懸臂式堆料機俯仰機構鉸點改造與修復

姬志超

（河北港口集團港口機械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

懸臂式堆料機俯仰機構由油缸、鉸點、拉桿組成，俯仰鉸點位于懸臂根部，連接著設備主體和懸臂，其安全性與可靠性對整臺設備至關重要。俯仰鉸點在長時間的工作過程中一直處于交變載荷的作用下，由此導致的軸承材料疲勞損壞故障比較常見，表現形式一般包括整機振動、噪聲等，給設備造成較大的安全隱患，嚴重的將導致銷軸斷裂甚至造成人身傷亡、設備損毀事故。港口裝卸設備通常為大型設備，這些設備的維修具有一定難度。為順利排除故障，需制定科學合理的具有可行性的施工工藝。

以滄州某港口懸臂式堆料機俯仰機構鉸點故障為例，該設備在俯仰過程中兩鉸點均存在強烈異響，伴隨鋼結構振動，判斷為鉸點軸承研磨損壞，需要對兩鉸點的軸承和銷軸進行更換。原結構更換軸承不便，軸承無法直接取出，需對原結構進行改造方能將軸承拆除。修復懸臂式堆料機俯仰鉸點主要有3 個要點：①卸載鉸點承擔的荷載，這涉及到頂升點位置的選擇和對該位置堆料機鋼結構強度校核；②頂升胎具需要有可靠的結構及足夠的強度，以保證能夠順利安全地取出鉸點軸及軸承；③制定完善的施工方案以保證鉸點維修過程的安全與高效。

1 懸臂式堆料機的俯仰鉸點

以滄州某港口懸臂式堆料機為例，該設備俯仰機構如圖1 所示。該臂式堆料機的俯仰鉸點分別由人字架上1 個耳板、關節軸承、軸承壓蓋、平衡臂上2 個耳板、鉸點軸和卡軸板組成。此結構更換軸承不方便，軸承無法直接拆除，需更改此處鋼結構或將平衡臂耳板頂起高出門架耳板讓出更換軸承空間，方能將軸承拆除。

圖1 某懸臂式堆料機的俯仰鉸點

2 施工工藝

2.1 總體方案

原始結構下更換鉸點軸、軸承，需要對堆料機上層結構抬升600 mm，危險性較大，故采用切除一個平衡臂耳板的方案，切除平衡臂耳板后對該處結構進行改造，方便以后此處鉸點的維護。新結構如圖2 所示，割開耳板后制作法蘭和新耳板，新耳板與原臂架耳板焊接處理。將原軸承更換為SKF 品牌的自潤滑關節軸承。更換完軸承后將新做法蘭與新耳板螺栓連接，法蘭的內外徑參照軸徑與鋼套內徑而定，方便以后更換關節軸承。

圖2 改造后的俯仰鉸點

拆卸鉸點軸及軸承完成鉸點修復，需要對平衡臂進行支撐，完成鉸點卸荷，初步確定堆料機的頂升位置如圖3 所示。頂升點的選擇主要基于2 方面考慮：①頂升點位置應盡量位于俯仰鉸點正下方，這樣既可以降低卸載載荷，又可以確保維修過程中臂架系統的穩定性；②保證維修工裝支撐位置鋼結構的承載強度。

圖3 堆料機的頂升位置

2.2 頂升位置鋼結構強度校核

頂升點位置的箱型梁板截面如圖4 所示。

圖4 頂升點處內部鋼結構截面

頂升力計算：

式中 σ——支頂位置箱型梁所受的應力，MPa

M——臂架重量的1/2，kg；M=1.76×105kg

S——支頂位置箱型梁鋼結構截面積，mm2；S=369 600 mm2

計算得到：σ=47.6 MPa。

大機鋼結構選用的材料為Q235，許用應力［σ］=113 MPa，σ＜［σ］，頂升點位置堆料機鋼結構強度滿足要求。

2.3 工裝設計與強度校核

堆料機臂架系統總重353.4 t，對單側俯仰鉸點卸荷，至少需要約176.7 t，對維修工裝扁擔梁進行有限元分析，如圖5、圖6 所示。從圖5可以看出，扁擔梁鋼結構受到的最大應力為86 MPa，低于鋼材許用強度。從圖6 可以看出，扁擔梁結構最大變形為1.3 mm，可以忽略。由此可見，扁擔梁的設計滿足使用強度要求。

圖5 扁擔梁應力云圖

圖6 扁擔梁位移云圖

3 作業流程

（1）頂升平衡臂。拆除平衡臂鉸點部位影響頂升操作的附屬部件，平衡臂鉸點頂升位置下方放置頂升工裝，放置300 t 油鎬支撐（現場檢查支撐工裝下方梁的強度，必要時做加固處理）。300 t 千斤頂頂撐平衡臂，調整頂升力150～200 t 或略高于200 t。人字架上放置縱向向后調整液壓千斤頂100 t，調整頂升力30～50 t。拆除軸端擋板，鉸點內側焊接鉸點頂出鎬座，安放200 t千斤頂，與300 t、100 t 千斤頂同時試頂。鉸點軸松動后，焊接工裝將人字架和平衡臂牢固封住。300 t 油鎬支撐工裝上下用厚板封住。在平衡臂兩耳板之間用型材焊接連接，防止在頂鉸點軸時耳板因強度不足而變形。

（2）切割平衡臂外側耳板。對俯仰鉸點中心定位，以定位點為中心，畫Φ650 mm 圓，使用氧乙炔氣割在大臂外側耳板開孔，開孔完成后取出鋼套。

（3）拆除銷軸及軸承。拆除銷軸上卡軸板及軸端擋板，于鉸點內側焊接油鎬座，架設油鎬拆除鉸點軸及軸承。

（4）清理軸承座孔，安裝軸承。確認臂架耳板割口尺寸，開出坡口，打磨清理坡口氧化皮。軸承座用砂布清理，刮痕處用直磨機打磨平整，去除毛刺、鐵銹，涂油。用內徑千分尺測量耳板內徑尺寸Φ370（H7/f8）mm 處的配合公差。確認后，安裝自潤滑關節軸承，用2 根銅棒錘擊安裝到位，安裝軸承定位套、油封，壓蓋。

（5）安裝銷軸、耳板鋼套、法蘭，焊接鋼套。將新銷軸穿入軸承內孔，配合使用油鎬，將銷軸從內側耳板穿出，安裝定位套、卡軸板。將連接好的鋼套法蘭套到銷軸上，安裝卡軸板，焊接鋼套。焊接時注意先進行定位焊接，分層均勻焊接，單面焊要雙面成型，熔透焊，達到GBII 級焊縫要求。打磨干凈鉸點處割除和焊接部位。

（6）同樣方法拆裝焊接另一側鉸點。注意，待到一側耳板鋼套焊接探傷合格后拆裝另一側耳板。

（7）拆除工裝、試車。修復完成后恢復臂架集中潤滑、梯子、平臺等附屬部件，拆除臨時工裝、支架等設施，清理現場。臂架俯仰試車，無振動、異響。

4 結論

（1）對維修工裝在負載狀態下受力的有限元分析和堆料機的鋼結構強度分析，保證了維修方案的可靠性與安全性。

（2）本方案僅動用25 t 吊車1 輛，除鉸點位置鋼結構未對其他位置結構施工，最終施工工期共5 d，降低了施工強度及難度。

（3）在設備的長時間使用中，鉸點故障極為常見，而本次改造后，將大大方便此設備的俯仰鉸點的維修。

而且此工藝在同類設備維修、改造中具有一定的通用性，適用于港口堆料機俯仰機構維修。