回轉(zhuǎn)臂架式裝船機(jī)俯仰油缸更換工藝

李振朋，趙華建，張玉光，張文鑫，張泗森

（國投曹妃甸港口有限公司，河北唐山 063210）

1 項(xiàng)目背景

某港續(xù)建工程配置的裝船機(jī)在2012年投入使用，設(shè)計(jì)額定能力為6500 t/h，瞬時(shí)最大能力為7250 t/h。SL8裝船機(jī)是一臺(tái)回轉(zhuǎn)臂架裝船機(jī)，其臂架的俯仰動(dòng)作由2根大型液壓缸驅(qū)動(dòng)。SL8是使用頻率最高的裝船機(jī)，其作業(yè)量占到續(xù)建工程裝船量的40%以上。在設(shè)備專項(xiàng)檢查過程中，發(fā)現(xiàn)其中1根俯仰油缸有泄漏油情況，且通過詳細(xì)多次的測(cè)壓和觀察，確定液壓缸內(nèi)部有泄壓的情況，臂架伸到前端時(shí)有緩慢下沉情況，在作業(yè)過程中存在撞擊船舶的巨大風(fēng)險(xiǎn)，急需更換。

2 原因分析

在深入分析臂架俯仰機(jī)構(gòu)的原理后發(fā)現(xiàn)，如果俯仰液壓系統(tǒng)有泄漏情況，那么油缸就無法使臂架保持在固定的俯仰位置[1]。詳細(xì)檢查裝船機(jī)俯仰液壓系統(tǒng)的外接管路和各閥塊均無泄漏，因此判斷系統(tǒng)內(nèi)泄是導(dǎo)致臂架下沉的主要原因。

為了確定是管路上的液壓鎖內(nèi)泄還是油缸內(nèi)泄，使用壓力表進(jìn)行測(cè)量。將2個(gè)壓力表接在油缸測(cè)壓點(diǎn)6H（無桿腔）和6I（有桿腔）上，在液壓鎖之前（圖1）。讓臂架做俯仰動(dòng)作，下俯過程中測(cè)得6H點(diǎn)壓強(qiáng)為7 MPa，6I點(diǎn)壓強(qiáng)為15 MPa；下俯停止后，立即將截止閥53A關(guān)死（以便單獨(dú)檢測(cè)油缸A），6I點(diǎn)壓強(qiáng)從15 MPa以較慢的速度（1 MPa/min）下降到9 MPa并保持穩(wěn)定，6H點(diǎn)壓強(qiáng)由7 MPa上漲到9 MPa并保持穩(wěn)定，所以判斷是油缸A內(nèi)泄。

圖1 俯仰液壓系統(tǒng)油缸部分工作原理

為確定是1根油缸還是2根油缸內(nèi)泄，需要繼續(xù)按上述方式檢測(cè)，判斷油缸B無內(nèi)泄。由于兩油缸的無桿腔由1個(gè)油管連接，單根油缸內(nèi)泄后，另1根油缸也起不到支撐臂架的作用，所以臂架會(huì)下沉。

3 油缸更換工藝方案的安全性驗(yàn)證

找出了臂架下沉的原因和內(nèi)泄的油缸，為徹底解決問題，需要更換內(nèi)泄的油缸。俯仰油缸最短長(zhǎng)度超過9.5 m，重量約13 t，安裝在裝船機(jī)的頂部位置，距地面約為45 m左右，施工空間狹窄，更換難度和風(fēng)險(xiǎn)都很大；且臂架尾部配重較大，擔(dān)心貿(mào)然拆下油缸后，會(huì)影響整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

聯(lián)系裝船機(jī)主機(jī)廠，更換油缸要40萬左右的方案費(fèi)和維修費(fèi)，且吊車設(shè)備需要港方提供，更換1根油缸的費(fèi)用會(huì)達(dá)到60萬左右。聯(lián)系外部專業(yè)維修隊(duì)伍，但沒人敢于接受，因?yàn)檫@種安裝在高空的大型油缸更換在國內(nèi)同類港口中尚屬首次，沒有成熟的維修經(jīng)驗(yàn)可以借鑒參考。

