一種V形輥道支撐設計應用

張 耀 ，汪春標 ，李 林 ，李 思 ，趙 秀

（1.海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520；2.山東建設建工集團公司，山東青島 266520）

1 研究背景

海洋工程建造領域的鋼結構管（包括大型深水鋼結構物的主導管、鋼樁、拉筋等）在陸地建造過程中均由鋼板經過劃線、切割下料、卷制成管、縱縫組對焊接、環縫組對焊接等工序進行接長完成，整個工序在施工車間呈流水作業狀態。

鋼結構管因管徑大、長度長、噸位重，在預制建造過程中需用輥道輸送（圖1）。輥道是制管工作的核心設備，是將單節管段組對拼接成長管段的專用設備，具備對結構管進行輸送、提升、組對和旋轉等多種功能，其運行情況很大程度上影響到車間的生產效率和整個工藝流程的連續性[1]。

輥道按功能分為3種，即組對輥道、焊接輥道和輸送輥道：組對輥道能夠實現對結構管的提升、傾斜（即上撬和下撬）和平移，以便調整管段接口對接位置（圖1）；焊接軌道的兩側設置有對稱分布且間距可調的輥輪，能夠實現結構管的轉動，便于利用自動焊接設備對結構管進行焊接；輸送輥道是由一系列高度相同且呈直線布置的V形輥裝置組成，能夠將接長后的結構管輸送出車間以便進行場地接長或裝船出海。

2 鋼管輸送輥道的使用現狀和問題

海洋石油工程（青島）有限公司所承接的導管架及組塊項目的制管作業中，涉及大管徑、大壁厚的結構管數量巨大，且制管作業施工周期長、強度大，導致輥道一直處于滿負荷作業狀態，從而使輥道的維修頻率增加。輥道在傳送過程中，輥道軸會由于管段的變徑或變壁厚等原因而受到較大局部沖擊力。另外，在起重吊裝過程中造成的管端傾倒，也會對輥軸產生重壓，導致輥軸斷裂（圖2），進而造成施工中斷。特別是一些深水項目的導管及立柱，其外徑規格不統一，存在錐形過渡管及變壁厚的情況，對現有的輥道支撐的強度有了更高的要求。

圖1 結構管在組對輥道上進行組對接長

為了保證輥軸不因承重過大而變形或斷裂，需對管段接長長度和噸位進行限制，將管段分成小段，運輸至場地進行二次接長，這樣不僅增加了工序、延長了施工周期，還要占用吊裝資源，投入了更大的人力物力，且施工質量不易保證。

圖2 輥軸斷裂

3 V形輥支撐的設計

3.1 設計方案1

本方案是在V形輥中間連接軸下部設置了半圓弧面支撐（圖3）：弧面支撐表面是一層銅軸套，軸套與V形輥中間連接軸留有一定間隙并涂上潤滑脂。不受力情況下，V形輥與支撐并不直接接觸，可以避免摩擦磨損，當V形輥因承載結構管而受壓變形時，弧面支撐可以防止V形輥變形過大或斷裂，同時間隙內的潤滑脂可在一定程度上減少機械磨損、防止金屬腐蝕，從而增強V形輥的平穩性和可靠性，延長V形輥的使用壽命。

3.2 設計方案2

本方案V形輥支撐選用了高強度和韌性的42CrMo合金進行整體鍛造，具備較強的抗瞬間沖擊能力。整個裝置由基座、安裝在基座內部的數個楔塊、安裝在楔塊上部的調節支撐座及可調節支撐座高度的調整螺釘所構成：基座為方形框架，上端開口，其余各面封閉，2個相對側面各設有調整螺釘的穿入孔；調節支撐座為U形面結構，其中3個面上各設有一孔，孔內放置支撐墊片并設有注油道（為接頭式壓注油杯）。支撐墊片為弧形且為點支撐，由含油尼龍材料制成，與V形輥垂直相交。楔塊為三角形，且大頭為上、下疊加放置。

圖3 設計方案1

工作原理：通過對內部2個楔塊的相對水平移動來調節支撐座上尼龍圓柱與V形輥的接觸間隙（圖4）。尼龍圓柱為接觸面，可有效減少摩擦阻力。尼龍材料為澆鑄的含油尼龍，以鑲嵌的形式安裝在支撐底座，便于更換?；惭b在V形輥下方的平臺，利用調整螺栓調整接觸面的間隙調整到1.5 mm以內。使用前可以用黃油嘴將潤滑脂加注到尼龍支撐圓柱中間，實現潤滑。傳送管件時，V形輥受到沖擊載荷變形超過1.5 mm時，V形輥支撐便可起到有效的承托作用。由于接觸面含油尼龍和潤滑脂的作用，摩擦系數低，不會造成V形輥卡死和磨損現象，當支撐柱磨損間隙過大時，可以調整楔塊恢復間隙的正常值。

圖4 設計方案2

該裝置可以調節支撐高度、及時補償磨損間隙的V型輥，從力學結構上解決瞬間沖擊過載的問題，當V形輥受到較大沖擊載荷時，可以得到下部的有效支撐，能避免斷裂發生，有效提高V形輥的使用壽命。

4 V形輥支撐的應用與效果

制作上述2種V形輥支撐并應用，安裝支撐后的V形輥經過2年多的使用沒有出現斷裂現象（圖5、圖6）。改造前，項目進行導管和鋼樁接長時，生產線V形輥每年需要更換10根左右。單根V形輥的價格約3萬元人民幣，改造后V形輥支撐可提高V形輥使用壽命，大大降低V形輥維修率，節省維修成本。

對比2種設計方案的現場使用效果，在使用一段時間后方案1中的V形輥支撐與連接軸的間隙不斷變大，支撐效果逐漸變差；而方案2可以通過調節支撐高度、及時補償磨損間隙，支撐效果依然較好。

圖5 設計方案1應用現場

圖6 設計方案2現場應用

5 結語

在V形輥承壓時，V形輥支撐能對其提供有效支撐，解決了V形輥無法傳送噸位較大結構管的問題，生產效率大大提高，同時降低了V形輥的維修率和維修成本。方案2設計的V形輥支撐因可以調節支撐高度、及時補償磨損間隙，長期使用時效果更好。