犧牲陽(yáng)極焊接有軌臺(tái)車的研發(fā)設(shè)計(jì)

陳帝油

摘 要：本文是基于實(shí)際工程項(xiàng)目撰寫(xiě)的，近些年來(lái)，跨海隧道也逐漸成為基建熱點(diǎn)工程，而海底隧道制造施工要求較高，在隧道的外壁需要焊接陽(yáng)極，來(lái)保護(hù)管道的內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的不被海水腐蝕。海底隧道一般是分成多節(jié)制造的，隧道的外部高度一般高達(dá)10余米，外壁上需要按照要求布置有數(shù)以百計(jì)的陽(yáng)極管，陽(yáng)極管長(zhǎng)達(dá)2.6m，重400kg，由于隧道外壁較高，且陽(yáng)極管較長(zhǎng)，并且還需將陽(yáng)極管豎直進(jìn)行焊接，焊接完單根陽(yáng)極還需要上下或者左右的移動(dòng)來(lái)繼續(xù)對(duì)其他陽(yáng)極進(jìn)行焊接，這就對(duì)工裝提出了很高的要求。本文將在現(xiàn)有起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，研發(fā)出一種能夠較好適用于海底隧道陽(yáng)極焊接作業(yè)的專用工裝設(shè)備。

關(guān)鍵詞：工裝設(shè)備;海底隧道;改進(jìn)設(shè)計(jì);陽(yáng)極焊接

1 應(yīng)用概況

海底隧道的外部高度一般高達(dá)10余米，長(zhǎng)30m，重達(dá)上百噸，在隧道下海之前，就需要完成對(duì)隧道外壁陽(yáng)極的焊接工作。對(duì)于這種不方便移動(dòng)且高度較高的物品焊接，需要搭置腳手架，或者使用登高車來(lái)進(jìn)行焊接，但由于隧道管道數(shù)量較多，有幾十段，如果使用搭腳手架的方法，拆裝腳手架非常麻煩，需要的工期長(zhǎng)。而使用登高車，雖然能夠靈活移動(dòng)，但有些陽(yáng)極的位置較高，陽(yáng)極與管壁定位以及人員的安全性很難得到保障。因此研發(fā)設(shè)計(jì)出一種能夠完全適用于海底隧道陽(yáng)極焊接作業(yè)的新型工裝設(shè)備變得非常有必要。

2 設(shè)計(jì)方案的提出

在方案設(shè)計(jì)的初始階段，提出一種半門式的提升工裝作為方案構(gòu)想，這是一種以施工升降機(jī)為原型主體，而在其底部設(shè)置水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)，以施工升降機(jī)作為上下移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，而水平移動(dòng)則依靠車輪的水平運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成“半門式”結(jié)構(gòu)。但是，由于現(xiàn)場(chǎng)的空間限制，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及頂部無(wú)法布置運(yùn)行軌道等多種原因，該方法并不可行。

最終，我們確定了犧牲陽(yáng)極焊接有軌臺(tái)車的方案，該方案將在龍門吊形式的基礎(chǔ)上改造設(shè)計(jì)，在支腿上增設(shè)一套卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，用于起吊雙層吊籠，通過(guò)吊籠的上下移動(dòng)，橫梁裝置上的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)左右平移，在主梁上設(shè)置有2臺(tái)電動(dòng)葫蘆對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行配合吊裝，當(dāng)2個(gè)葫蘆抬吊著陽(yáng)極來(lái)到外壁位置，一臺(tái)葫蘆首先下降，當(dāng)陽(yáng)極垂直后，兩葫蘆同步下放，到達(dá)焊接位置，吊籠上下2層分別站有1人，通過(guò)人工將陽(yáng)極固定，松開(kāi)陽(yáng)極吊具，從而實(shí)現(xiàn)在隧道外壁上對(duì)陽(yáng)極工裝的作業(yè)，橫梁上的驅(qū)動(dòng)裝置，吊裝陽(yáng)極以及起吊吊籠的葫蘆上分別安裝有編碼器，并且配備有觸摸屏，能夠?qū)崿F(xiàn)在吊籠內(nèi)對(duì)位置的控制。犧牲陽(yáng)極焊接有軌臺(tái)車方案如下圖所示。

3 犧牲陽(yáng)極焊接有軌臺(tái)車的設(shè)計(jì)

整個(gè)犧牲陽(yáng)極有軌焊接臺(tái)車主要由橫梁裝置、支腿、主梁、吊籠、吊籠提升葫蘆等所部分構(gòu)成，并且設(shè)置有防風(fēng)拉索、夾軌器等必要的防風(fēng)設(shè)備。主梁：采用箱型結(jié)構(gòu)兩個(gè)用于吊裝陽(yáng)極的兩個(gè)葫蘆安裝懸掛于主梁下部。上部連接梁：采用H型鋼制作，中部與主梁連接，兩端與支腿連接;下橫梁采用鋼板焊接箱型結(jié)構(gòu)，下橫梁有大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，下橫梁上面與支腿連接。支腿采用H型鋼制作，一側(cè)支腿上安裝吊籠與起吊葫蘆。吊籠采用型鋼制作，分上下兩層，吊籠主要作用是為了放置焊接設(shè)備以及承載工作人員完成焊接工作，在吊籠兩側(cè)分別設(shè)計(jì)有2組導(dǎo)向輪，用于確保提升的穩(wěn)定性，吊籠頂與提升葫蘆平臺(tái)上布置有2套滑輪組，鋼絲繩經(jīng)由滑輪的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)吊籠的提升。整機(jī)結(jié)構(gòu)采用有限元進(jìn)行分析，強(qiáng)度剛度良好。在吊籠側(cè)支腿上還安裝有監(jiān)控系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控葫蘆與吊籠的運(yùn)行情況，方便進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)重要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行受力分析計(jì)算后，對(duì)其進(jìn)行仿真分析，應(yīng)力云圖如下圖所示：

經(jīng)方針?lè)治隹芍Y(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移均在合理范圍內(nèi)。

4 總結(jié)分析

本此設(shè)計(jì)的犧牲陽(yáng)極有軌焊接臺(tái)車是在現(xiàn)有起重機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使其能夠適用于特殊的工作環(huán)境，在受力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了有限元仿真分析，確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與安全性。本設(shè)計(jì)運(yùn)用的思路可為往后在工程應(yīng)用當(dāng)中的類似設(shè)計(jì)作為借鑒，掌握好有限元分析技術(shù)能夠更好的解決實(shí)際工程應(yīng)用當(dāng)中遇到的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵肖肖.施工升降機(jī)結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[D].長(zhǎng)安大學(xué)：長(zhǎng)安大學(xué)，2017.

[2]張波.基于ANSYS的施工升降機(jī)設(shè)計(jì)與分析[D].西華大學(xué)：西華大學(xué)，2013.

[3]杜文君.海底隧道通風(fēng)金屬腐蝕性研究[J].世界有色金屬，2016（15）.

[4]董杰.門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真與動(dòng)力學(xué)分析[D].西南交通大學(xué)：西南交通大學(xué)，2016.