為了保障設(shè)備安全和生產(chǎn)的順利開展，制定出符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的更換工藝方案，并且安全順利地將損壞的油缸換下。通過查閱廠家提供的液壓系統(tǒng)說明書和相應(yīng)的竣工圖紙，發(fā)現(xiàn)裝船機(jī)臂架設(shè)計(jì)有單缸俯仰模式，因此可以確定拆除一根油缸不會(huì)對(duì)整機(jī)的穩(wěn)定性和安全性造成影響，結(jié)合竣工圖紙中的維修拉桿設(shè)計(jì)，可以定性地確認(rèn)裝船機(jī)在臂架縮到后極限時(shí)尾部配重質(zhì)量大，臂架整體有上升的趨勢(shì)。

為了確保在拆除1根油缸后維修拉桿能提供有效保護(hù)，進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)油缸壓強(qiáng)，在臂架縮到后限位時(shí)做臂架俯仰動(dòng)作，臂架俯仰向下時(shí)測(cè)得油缸有桿腔壓力19 MPa，無桿腔壓力9 MPa，停止后壓力分別為15 MPa和7 MPa，有桿腔面積為786 cm2，無桿腔面積為1590 cm2。

根據(jù)壓力計(jì)算公式F=PS可以得到油缸對(duì)外界提供的力的公式為：F油缸=2（F無桿-F有桿）；其中F無桿=P無桿S無桿，F(xiàn)有桿=P有桿S有桿。當(dāng)F油缸為正值時(shí)，油缸對(duì)擺動(dòng)架（即臂架配重）提供推力，支撐配重；當(dāng)F油缸為負(fù)值時(shí)，油缸對(duì)擺動(dòng)架提供拉力，拉住配重，防止配重下落、臂架上升。

將測(cè)得的油缸壓力數(shù)值和油缸面積帶入上述公式，計(jì)算得出F油缸=-125 kN（動(dòng)作時(shí)）、F油缸=-132 kN（停止時(shí)）。計(jì)算數(shù)據(jù)與定性分析一致，說明在臂架歸零狀態(tài)時(shí)，尾部配重比臂架重。

為確保安全，選取數(shù)值大的進(jìn)行安全性驗(yàn)證。按照安裝圖紙中維修拉桿與俯仰油缸的尺寸圖可以查閱到：維修拉桿對(duì)配重的力臂是油缸對(duì)配重力臂的1.875倍。油缸對(duì)配重的拉力為132 kN，可以推導(dǎo)出當(dāng)俯仰油缸拆除后，修拉桿所受到的拉力為70.4 kN，分到每根拉桿上的拉力為35.2 kN。

分析維修拉桿的設(shè)計(jì)形式和連接方式，找出了維修拉桿的薄弱點(diǎn)，分別為拉桿耳板和拉桿銷軸：拉桿耳板受到拉力而斷裂，銷軸受到剪切力而剪斷。圖紙上面沒有標(biāo)注耳板的尺寸，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)其厚度為10 mm，最窄處為200 mm，單個(gè)耳板截面積為2000 mm2，總截面積為4000 mm2；銷軸直徑D=88 mm，截面積為6079 mm2。根據(jù)應(yīng)力計(jì)算公式P=F/S可以計(jì)算出：拉應(yīng)力P拉=8.8 MPa，剪應(yīng)力P剪=5.79 MPa。

維修拉桿和銷軸的材料為SS400，對(duì)應(yīng)國標(biāo)Q235鋼材,查閱其屈服強(qiáng)度不低于235 MPa，剪切許用應(yīng)力為0.6～0.8倍屈服強(qiáng)度，取最小值為141 MPa，均遠(yuǎn)大于上述計(jì)算出的數(shù)值，證明維修拉桿的安全性足夠。

4 油缸更換工藝方案的制定

通過驗(yàn)算和圖紙資料確定了維修的安全性，參考已有的取料機(jī)俯仰油缸更換方案制定出如下的工藝方案，并邀請(qǐng)公司內(nèi)部專家和外部專家進(jìn)行了詳細(xì)的論證。

（1）將維修拉桿松下后調(diào)整臂架俯仰角度將拉桿與底座連接好，兩側(cè)拉桿均連接好后，升臂架至拉桿平直且不受力的狀態(tài)，利用維修拉桿為臂架提供額外保護(hù)，提高維修過程的安全系數(shù)。

（2）關(guān)閉油缸B的上下截至閥43D和44D，關(guān)閉油缸B與油缸A無桿腔聯(lián)通的截止閥53B，確保油缸B獨(dú)立起到支撐臂架和配重的作用。

