懸臂式堆料機俯仰機構(gòu)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(gòu)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(guān)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(xiàn)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)更換軸承不便，軸承無法直接取出，需對原結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)強度校核；②頂升胎具需要有可靠的結(jié)構(gòu)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(gòu)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(guān)節(jié)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(jié)構(gòu)更換軸承不方便，軸承無法直接拆除，需更改此處鋼結(jié)構(gòu)或?qū)⑵胶獗鄱屙斊鸶叱鲩T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(jié)構(gòu)下更換鉸點軸、軸承，需要對堆料機上層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行改造，方便以后此處鉸點的維護。新結(jié)構(gòu)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(guān)節(jié)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(nèi)外徑參照軸徑與鋼套內(nèi)徑而定，方便以后更換關(guān)節(jié)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(tǒng)的穩(wěn)定性；②保證維修工裝支撐位置鋼結(jié)構(gòu)的承載強度。

圖3 堆料機的頂升位置

2.2 頂升位置鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)截面積，mm2；S=369 600 mm2

計算得到：σ=47.6 MPa。

大機鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)強度滿足要求。

2.3 工裝設計與強度校核

堆料機臂架系統(tǒng)總重353.4 t，對單側(cè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yè)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(xiàn)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(diào)整頂升力150～200 t 或略高于200 t。人字架上放置縱向向后調(diào)整液壓千斤頂100 t，調(diào)整頂升力30～50 t。拆除軸端擋板，鉸點內(nèi)側(cè)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(cè)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(cè)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(nèi)側(cè)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(nèi)徑千分尺測量耳板內(nèi)徑尺寸Φ370（H7/f8）mm 處的配合公差。確認后，安裝自潤滑關(guān)節(jié)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(nèi)孔，配合使用油鎬，將銷軸從內(nèi)側(cè)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(cè)鉸點。注意，待到一側(cè)耳板鋼套焊接探傷合格后拆裝另一側(cè)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(xiàn)場。臂架俯仰試車，無振動、異響。

4 結(jié)論

（1）對維修工裝在負載狀態(tài)下受力的有限元分析和堆料機的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)未對其他位置結(jié)構(gòu)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(gòu)維修。