QY027造船門座起重機臂架維修

莊玉洋，錢紅飆，洪 波，蘇樂德，于業超，杜慶升，孫紹琳

（1.大連船舶重工集團有限公司，遼寧 大連116000；2.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧 大連116025）

0 概述

在對大型門座起重機臂架鋼結構進行維修時，為避免過度維修、無效維修的現象，目前，國內外通常的作法都是先對損壞的結構區域，進行受力和變形狀況的理論分析，再根據計算結果來指導維修工藝的設計。

本文將以某船舶集團一臺QY027（25t×42m）造船門座起重機臂架維修方案設計過程進行闡述。從結構受力分析入手，配合工藝條件，來制定了相應的臂架維修改造方案。通過維修實踐證明本文所用的理論方法是正確、可靠的。

1 臂架腐蝕情況

某船舶集團一臺QY027造船門座起重機，在進行臂架結構檢查時發現：在臂架中部距底部鉸點約21.5 m處的直腹桿腐蝕嚴重，該直腹桿的中部出現腐蝕洞，長度約150 m，下端與主弦桿連接處已變形且連接焊縫處形成約100 m長的裂紋，具體形式如圖1所示。

圖1 臂架腐蝕情況

從檢查結果來看，受腐蝕的直腹桿已基本失去維修價值，符合GB/T6067.1-2010《起重機械安全規程第1部分總則》規定的結構件報廢標準[1]。且直腹桿下端產生變形和裂紋區域是在主弦桿處，如不及時維修，裂紋將有可能擴展到主弦桿上，造成更加嚴重的危害。

2 結構受力分析與校核

臂架整體受力形式可視為懸臂梁形式（見圖2），腐蝕嚴重的直腹桿處于臂架中間部位，結構受力后彈性變形較大，因此，在制定修復方案前，需對臂架維修部位進行受力分析，以保證后序施工的安全及維修質量，并提高臂架維修的有效性和可靠性。

圖2 整機結構形式

2.1 設備描述

QY027（25t）門座起重機是船廠于1988年設計建造的，從結構形式上描述，屬于杠桿滑輪組鋼絲繩補償的單臂架圓筒門架式門座起重機，該機具有變幅過程中吊鉤的位移軌跡近似水平線的特點。變幅結構采用螺桿螺母傳動形式。

該機主要結構分為臂架、對重拉桿、對重平衡梁、上轉柱、轉盤和門架等。表1是QY027（25t）門座起重機技術性能表。整機結構形式如圖3所示。

表1 QY027（25t）門座起重機技術性能

圖3 整機結構形式

2.2 臂架結構受力分析

2.2.1 臂架載荷

載荷工況是空載，臂架在最大幅度（42 m），此時的臂架狀態有利于施工作業。臂架上施加的載荷包括：臂架自重、主吊鉤重量、對重拉桿力和變幅絲桿拉力。具體計算結果見表2所示。

表225 t門座臂架42m幅度時臂架力計算

2.2.2 有限元分析與計算

應用ANSYS軟件進行有限元分析。為便于建模和有限元分析，忽略對強度影響不大的構件，其它主要部件均按照實際結構建模。臂架橫梁結構采用板殼單元SHELL63進行構建，自由方式進行四邊形網格劃分。臂架載荷見前述。建模時將腐蝕嚴重的直腹桿去除，分析計算臂架結構的受力及變形情況。由計算結果知，撤除直腹桿后，腐蝕區域的最大應力63.8 MPa，為壓應力，發生在臂架的下側主弦桿上，形式如圖4所示。去除直腹桿后，兩點間產生了5.5 mm的相對位移，形式如圖5所示。

圖4 直腹桿區域應力云圖

圖5 直腹桿區域位移云圖

2.3 補強結構的對比分析

根據臂架維修工況的計算結果，為保證腐蝕的直腹桿區域結構尺寸不變，在切斷直腹桿前，先作撐桿予以補強。將撐桿結構加入到有限元模型中進行計算分析，對比補強前后有限元計算結果，撐桿區域的最大應力82.787 MPa，位于補強管的上端，應力雖略有增加，但遠低于材料許用應力，符合GB/T3811-2008《起重機設計規范》[2]，形式如圖5所示。直腹桿兩端結構位移基本沒有變化，形式如圖6所示。說明撐桿結構能夠達到預期的效果。

圖6 撐桿區域應力云圖

圖7 撐桿區域位移云圖

3 臂架維修改造方案

根據理論計算結果，制定了臂架的維修工藝流程，具體如下：

（1）按圖8所示安裝撐桿補強結構。先按圖劃定位置尺寸并與實際尺寸進行校對；然后安裝一段主弦桿的外貼補強板；再組對焊接兩塊角筋板；最后組對焊接撐桿，對撐桿管端進行焊接封堵密閉。

圖8 撐桿補強結構安裝

（2）切斷腐蝕嚴重的直腹桿，切斷位置尺寸如圖9所示。注意，切割時不得損傷主弦桿。

圖9 直腹桿切斷位置尺寸

（3）按圖10所示位置尺寸組對新的直腹桿、主弦桿外貼補強板和角筋板等。對直腹桿管端進行焊接封堵密閉。

圖10 新直腹桿安裝

（4）焊后檢查所有焊縫。所有對接焊縫保證焊透，焊縫外觀上不得有裂縫、咬邊、焊瘤等缺陷，焊接采用的焊條牌號為E4315，焊條直徑Φ3.2 mm；焊后對焊縫進行磁粉檢查，焊縫質量達到JB/T 10559-2006規定的Ⅰ級要求。

4 結束語

QY027造船門座起重機臂架維修方案的設計、實施過程，是典型的以理論分析為基礎，來指導生產實踐的金屬結構維修案例。實施后取得了良好的效果，在達到維修質量的同時，又提高了生產效率。