淺談低凈空作業區域的吊裝解決方案

謝許敏

（上海振華重工長興分公司，上海 201913）

上海振華重工長興分公司2000畝沖砂車間空壓站內部凈高較低，且空壓機布置密集，設備與設備之間的間距較小，維修設備時很不方便。在余熱回收設備相關管道敷設安裝后，液壓推車等輔助工具已經無法進入維修區域。每次維修設備前，都必須制作較為堅固的簡易支架，使用手拉葫蘆起吊空壓機部件，起吊完成后再將簡易支架拆除。致使損壞的空壓機主機或相關部件無法及時運出來，繼而導致設備停機時間長。為使該空壓站設備維修便捷高效，需根據空壓站低凈空、設備間距狹小等特點設計吊裝解決方案。

1 空壓站內部及設計方案

1.1 空壓站內部空間

車間內空壓機橫向一字排列，車間內部設備布置縱向截面如圖1。

圖1 車間縱向截面

圖2 軌道校驗

空壓站內部尺寸：長度=50m，寬度=7.5m；橫向承重梁尺寸：寬=260mm、高=480mm；橫向承重梁間距：6000mm；縱向承重梁尺寸：寬=260mm、高=450mm；承重梁底部凈高：5395mm；空壓機縱向尺寸：高=2145mm、長=4000mm。

根據以上數據可以輕易得出結論，車間內部空間比較狹小，能夠為維修人員作業的有效精簡更小。

1.2 設計方案

（1）起重機構選型。因此，吊裝設備的設計初衷是為了保證吊裝的有效凈空高度，所以選用歐式電動葫蘆，起重量1t、自重36kg。根據改電動葫蘆的結構特點及結構參數，擬采用22a#工字鋼對主梁進行設計。

（2）軌道設計。根據空壓站內部結構，將兩排工字鋼固定在承重梁的下方，作為軌道。為保證吊裝設備實際使用的凈空高度，設計選用22a#工字鋼作為吊裝設備大車運行軌道。因考慮橫向承重梁和縱向承重梁的實際偏差，在保證軌道的水平和直線度后，軌道安裝完成后，僅能保證軌道以下凈空高度為5175mm。

設計要求：暫定軌距4165mm、軌道長度40m；固定牢固無明顯晃動和位移、滿足1.5t負荷、接頭處軌道斷面平整、接頭處鋼軌端面與軌道中心線垂直；軌道的實際中心線與軌道的幾何中心線的偏差不應大于3mm。

（3）大車運行機構設計。軌道以下凈空高度為5175mm。考慮空壓機高度2145mm，需在軌道以下3030mm的空間內設計吊裝設備，并保證能將維修部件準了轉運。根據軌道設計方案，吊裝設備只能設計成懸掛式，將常規小行車的電動葫蘆運行機構改成工裝的大車運行機構。在端梁上設計吊耳板，用于大車運行機構與吊裝設備的連接固定。

（4）吊裝設備結構設計。因考慮軌道以下的吊裝有效凈空高度僅為3122mm，必須盡量減小吊裝設備本身的結構高度，因此，端梁、主梁均采用22a#工字鋼進行設計模擬。①端梁設計。因吊裝作業現場需顧及每臺空壓機的部件吊裝和轉運空間，經現場測量確定，端梁長度確定為1300mm，去掉兩端的兩塊的10mm厚的加強擋板，22a#工字鋼的下料長度為1280mm。②主梁設計。因吊裝設備軌距已暫定4165mm，且22A#工字鋼的寬度為110mm，22a#工字鋼的下料長度為4275mm；根據起重機設計相關規范，主梁上撓要求約1/1000，暫定上撓5mm。

2 設計方案校驗

額定起重量：1000kg、電動葫蘆及吊鉤總重為36kg，單端梁設計自重47kg，主梁設計自重156kg，單條軌道重1602kg。

2.1 許用應力

軌道梁、橫梁、軌道所用都是工字鋼22a，其相關參數如下：x軸塑性發展系數yx=1.05；抗彎截面模量Wx=325000mm3；材料：Q235；σs=210N/mm2；根據GB3811動載系數取1.1；按相關規定安全系數ne取1.33；[σs]=210/1.33=158N/mm2。

