大型浮吊全回轉起重機制造技術概述

周 旭

(太重(天津)濱海重型機械有限公司 天津 300460)

1 大型起重船及其制造關鍵技術簡介

圖1 4 600 t全回轉起重船構造示意圖Fig.1 Structure drawing of 4 600 t revolving floating crane

支承圓筒與船體結構連接支撐起整個起重機，其上布置回轉軸承和正、反滾輪及軌道、回轉銷齒等，是起重機的基座。轉臺置于正滾輪上方，內部安裝回轉機構，以實現起重機的旋轉功能；其連接臂架和人字架，也是各機構安裝平臺，并裝置配重箱，以實現起重機的起升和平衡。人字架安裝于轉臺上方，其底座與臂架連接，是起重機臂架、平衡系統和變幅機構的重要支承結構。管桁架形式的臂架是本起重機的主要受力和傳力構件?；剞D機構安裝于轉臺中的回轉機構底座；起升、變幅機構由絞車、鋼絲繩纏繞系統、滑輪組、吊鉤等組成?；剞D支承采用滾輪加擺線針輪式的組合。起重機設有2 300 t 主鉤2 只、1 000 t副鉤1 只、280 t 小鉤1 只，設有主起升機構、副起升機構、小鉤起升機構、鎖具鉤起升機構、變幅機構和回轉機構。

該大型浮吊回轉起重機的制造關鍵技術包括大型結構件制造技術、大型部件機加工技術和部件機構安裝技術。大型結構件制造技術包括結構分段劃分、支承圓筒、轉臺、人字架、臂架結構制造；大型部件機加工技術包括各大部件的機加工；安裝技術包括臂架、轉臺、人字架等大型部件合攏吊裝、各機構安裝和鋼絲繩纏繞安裝等。

2 結構制造技術

本大型浮吊回轉起重機為4 600 t 全回轉起重機，其大型結構主要包括支承圓筒、轉臺、人字架、臂架，其中支承圓筒約為920 t，轉臺約為1 600 t，人字架約1 600 t，臂架約1 200 t。制造難點主要在于結構尺寸大，場地尺寸受限；結構噸位重，起重能力有限；部分結構材料焊接性能差；部分結構作業空間受限；結構制造精度要求較高等。針對上述問題，采取整體拼裝、分段制造的原則，根據已有生產條件對結構進行合理的構件分段再劃分；制定相關材料的焊接工藝規程(WPS)，并經CCS 正式批準后實施[1]；制定合理的焊接坡口方向及裝焊順序，制定合理的構件中、總組裝配方案，以達到可行、安全、經濟的要求。

2.1 支承圓筒結構制造

支承圓筒外形尺寸為直徑 3 100 mm、高8 000 mm，總重約920 t，因重量超過制造車間和船臺設備起重能力，需根據結構特點、用途劃分為下環筒、上環梁、中間筒及輻條梁4 部分，并根據生產條件對各部分結構再進行分段劃分，其結構如圖2 所示。采用整體拼裝保證焊前結構精度，焊接時各結構段同時分段退焊，通過控制焊接順序來控制焊接變形。各段接口處設置靠接工裝，其制造流程為：分段劃分→整體拼裝→分段制作→總裝上船→整體機加工。

圖2 支承圓筒結構示意圖Fig.2 Structure drawing of base cylinder

2.2 轉臺結構制造

轉臺外形尺寸為42 m×30 m×20 m，其總重量約為1 600 t，主要包括轉臺主梁、軌道承重梁、回轉機構底座、頂升支腿、主機構平臺、配重箱、反向滾輪結構，如圖3 所示。

圖3 轉臺結構示意圖Fig.3 Structure drawing of revolving platform

轉臺制作難點在于結構眾多，且各結構均相關聯，各部分結構重量均超過現場生產設備加工能力。根據結構特點及生產條件對結構進行分段劃分；統一制作基準，各結構制作時均以轉臺中心為基準制作，并對需機加工的部件進行中組裝配，統一加工基準，以保證機加工尺寸精度；制定合理的裝配順序，配重箱分段、反滾輪支架分段、回轉機構底座、頂升支腿等底部結構先行支墊，待轉臺裝配定位后再將各結構頂升定位裝配焊接。其制造流程為：結構分段劃分→分段制造→分段涂裝→分段中組→中組部件機加工→分部件總裝上船。

在獲得測試紙尿，尿檢測尿用冰。把某一金額尿沒有任何雜質。在同一時間，按“啟動/停止”按鈕，在“測試接口的尿的檢測儀器。當測試機，帶冰沉浸在尿。當巴斯結了冰，冰帶由測試時間和測試尿浸泡在冰帶過濾和干燥的城市吸水紙的時候。測試條的測試冰架立即帶。測試紙冰面向IP和gently例如的頭，和完整的儀器會自動測試。研究腎損害，有可能是尿時，特異性為1.007和重力之間的1.009冰。

