犧牲陽極焊接有軌臺車的研發設計

陳帝油

摘 要：本文是基于實際工程項目撰寫的，近些年來，跨海隧道也逐漸成為基建熱點工程，而海底隧道制造施工要求較高，在隧道的外壁需要焊接陽極，來保護管道的內鋼結構的不被海水腐蝕。海底隧道一般是分成多節制造的，隧道的外部高度一般高達10余米，外壁上需要按照要求布置有數以百計的陽極管，陽極管長達2.6m，重400kg，由于隧道外壁較高，且陽極管較長，并且還需將陽極管豎直進行焊接，焊接完單根陽極還需要上下或者左右的移動來繼續對其他陽極進行焊接，這就對工裝提出了很高的要求。本文將在現有起重機械的結構設計基礎上進行改進設計，研發出一種能夠較好適用于海底隧道陽極焊接作業的專用工裝設備。

關鍵詞：工裝設備;海底隧道;改進設計;陽極焊接

1 應用概況

海底隧道的外部高度一般高達10余米，長30m，重達上百噸，在隧道下海之前，就需要完成對隧道外壁陽極的焊接工作。對于這種不方便移動且高度較高的物品焊接，需要搭置腳手架，或者使用登高車來進行焊接，但由于隧道管道數量較多，有幾十段，如果使用搭腳手架的方法，拆裝腳手架非常麻煩，需要的工期長。而使用登高車，雖然能夠靈活移動，但有些陽極的位置較高，陽極與管壁定位以及人員的安全性很難得到保障。因此研發設計出一種能夠完全適用于海底隧道陽極焊接作業的新型工裝設備變得非常有必要。

2 設計方案的提出

在方案設計的初始階段，提出一種半門式的提升工裝作為方案構想，這是一種以施工升降機為原型主體，而在其底部設置水平運行機構，以施工升降機作為上下移動的機構，而水平移動則依靠車輪的水平運行來實現，構成“半門式”結構。但是，由于現場的空間限制，結構穩定性及頂部無法布置運行軌道等多種原因，該方法并不可行。

最終，我們確定了犧牲陽極焊接有軌臺車的方案，該方案將在龍門吊形式的基礎上改造設計，在支腿上增設一套卷揚機構，用于起吊雙層吊籠，通過吊籠的上下移動，橫梁裝置上的驅動裝置來實現左右平移，在主梁上設置有2臺電動葫蘆對陽極進行配合吊裝，當2個葫蘆抬吊著陽極來到外壁位置，一臺葫蘆首先下降，當陽極垂直后，兩葫蘆同步下放，到達焊接位置，吊籠上下2層分別站有1人，通過人工將陽極固定，松開陽極吊具，從而實現在隧道外壁上對陽極工裝的作業，橫梁上的驅動裝置，吊裝陽極以及起吊吊籠的葫蘆上分別安裝有編碼器，并且配備有觸摸屏，能夠實現在吊籠內對位置的控制。犧牲陽極焊接有軌臺車方案如下圖所示。

3 犧牲陽極焊接有軌臺車的設計

整個犧牲陽極有軌焊接臺車主要由橫梁裝置、支腿、主梁、吊籠、吊籠提升葫蘆等所部分構成，并且設置有防風拉索、夾軌器等必要的防風設備。主梁：采用箱型結構兩個用于吊裝陽極的兩個葫蘆安裝懸掛于主梁下部。上部連接梁：采用H型鋼制作，中部與主梁連接，兩端與支腿連接;下橫梁采用鋼板焊接箱型結構，下橫梁有大車運行機構，下橫梁上面與支腿連接。支腿采用H型鋼制作，一側支腿上安裝吊籠與起吊葫蘆。吊籠采用型鋼制作，分上下兩層，吊籠主要作用是為了放置焊接設備以及承載工作人員完成焊接工作，在吊籠兩側分別設計有2組導向輪，用于確保提升的穩定性，吊籠頂與提升葫蘆平臺上布置有2套滑輪組，鋼絲繩經由滑輪的作用來實現吊籠的提升。整機結構采用有限元進行分析，強度剛度良好。在吊籠側支腿上還安裝有監控系統，用于實時監控葫蘆與吊籠的運行情況，方便進行調整。

對重要結構件進行受力分析計算后，對其進行仿真分析，應力云圖如下圖所示：

經方針分析可知結構應力與位移均在合理范圍內。

4 總結分析

本此設計的犧牲陽極有軌焊接臺車是在現有起重機基礎上進行改進設計，使其能夠適用于特殊的工作環境，在受力分析的基礎上進行了有限元仿真分析，確保設計的準確性與安全性。本設計運用的思路可為往后在工程應用當中的類似設計作為借鑒，掌握好有限元分析技術能夠更好的解決實際工程應用當中遇到的問題。

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