造船門式起重機撓性鉸的一種加固方案

喬安邦

（揚州輔臣船舶設備安裝有限公司，江蘇揚州 225211）

0 引言

撓性鉸作為連接主梁和柔性腿之間釋放應力變形的重要部件，在大型門式起重機上使用廣泛。正常情況下，該部件的使用壽命與起重機相同，國內各大船廠門式起重機撓性鉸大多使用的是進口件。隨著國內零部件加工設計能力不斷提升，不少設備開始選用國內廠家制造的撓性鉸。但由于各廠家設計理念和制造工藝的差異，使該產品在使用過程中會出現異常情況。

1 存在問題與分析

揚州輔臣船舶設備安裝有限公司（以下簡稱“公司”）在2012 年配置了兩臺400 t×62 m 門式起重機，并于2013 年開始投入生產使用。在2020 年4 月，兩臺設備在使用時，相繼頻繁出現撓性鉸糾偏裝置動作故障，每次測量發現大車剛柔腿地面實際均無偏差，屬保護限位誤動作。檢查主梁鋼結構無明顯異常及變形。重新調校撓性鉸糾偏裝置保護限位動作值，但保護限位誤動作還是頻繁發生。由于生產任務很重，未發現故障原因，經討論商議后決定大車限速監護使用，操作人員時刻關注大車剛柔腿絕對值編碼器偏差數值，同時在撓性鉸處觀察。經連續觀察發現：在大車行走過程中，撓性鉸上、下半鉸座會沿著大車軌道方向存在水平相對移動，位移量在±4 mm 左右。

針對上述情況，連續觀察了公司同類型其他門式起重機的撓性鉸，因為生產廠家不同，其他設備并無此現象。于是，查找該起重機的撓性鉸設計安裝圖紙，其技術參數如下：容許載荷垂直力17 500 kN，水平力2000 kN；垂直壓縮變形值不大于5 mm，支座許用轉角不小于0.02 rad。聯系撓性鉸制造廠家人員到現場檢查，撓性鉸上、下蓋的四周間隙基本一致，相差在1 mm 之內，不存在內部橡膠板被擠壓變形的情況，上、下蓋鋼結構外表也無明顯異常變形。關于上、下蓋會左右水平位移4 mm 的偏移量，該廠家給出的解釋是：為了保證該支座滿足許用轉角不小于0.02 rad的設計要求，在設計制造時就留了2×（3.0～3.5）mm 的間隙。

隨后聯系起重機設計單位，將現場發生的情況和廠家提供的預留間隙情況反饋給設計工程師，設計工程師針對該情況，對比撓性鉸安裝圖紙和制造廠家提供的圖紙后給出以下解釋：撓性鉸安裝圖紙中上、下半鉸座之間是通過圓柱面與圓弧面接觸的（目的是減少相對運動時的接觸面摩擦力），上、下半鉸座的接觸面之間并無間隙；而制造廠家制作的撓性鉸上、下半鉸座之間存在的 2 ×（3.0～3.5）mm 的間隙，當大車行走起制動或出現惡劣天氣時，上鉸座與內部橡膠板之間的靜摩擦力不足以抵抗撓性鉸上部結構的慣性力時，上、下半鉸座就出現了6～7 mm 相對滑動，直至上、下半鉸座一側靠緊（圖1）。此水平位移大大超出撓性鉸糾偏裝置保護限位觸發動作的范圍，造成限位頻繁誤報警。上述解釋基本闡明了這兩臺起重機撓性鉸上、下半鉸座出現水平滑移的原因。

圖1 撓性鉸制造廠家設計制造圖紙（局部）

圖2 加固方案

2 改造措施

為了解決這一問題，防止因上、下蓋水平位移引起糾偏裝置誤動作，公司組織相關專家及撓性鉸廠家進行討論，一致認為：現場支座本身無明顯異常，結合設計的安全系數是可靠的，承載能力垂直變形及轉角均處于正常狀態，鑒于設備有限位控制系統，除了其他影響因素排除外，可以采取適當控制水平位移的裝置，來適應設備控制系統的要求。根據會議結論，提出了以下整改方案：沿大車軌道中心線在撓性鉸下支座兩側各裝焊一個支撐座，支撐座上部與撓性鉸上半鉸座的外部圓柱保持線接觸，確保撓性鉸上、下半鉸座之間轉動靈活且不發生水平位移（圖2）。

查找撓性鉸設計參數可知，該部件的水平力為2000 kN。根據計算，同時查找該設備柔性腿頂端A 字頭結構圖，在A 字頭上平面軌道中心線兩側各140 mm 位置對應下面筋板處焊接長寬厚為300 mm×200 mm×20 mm 的豎板，上面焊400 mm×230 mm×50 mm（長、寬、厚）的蓋板，上表面與撓性鉸下支座平齊。之后在蓋板上焊接兩塊為240 mm×250 mm×60 mm 的支撐板，在支撐板與撓性鉸上座之間加裝400 mm×100 mm×51 mm 的弧形板及調節板，所用鋼板材料為Q345B。上述施工根據施工工藝開坡口，以保證焊接強度。

根據技術工藝圖交加工車間下好相關材料后，拿到現場焊接施工。首先調整撓性鉸上、下鉸支對中，之后根據工藝要求控制相關尺寸及焊接變形量，主要是控制弧形板與撓性鉸上鉸座之間的間隙，焊接后控制在0.5～1.0 mm，以保證設備在使用過程中撓性鉸上、下鉸支轉動靈活，不會因摩擦力增大而導致轉不動或者間隙過大而導致限位誤動作，影響使用（圖3～圖4）。

圖3 調整上、下鉸支對中

圖4 加強結構焊接

3 效果

經整改加固后，重新調校撓性鉸糾偏裝置保護限位動作值，調校時撓性鉸上、下鉸支座轉動靈活（圖5）。觀察使用一段時間后，未發生糾偏裝置誤動作的現象，這表明設備加固方案成功，交付生產正常使用。

更換撓性鉸每臺機所產生的費用和周期大概為：進口撓性鉸采購成本60 萬元左右，更換費用在50 萬元左右，更換周期在10 d 左右。通過對撓性鉸進行上述加固后，保證了設備使用正常，同時兩臺機節為公司節省費用約220 萬元，減少20 d 的停機時間。加固方案非常成功，達到了預期的目的，得到了公司領導的肯定。

圖5 現場加固后效果