2.3 人字架系統結構制造

人字架共四大部件，包括人字架底座、前撐桿、后拉桿、頂部梁。其外形尺寸約為 39 m×26 m×60 m，總重約1 550 t，如圖4 所示。

圖4 人字架結構示意圖Fig.4 Structure drawing of A-Frame

人字架制作要點：人字架各部件均以絞軸連接，其對各部件建造精度要求較高，尤其是各部件箱型長梁制作精度控制，各連接口尺寸控制。制造原則為整體拼裝劃線、分段焊接，安裝順序采用下翼板、隔板、腹板、上翼板控制角變形；采用兩側剛性固定控制彎曲變形和收縮變形；優化焊縫布置，使焊縫盡量對稱，同時采用分中對稱交替焊接控制扭轉變形。其制造流程為：結構分段劃分→分段制造→分段涂裝→部件裝焊→部件整體機加工→分部件總裝上船。

2.4 臂架結構制造

臂架結構主要包括臂架主體結構、臂頭結構。其外形尺寸約為125 m×26 m×14 m，總重約1 200 t，如圖5 所示。

圖5 臂架結構示意圖Fig.5 Structure drawing of crane boom

臂架制作技術難點要點如下文所示。

①主弦管材質為低合金高強度調質鋼Q690E，其力學性能優良但焊接性能較差，焊接熱影響區有較大的淬硬傾向，易出現脆硬組織，有較大的冷裂紋敏感性。為此制定了相應焊接工藝規程，通過模擬實際作業條件確定焊接相關參數，施工過程中嚴格執行焊前預熱溫度，控制焊接線能量、層間溫度，進行焊后熱處理。

②臂架主弦管對接其焊縫背面成形較難控制，且管徑不大，人員很難進入管內施工，采取背面貼鋼襯墊處理。

③臂架為超長結構尺寸，焊接量大變形大，且對臂架直線度、撓度、旁彎等精度控制要求較高。所有材料主要是管件相貫線坡口采用數控切割，保證零件尺寸精度，減小焊接間隙誤差；主臂架整體拼裝，預留合理焊接收縮量并確定合理焊接順序。

④部分結構如臂頭鉤箱內空間受限，人員無法進入施焊。對此制定合理的拼裝焊接順序，并根據實際情況適當更改坡口，內部無法施工空間處貼襯墊焊接。臂架建造流程為：整體拼裝→分段制造→分段涂裝→中組拼焊→結構總組→臂架機加工→總裝上船。

3 機加工技術

本大型船用全回轉起重機所屬機加工技術，主要針對大型結構部件的機加工，并根據加工面的裝配用途及相關零部件的使用要求確定其加工精度及公差要求，以此來確定加工方法、基準、順序等。該起重機各部件尺寸較大，同一加工要素尺寸亦較大，且部件的整體性和關聯性較強，有相應機加工精度要求。為保證產品質量和滿足加工精度，在劃分關鍵及重要尺寸后對關鍵和重要部件采用焊后整體機加工技術，但車間內固定式機床無法滿足如此大尺寸的機加工要求。因此，根據結構形式和加工要求采用對移動式機床改裝后進行機加工的方法，在加工中引入激光跟蹤測量技術[2]，利用激光檢測儀檢測有同軸要求的機加工要素，以確保尺寸精度。

3.1 支承圓筒機加工

起重機支承圓筒的機加工最為復雜且加工量大?；剞D中心軸承、回轉銷齒、回轉滾輪軌道和反滾輪軌道均位于支承圓筒上，重要關鍵尺寸包括回轉軸承座圓、回轉銷齒孔的圓、回轉軌道圓三者的同心度及其各自圓度、上下回轉軌道和反滾輪軌道面平面度及其之間高度等。

加工時期、方法、順序及設備：支承圓筒與船體安裝焊接完成后劃出中心十字線，回轉軸承座圓采用鏜床按線加工，并以此為基準安裝回轉長臂回轉鏜銑床整體加工的其他尺寸。其中，長臂鏜床的回轉定位精度及長臂剛性是關鍵，如圖6 所示。

圖6 支承圓筒機加工示意圖Fig.6 Schematic diagram of base cylinder machining

3.2 轉臺機加工

回轉中心軸承上座、正滾輪上軌道、回轉驅動裝置等均布置于轉臺上，其重要關鍵尺寸包括回轉中心軸承上座圓與正滾輪上軌道安裝圓、面。

安裝順序、加工方法及設備：結構整體拼裝前劃出結構各地樣中心線及基準線，以此地樣線為基準加工轉臺回轉中心軸承座圓、面，再通過改造移動式加長回轉鏜銑床，以回轉中心軸承座加工面為基準加工正滾輪上軌道安裝圓、面，如圖7 所示。