2.2 軌道校驗

軌道共44m長，每6m一個支撐點，此計算中選取兩支撐點進行局部計算。

作用力：Q=1.1（1000+457）×10=16027N

支反力：Ra=16027×3/6=8014N

彎矩：M=8014×3000=2.4×107N.mm

彎曲應力：σ=M/（yx×Wx）=2.4×107/（1.05×325000）=70.4N/mm2≤158N/mm2。

2.3 端梁校驗

滿載狀態時，電動葫蘆在橫梁一端時，端梁受力最大。詳見圖3。

圖3 端梁校驗

作用力：Q=1.1（1000+161）×10=12771N

支反力：Ra=12771×640/1280=6386N

彎矩：M=6386×640=4.1×106N.mm

彎曲應力：σ=M/（yx×Wx）=4.1×106/（1.05×325000）=12N/mm2≤158N/mm2。

2.4 主梁校驗

滿載狀態時，電動葫蘆在主梁中間時，柱梁受力最大。詳見圖4。

圖4 主梁校驗

作用力：Q=1.1（1000+192）×10=13112N

支反力：Ra=13112×2138/4275=6556N

彎矩：M=6556×2138=1.4×107N·mm

彎曲應力：σ=M/（yx×Wx）=1.4×107/（1.05×325000）=41N/mm2≤158N/mm2。

經計算，設計方案的軌道、端梁以及主梁的結構強度校驗合格，滿足設計方案的使用要求。

3 設計及選型

3.1 大車運行機構

為提高設計結果及配件選型的通用性避免非標配件的使用，采用常規電動葫蘆行走機構作為大車運行機構。由設計圖可知，大車運行機構采用4組機構（8只行走輪），其中2組為主動運行機構（選用電機功率0.8kW/只），2組為從動運行機構（詳見圖5）。

圖5 大車運行機構圖

3.2 結構部分

（1）為保證吊裝設備下方的有效起升高度，主梁采用居中架在端梁上的方式進行設計。在主梁與端梁連接處兩側、端梁縱向中心位置焊接大車運行機構的連接耳板，耳板厚度16mm，詳見圖6。

圖6 吊裝設備結構圖

（2）為避免主梁結構軌道干涉（詳見圖6），主梁端部采用斜坡設計。主梁與端梁連接固定完成后，采用部分梯形板和三角板對端梁和主梁的連接處進行加固，用以提高吊裝設備的整體抗扭曲能力。梯形板和三角板采用10mm厚的鋼板進行切割下料。

3.3 起升部分

起升機構是吊裝設備的核心部件，選型的決策決定了吊裝設備的其中能力。因空壓站內的主要部件（如電機、空壓機主機）自重均不超過800kg，因此采用行業內常規起重量為1t的歐式電動葫蘆，總功率4.95kW。其尺寸為：長=700mm、寬=300mm、高220mm。

3.4 設計及選型結果

根據設計結果得知，吊裝設備的主結構相關參數如表1。

表1 吊裝設備的主要參數表

吊裝設備安裝完成后經現場測量，在已經保留電動葫蘆吊鉤的安全限位距離的前提下，吊鉤下端距離吊裝設備主梁以下的距離為600mm。經計算和測量，吊鉤以下、空壓機以上的有效吊裝高度為2700mm，滿足日常空壓機主機、電機及相關部件維修時候的吊裝需求（使用時，需盡量縮短起重鋼絲的長度）。

3.5 吊裝設備設計及選型優點

（1）設計結構緊湊，縮小整機尺寸、自重小，提高凈空高度的利用率；（2）減速機、齊聲電機和制動器三合一設計，更可靠，更耐用。起升電機接電持續率達60%，可靠性更高；（3）歐式電動葫蘆采用變頻控制，提高了設備安裝定位的準確率，有效減少負載晃動，提高維修效率，減少啟/制動時的負載沖擊，運行更平穩、更安全。（4）保證部件產品的標準型和互換性，有效減少整機的維護成本。

4 結語

此懸掛式吊裝設備從最的初方案設計、計算校驗，到選型以及制作，均根據空壓站低凈空特點進行，充分壓縮吊裝設備鋼結構及起升機構的尺寸。現場安裝完成后，通過電動葫蘆額定載荷1.1倍的動載試驗、1.25倍的靜載試驗證明，鋼結構的結構強度滿足現場作業的起重要求。通過數次維修時吊裝作業使用證明，吊鉤以下、空壓機以上的有效吊裝高度滿足現場的吊裝作業和轉運作業要求。