港口裝卸設備懸臂鉸點維修工裝設計

顧飛飛

（河北港口集團港口機械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

港口常用裝船機懸臂長期運轉，大臂鉸點關節軸承磨損嚴重，軸承外套卡死不跟隨大臂旋轉，導致軸承與大臂間隙增大，安全風險增高，是造成設備停機的主要故障。故障常見標志是鉸點軸承摩擦異響，潤滑脂難以打入軸承承載面形成油膜，軸承球面處無潤滑研磨造成球面粘結，嚴重時可見鉸點附近腹板出現變形，造成設備存在較大的安全隱患。在港口作業現場更換大型裝卸設備的關節軸承較為困難，特別是臂架無法旋轉的裝船機，其大臂懸于海面之上，更換關節軸承的工作更為困難，這是由于更換關節軸承，需要頂出銷軸，調整并固定懸臂，更換軸承后復位，穿銷軸。為了消除鉸點處結構力，需要設計工裝來保證大機整體平衡與穩定，并利用工裝對銷軸進行卸荷，方便現場維修并能增加軸承壽命，對港口大型裝卸設備維修具有重要的意義。

1 裝船機鉸點結構

目前，港口常用的裝船機鉸點多采用關節軸承的設計，大多存在此類問題，其更換裝船機關節軸承較為困難，裝船機鉸點結構如圖1所示。

圖1 裝船機鉸點結構

此鉸點分左右兩個鉸點，分別由門柱箱形梁兩側板用漲套固定銷軸，懸臂耳板孔安裝軸承，并用壓蓋固定。更換關節軸承，需要頂出銷軸，調整并固定懸臂，更換軸承后復位，穿銷軸。為了消除鉸點處結構力，需制作工裝支撐并調整懸臂。

裝船機懸臂銷軸更換，需要利用工裝對銷軸進行卸荷，合理的工裝設計在整個維修過程具有重要的作用，工裝的設計不僅關系到銷軸能否順利頂出，維修能否順利完成，而且也關系到大機整體平衡與穩定，對于提高工程質量，降低工作人員的勞動強度，促進維修成本的降低和效益的提高有重要的作用，決定著整個維修過程的安全性。

維修此類鉸點主要有4個要點：①需要對鉸點處所受載荷進行分析，這涉及到能否對鉸點進行卸荷；②卸荷工裝需要有完善的結構及足夠的強度，以保證鉸點軸、軸承能夠順利安全的取出；③需要計算卸荷時各油鎬的出力，以保證施工的便利性與安全性；④需要制定完善的作業流程以保證在最短的時間完成鉸點的修復，盡快恢復裝船機生產。

2 工裝設計選型

以港口某公司裝船機為例，對工裝設計進行計算與校核。港口常用裝船機懸臂長期運轉，大臂鉸點關節軸承磨損嚴重，出現鉸點軸承摩擦異響，嚴重時可見鉸點附近腹板出現變形。更換大型裝卸設備的關節軸承須消除鉸點處結構力，需要設計工裝來對銷軸進行卸荷，對鉸點軸的進行設計與校核。

2.1 鉸點受力分析

支撐工裝之前的受力分析如圖2所示。K裝伸縮臂架內：1 1 854 kg，K裝伸縮臂架外：55 656 kg，K裝伸縮皮帶機：25 138 kg，K裝溜筒（上+下）：14 345 kg，合計總重量：106 993 kg；K裝外伸縮臂架鋼絲繩支點到臂架鉸點距離14 400 mm，在臂架放平且內伸縮臂架收回狀態下，單側結構重量G約為55 t，如圖2所示可得單側鋼絲繩合力F1約為47.35 t。