（3）如圖2所示，將油缸A閥塊上的截止閥47A、49A打開，使得上下腔互相聯(lián)通并接通油箱，使油缸中的壓力油回歸油箱，使得油缸A對(duì)上下鉸點(diǎn)的作用力為零，即確保安全又有利于鉸點(diǎn)軸的拆卸。

圖2 油缸閥塊上截止閥位置

（4）為更換油缸安裝適合的維修平臺(tái)，拆卸內(nèi)泄油缸后安裝新油缸，將油缸無桿腔端銷軸裝入底座，接好之前拆除的管路和限位開關(guān)，就地操作油缸做伸縮動(dòng)作，為新油缸沖油排氣，然后用手動(dòng)泵調(diào)整有桿腔端位置，以便順利安裝完油缸。

（5）新油缸安裝完成后，解開維修拉桿，打開關(guān)閉的截止閥43D、44D和53A，關(guān)閉截止閥47A、49A后，讓裝船機(jī)臂架在正常范圍內(nèi)做俯仰動(dòng)作，徹底排凈油液中的空氣。檢查油箱油位，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，全面檢測(cè)液壓系統(tǒng)參數(shù)，如油缸壓力、泵的排量、泵的聲響和振動(dòng)等，確保一切正常。

5 現(xiàn)場(chǎng)施工

油缸更換工藝方案已制定，前期計(jì)算、實(shí)驗(yàn)等準(zhǔn)備工作已完成，與生產(chǎn)業(yè)務(wù)部溝通協(xié)調(diào)SL8停機(jī)時(shí)間事項(xiàng)也有了答復(fù)，停機(jī)日期確定，工期預(yù)計(jì)8 d。裝船機(jī)俯仰油缸更換步驟如下：

（1）將大機(jī)停到最東側(cè)210泊位位置，并將大臂放平，連接維修拉桿并安裝油缸的維修平臺(tái)和防護(hù)欄。

（2）關(guān)閉完好油缸B上相應(yīng)的截止閥、打開待換油缸A上的截止閥后，將油缸A的上鉸點(diǎn)銷軸拆出、使缸桿縮到底部，用300 t吊車和10 t手拉葫蘆等將油缸吊裝住，開始拆卸下端鉸點(diǎn)銷軸。

（3）油缸下銷軸拆出后，拆除手拉葫蘆等輔助工具，并清理吊裝區(qū)域的人員及雜物，將油缸從鋼結(jié)構(gòu)縫隙中吊出，妥善放置在地面上，并將新油缸吊入原位。

（4）重新掛裝手拉葫蘆，將油缸下鉸點(diǎn)調(diào)整到底座支架處，安裝好下銷軸，然后松開吊車吊鉤，靠手拉葫蘆調(diào)整角度同時(shí)啟動(dòng)液壓泵，使油缸上鉸點(diǎn)進(jìn)入到上底座處，停止液壓泵，靠手動(dòng)泵微調(diào)，將上銷軸安裝好。

（5）新油缸安裝好后，將維修平臺(tái)拆除并解開維修拉桿，聯(lián)系人員收拾好維修工具并撤到安全區(qū)域后，聯(lián)系裝船機(jī)在作業(yè)角度時(shí)做臂架俯仰動(dòng)作，徹底排凈油液中的空氣，同時(shí)補(bǔ)充了兩桶液壓油，防止缺油。

為保證本次俯仰油缸更換工作安全有序進(jìn)行，公司領(lǐng)導(dǎo)多次到場(chǎng)檢查指導(dǎo)工作，部門負(fù)責(zé)人全程跟進(jìn)，多名技術(shù)員和安全人員在現(xiàn)場(chǎng)盯控安全、技術(shù)細(xì)節(jié)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活調(diào)整維修工序，確保油缸更換工作安全高效。俯仰油缸更換的工藝方案科學(xué)合理，部門高度重視，維修隊(duì)伍安全施工，順利將新油缸安裝到位并調(diào)試完畢，在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)順利完成了維修工作。

6 結(jié)語

此次裝船機(jī)俯仰油缸的更換工作使用了300 t吊車吊裝油缸，吊裝高度在60 m以上，難度和風(fēng)險(xiǎn)極大，是國內(nèi)首次在高空更換這種大型油缸，增強(qiáng)了公司的維修技術(shù)能力，為公司積累了相應(yīng)的技術(shù)底蘊(yùn)，也為同類型港口提供了成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。