一種筒身環縫埋弧焊操作平臺的優化設計

丁 超

(上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠，上海 200090)

0 概況

在壓力容器產品制造過程中，需要對不同直徑的產品進行環縫焊接。對于此類焊接通常采用埋弧自動焊，在焊接的過程中，工作人員需要登高作業。以現用操作平臺結構(如圖1所示)為基礎進行平臺結構優化，如何確保工作人員的安全以及施焊操作的方便，是本次研究及優化焊接操作平臺的核心。

1 現用操作平臺

現用操作平臺主要由支撐立柱與操作平臺兩部分組成，如圖1所示。雖然該操作平臺能夠保證工作人員的安全，但是在使用過程中仍存在一定的安全隱患與不便性。

圖1 現用操作平臺

1.1 平臺高度的調整存在傾覆風險且繁瑣

現用操作平臺是通過直接插入立柱中的形式來實現與立柱組裝。每次調整平臺高度時，需要通過行車先將平臺從立柱中取出，然后調整到相應的高度后，工作人員攀爬至相應高度，通過人工輔助將平臺重新插入立柱固定。在調整過程中，將操作平臺從立柱中取出時，因為平臺的自重及受限于行車操作的靈活性，整個立柱存在傾覆風險。而且每次調整操作平臺高度時，周邊起吊安全區域內都無法進行其他作業，且耗費時間。

1.2 側向式登高存在安全風險

登高爬梯與操作平臺成90°垂直布局。當工作

人員攀爬到指定高度后，需要斜向跨越進入操作平臺，存在一定的安全風險。

1.3 操作區域無護欄

操作平臺由過橋板與護欄采用整體的焊接結構，而在施焊操作區域僅有過橋板，無護欄結構。雖通過安全繩來保證施工安全，但工作人員仍存在一定失足風險。

2 操作平臺的探索改進

在保留原操作平臺現有合理功能的同時，對其不足之處進行探索改進，如圖2所示。該操作平臺主要由支撐立柱、升降平臺、活動護欄、固定護欄、梯子組件(滑動爬梯、固定爬梯)等組成。

圖2 改進后操作平臺結構圖

2.1 平臺調整方式優化

針對現有一體式操作平臺的形式及特點，將操作平臺分解為升降平臺與護欄結構。升降平臺采用滑輪結構與支撐立柱連接，可以實現整個平臺沿著支撐立柱表面上下滑動，實現高度方向調整。這樣避免了將操作平臺從支撐立柱中取出插入的繁瑣過程，也就避免了整個裝置調整過程中潛在的傾覆風險。明顯可見升降平臺高度調整時，人為干預相應減少，作業風險大大降低。

2.2 登高形式改進

對爬梯結構進行改造，將側向式爬梯改為后方爬梯結構。此類結構可以滿足工作人員直接從爬梯進入操作平臺，不需要側向跨越，較為安全可靠。同時為配合操作平臺的升降，將梯子組件設計成固定爬梯與活動爬梯，以適用于不同高度的登高作業。

2.3 增加活動護欄結構

將升降平臺的護欄設計為固定護欄與活動護欄組合結構。非操作區間采用固定護欄，操作區間采用活動護欄。活動護欄可以根據實際施焊方向進行調整，即避免了護欄對工作人員操作的影響，又能降低工作人員失足摔落的風險。再加上安全繩的使用，雙重保險增加安全性。

3 傾覆載荷校核

力學計算時，將筒身埋弧焊操作平臺拆分為4個部分：升降平臺，梯子組件，支撐立柱，底座，如圖2所示。其中升降平臺質量m1=550 kg,立柱質量m2=800 kg，底座質量m3=1 100 kg，梯子組件質量 m4=316 kg。

取立柱中心點為Y軸，平臺底面為X軸，由立裝架質心

Xc=-355 mm

當平臺端部存在200 kg質量的物料和人時，立裝架質心

Xc=-651 mm

平臺極限抗傾覆載荷，平臺上載荷系數取1.4(參考GB 50009《建筑結構荷載規范》選取)。

Mcr=M*Lc/l=(800+1100+550+316)*445/(3936*1.4)=220 kg

式中：Mcr——平臺極限載荷，kg;

M——總質量,mm;

Lc——底座左邊界到質心的距離，mm;

I——平臺端部到底座左邊界的距離,mm。

結論：通過以上計算結果，人均體重按100 kg考慮的情況下，可以滿足兩人同時登上平臺而無傾覆風險。

4 應用預期

對舊的操作平臺進行優化之后，預期能夠實現以下效果。

1)平臺調整減少了人為干預，避免了傾覆的發生，大大降低了作業風險。而且提高了平臺調整的效率，使得調整時間大大縮短。同時縮小了調整平臺時的影響區域，減小了對其他人員工作的影響。

2)進入操作平臺時無需側向跨越，增加了攀爬的安全性。

3)活動護欄在不影響工作人員施焊工作的同時，提高了施焊過程中的安全性。

5 總 結

通過對筒身環縫埋弧焊操作平臺的優化設計，由插入式改為套入式結構，既保留了其原有功能，又提高了操作平臺使用過程中的安全性，同時又增加了平臺的靈活性與便利性。