結(jié)構(gòu)管在組對輥道上進(jìn)行組對接長

為了保證輥軸不因承重過大而變形或斷裂，需對管段接長長度和噸位進(jìn)行限制，將管段分成小段，運(yùn)輸至場地進(jìn)行二次接長，這樣不僅增加了工序、延長了施工周期，還要占用吊裝資源，投入了更大的人力物力，且施工質(zhì)量不易保證。

圖2 輥軸斷裂

3 V形輥支撐的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案1

本方案是在V形輥中間連接軸下部設(shè)置了半圓弧面支撐（圖3）：弧面支撐表面是一層銅軸套，軸套與V形輥中間連接軸留有一定間隙并涂上潤滑脂。不受力情況下，V形輥與支撐并不直接接觸，可以避免摩擦磨損，當(dāng)V形輥因承載結(jié)構(gòu)管而受壓變形時(shí)，弧面支撐可以防止V形輥?zhàn)冃芜^大或斷裂，同時(shí)間隙內(nèi)的潤滑脂可在一定程度上減少機(jī)械磨損、防止金屬腐蝕，從而增強(qiáng)V形輥的平穩(wěn)性和可靠性，延長V形輥的使用壽命。

3.2 設(shè)計(jì)方案2

本方案V形輥支撐選用了高強(qiáng)度和韌性的42CrMo合金進(jìn)行整體鍛造，具備較強(qiáng)的抗瞬間沖擊能力。整個(gè)裝置由基座、安裝在基座內(nèi)部的數(shù)個(gè)楔塊、安裝在楔塊上部的調(diào)節(jié)支撐座及可調(diào)節(jié)支撐座高度的調(diào)整螺釘所構(gòu)成：基座為方形框架，上端開口，其余各面封閉，2個(gè)相對側(cè)面各設(shè)有調(diào)整螺釘?shù)拇┤肟祝徽{(diào)節(jié)支撐座為U形面結(jié)構(gòu)，其中3個(gè)面上各設(shè)有一孔，孔內(nèi)放置支撐墊片并設(shè)有注油道（為接頭式壓注油杯）。支撐墊片為弧形且為點(diǎn)支撐，由含油尼龍材料制成，與V形輥垂直相交。楔塊為三角形，且大頭為上、下疊加放置。

圖3 設(shè)計(jì)方案1

工作原理：通過對內(nèi)部2個(gè)楔塊的相對水平移動(dòng)來調(diào)節(jié)支撐座上尼龍圓柱與V形輥的接觸間隙（圖4）。尼龍圓柱為接觸面，可有效減少摩擦阻力。尼龍材料為澆鑄的含油尼龍，以鑲嵌的形式安裝在支撐底座，便于更換?；惭b在V形輥下方的平臺，利用調(diào)整螺栓調(diào)整接觸面的間隙調(diào)整到1.5 mm以內(nèi)。使用前可以用黃油嘴將潤滑脂加注到尼龍支撐圓柱中間，實(shí)現(xiàn)潤滑。傳送管件時(shí)，V形輥受到?jīng)_擊載荷變形超過1.5 mm時(shí)，V形輥支撐便可起到有效的承托作用。由于接觸面含油尼龍和潤滑脂的作用，摩擦系數(shù)低，不會(huì)造成V形輥卡死和磨損現(xiàn)象，當(dāng)支撐柱磨損間隙過大時(shí)，可以調(diào)整楔塊恢復(fù)間隙的正常值。

圖4 設(shè)計(jì)方案2

該裝置可以調(diào)節(jié)支撐高度、及時(shí)補(bǔ)償磨損間隙的V型輥，從力學(xué)結(jié)構(gòu)上解決瞬間沖擊過載的問題，當(dāng)V形輥受到較大沖擊載荷時(shí)，可以得到下部的有效支撐，能避免斷裂發(fā)生，有效提高V形輥的使用壽命。

4 V形輥支撐的應(yīng)用與效果

制作上述2種V形輥支撐并應(yīng)用，安裝支撐后的V形輥經(jīng)過2年多的使用沒有出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象（圖5、圖6）。改造前，項(xiàng)目進(jìn)行導(dǎo)管和鋼樁接長時(shí)，生產(chǎn)線V形輥每年需要更換10根左右。單根V形輥的價(jià)格約3萬元人民幣，改造后V形輥支撐可提高V形輥使用壽命，大大降低V形輥維修率，節(jié)省維修成本。

對比2種設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)場使用效果，在使用一段時(shí)間后方案1中的V形輥支撐與連接軸的間隙不斷變大，支撐效果逐漸變差；而方案2可以通過調(diào)節(jié)支撐高度、及時(shí)補(bǔ)償磨損間隙，支撐效果依然較好。

圖5 設(shè)計(jì)方案1應(yīng)用現(xiàn)場

圖6 設(shè)計(jì)方案2現(xiàn)場應(yīng)用

5 結(jié)語

在V形輥承壓時(shí)，V形輥支撐能對其提供有效支撐，解決了V形輥無法傳送噸位較大結(jié)構(gòu)管的問題，生產(chǎn)效率大大提高，同時(shí)降低了V形輥的維修率和維修成本。方案2設(shè)計(jì)的V形輥支撐因可以調(diào)節(jié)支撐高度、及時(shí)補(bǔ)償磨損間隙，長期使用時(shí)效果更好。