圖7 轉臺機加工示意圖Fig.7 Schematic diagram of revolving platform machining

3.3 人字架機加工

人字架中人字架底座、頂部梁、前撐桿、后拉桿之間通過絞軸相互連接，其大跨度各連接軸孔同軸度控制是關鍵。

安裝順序、加工方法及設備：人字架底座與轉臺結構安裝焊接完成后，以回轉十字中心線為基準加工臂架端部、前撐桿、后拉桿底部連接軸孔及端面；前撐桿與頂部梁進行組裝，后拉桿劃線加工各軸孔及端面；利用激光同軸檢測儀移動鏜排加工各要素，必要時可采用裝配后加工的方法。其加工示意圖如圖8所示。

圖8 人字架機加工示意圖Fig.8 Schematic diagram of A-Frame machining

3.4 臂架機加工

臂架系統中加工臂架根部軸孔、臂架頭部十字絞軸和各滑輪軸孔，其關鍵尺寸為臂架根部大跨度軸孔同軸度和與臂架絞軸底座孔的同軸配合尺寸。

加工方法及設備：臂架拼裝完成后利用移動式鏜排和激光同軸測量儀整體機加工臂架軸孔，在加工過程中檢測相關精度，并與臂架絞軸底座孔尺寸精度比對模擬和調整相關加工尺寸。也可將臂架根部軸孔留適當余量，待臂架總裝后與底座孔配合加工。

4 安裝技術

全回轉起重船安裝技術主要包括各部件安裝順序及各大構件吊裝安裝工藝方法。總裝分為船塢內安裝和船體下水后安裝。受限于船臺吊機能力，對船塢內安裝構件進行結構分段劃分，總裝時要規劃好安裝順序，尤其是帶反滾輪結構的轉臺總成。臂架和人字架安裝選擇在船舶下水后利用浮吊安裝。

轉臺總成中反滾輪結構和配重箱下部與轉臺主梁拆分，提前支墊于甲板，初定位后待轉臺主梁分段總裝后由下至上頂升調整反滾輪結構和配重箱。

4.1 臂架吊裝

臂架采用雙浮吊抬吊安裝，難點在于其重量大，加上十字吊架重約1 600 t，根據浮吊起重能力及臂架結構合理設置起吊點，并選擇柔性不傷臂架主材的吊帶等吊索具。其吊裝作業如圖9 所示。

圖9 臂架吊裝示意圖Fig.9 Schematic diagram of boom lifting

4.2 人字架安裝

人字架安裝較為復雜，底座在下水前即安裝完畢，前撐桿、后拉桿一起安裝，需在吊裝過程中翻身旋轉。前撐桿、后拉桿由可旋轉鉸軸連接，噸位達到1 200 t。通過制作連接工裝將前撐桿與后拉桿連接固定，將其平吊抬起后，后拉桿鉸軸孔對齊鉸軸座，穿軸定位，再割除連接工裝，提升人字架，打開前撐桿至安裝位置。其吊裝作業如圖10 所示。

圖10 人字架吊裝示意圖Fig.10 Schematic diagram of A-Frame lifting work

4.3 回轉機構安裝

本起重機回轉機構采用齒輪與銷齒嚙合，為開式齒輪。銷齒與銷孔配合為過盈配合，采取液氮冷裝方法。回轉齒輪安裝時可以輔以樣板對齒輪進行初定位，再通過調整環調整使其滿足齒高、齒長方向嚙合要求及齒側間隙要求等。

4.4 鋼絲繩纏繞安裝

隨著浮吊起重噸位增大，鋼絲繩直徑和長度也隨之增大，鋼絲繩纏繞方式也趨向復雜。本起重機鋼絲繩纏繞主要有起升、變幅鋼絲繩纏繞系統，其中變幅鋼絲繩纏繞系統更為復雜，纏繞方式如圖11 所示。

圖11 變幅系統鋼絲繩纏繞安裝示意圖Fig.11 Schematic diagram of winding wire rope in luffing system

大直徑和長度鋼絲繩穿繩一般采用引繩進行穿繩安裝，根據鋼絲繩安裝點之間跨度計算鋼絲繩垂度，以此來選擇引繩規格[3]。大型浮吊鋼絲繩較重，為降低施工作業強度，一般采用尼龍引繩和細鋼絲繩引繩2 道引繩進行穿繩作業。尼龍引繩連接細鋼絲繩引繩，細鋼絲引繩再接產品鋼絲繩。通過卷揚拉拽引繩進行穿繩纏繞，產品鋼絲繩穿繩入機構系統后斷開與引繩的連接，固定端一般采用現場澆鑄索接頭進行固定，卷筒端在保留系統要求總繩長和調整左右繩長后裁除多余繩長并固定于卷筒上。穿繩時應對鋼絲繩施加預緊力，以防止松繩、竄繩。

5 結 語

本文結合4 600 t 全回轉起重船對全回轉起重機的結構制造、加工、安裝技術進行了探討，列舉了制作中的一些重點難點和相應的技術方案，為實現項目的順利完成提供了良好的技術指導。當然隨著實際制造生產條件的不同也可采取不同的制造技術方案。本研究可為船舶、起重、海洋工程裝備制造提供工程參考?！?/p>