圖2 支撐工裝之前受力分析

2.2 工裝設計

根據目前常用裝船機結構，設計工裝如圖3所示。

圖3 工裝設計圖

2.3 工裝受力分析

對工裝1進行受力分析，在工裝1上施加50 t頂升力，工裝1受力分析如圖4所示，最大應力為197.73 MPa，位移變形量0.71 mm。

圖4 工裝1受力分析

對工裝2進行受力分析，在工裝2上施加50 t頂升力，工裝2受力分析如圖5所示，最大應力為160.34 MPa，位移變形量0.065 mm。

圖5 工裝2受力分析

對工裝3進行受力分析，在工裝3上施加80 t頂升力，工裝3受力分析如圖6所示，最大應力為275.19 MPa，位移變形量0.052 mm。

圖6 工裝3受力分析

對工裝4進行受力分析，在工裝4上施加80 t頂升力，工裝4受力分析如圖7所示，最大應力為233.94 MPa，位移變形量0.36 mm。

圖7 工裝4受力分析

分析結果顯示工裝符合使用規范。

2.4 施工

（1）按圖紙制作頂升工裝。

（2）懸臂皮帶機全部收縮至最短，放平懸臂在0°位置，懸臂俯仰禁止動作。拆除鎬座處油管、線管，按順序作好標記。吊車作業，右側焊鎬座（焊接兩側工裝），調整油鎬的頂升力，同時調整頂鉸點銷軸處油鎬壓力，直到銷軸頂動為止。

（3）頂右側鉸點銷軸和更換軸承安裝銷軸。頂出銷軸，去舊軸承，清理鉸點軸孔內表面，對軸孔打磨潤滑。檢查軸孔、軸承和軸的配合尺寸公差合格后，鑲軸承。安裝軸端擋板、脹套大臂端軸承壓蓋與門架端密封蓋。

（4）拆除右側焊鎬座和焊接左側鎬座、頂懸臂。先拆去裝船機大臂鉸點銷軸大臂端軸承壓蓋、門架端密封蓋、軸端擋板螺栓、軸端擋板，再拆去門架端脹套高強螺栓。在門架側，焊接頂銷軸用鎬座。調整垂直油鎬與斜撐油鎬的頂升力，同時調整頂鉸點銷軸處油鎬壓力，直到銷軸頂動為止。

（5）頂左側鉸點銷軸和更換軸承安裝銷軸。將門架與臂架之間的軸承壓蓋取下，從臂架側將軸取出，去舊軸承，清理鉸點軸孔內表面，軸孔打磨潤滑。從臂架側將軸放入，將門架與臂架之間的軸承壓蓋安裝到位，檢查軸孔、軸承和軸的配合尺寸公差合格后，鑲軸承。軸承壓蓋，用油鎬將軸頂到位。打開外側軸承擋板后安裝軸端擋板，安裝另一側脹套，安裝大臂端軸承壓蓋與門架端密封蓋。

（6）安裝完成后，恢復電纜、梯子護欄等附屬部件，拆除所有工裝及支架等臨時設施，清理現場，試車、補漆。試車，無異響，螺栓緊固力矩合理。

3 應用情況

黃驊港某公司堆取料機常用裝船機懸臂鉸點的改造完成，成功的解決黃驊港某公司裝船機故障問題。裝船機采用新設計的工裝，充分考慮機整體平衡與穩定，并利用有限元軟件進行仿真分析。工裝設計在保證足夠安全性的前提下提高了工裝制造的經濟性。為保證維修順利完成，編制完善的維修方案，充分考慮施工的便利性與安全性。施工過程中，制定詳細的施工程序和安全技術措施，嚴格按照施工工藝施工，配合液壓千斤頂的使用，使用設計的工裝支撐，很好的實現鉸點的卸荷，保證施工的便利性與安全性，該方案施工科學高效。銷軸拆裝順序合理，節省維修的時間。該施工方案降低施工的難度，并提高施工的安全性。俯仰系統恢復正常，運行平穩，未發現異響、振動等異常的情況，維修時間短，并且維修后鉸點耳板變形減小，達到預期的效果。

4 結束語

合理的工裝設計在維修過程中具有重要的作用，它滿足維修工藝的要求，提高工程的質量，降低工作人員的勞動強度，同時促進維修成本的降低和效益的提高。對支撐工裝進行有限元的分析，確保更換鉸點過程中工裝的可靠性。精確計算卸荷時各油鎬的出力，達到鉸點應力的完美卸荷，保證施工的便利性與安全性。該黃驊港某公司常用裝船機懸臂鉸點改造完成，對港口大型裝卸設備維修具有重要的借鑒意義。