大型履帶式起重機臂架修復方案對比分析

張 帆

中石化重型起重運輸工程有限責任公司 北京 100029

大型履帶式起重機在施工現場因操作不當、超載、地基下陷、交叉作業等因素，容易造成臂架損傷。施工企業在選擇維修方案時，需要綜合技術方案的性價比，在諸多因素中要考慮維修成本、維修周期、技術方案的可行性，充分評估維修后對原來臂架系統的強度和穩定性的影響，并對臂架系統剩余使用壽命進行預判。通過維修方案的比選過程，為施工企業在類似維修項目的方案比選積累經驗；根據修復工藝過程，量化技術可行性評價指標，評價修復技術的可行性，得出損傷臂架結構可修復性的綜合決策結果，為臂架結構報廢及相關標準的制定提供理論依據；從損傷臂架結構使用性能（疲勞剩余壽命的可靠度、強度冗余）的可利用性，以及修復技術的可行性、經濟性、環境資源可行性的維度，綜合評估損傷臂架結構的可修復性。通過方案比選,可以大幅降低修復難度和修復成本。

1 設備概況

某型履帶式起重機為德國特雷克斯－德馬格公司制造，已投入使用多年。該設備用于國內的某煉化裝置大型設備整體吊裝時，在施工組裝過程中由于指揮操作不當等原因出現臂架意外損傷。

2 損傷情況

在主臂立桿有兩處損傷（圖1），具體損傷情況如下：

圖1 主臂立桿有兩處損傷

（1） 距右側底部主枝上端部320mm 處，有長150mm、寬90mm 凹陷，凹陷最深處約10mm，如圖2所示。

圖2 右側損傷

（2） 距左側底部主枝上端部340mm 處，有長150mm、寬90mm 凹陷，凹陷最深處約15mm，如圖3所示。

圖3 左側損傷

3 維修方案

根據臂桿損傷情況，向多田野（北京）科貿有限公司上海分公司[原特雷克斯（上海）管理有限公司]進行技術咨詢，但其不具備維修設備結構的能力，如果委托廠家進行臂桿維修，廠家只能從德國協調焊接工程師在中國境內實施維修任務，但受疫情影響該方案實施有難度。為此，維修管理人員與國內具有維修資質的工程機械修理廠A 公司、B 公司、C 公司進行了技術咨詢，他們分別提出了不同的維修方案。

3.1 局部維修方案

3.1.1 更換損傷臂桿立管部分弦管

A 公司提供的修復方案是，使用設備原廠備件和焊接材料（為設備制造廠家“臂桿維修指導文件”中推薦）。

（1）切割左側受傷立桿腹弦管，上切口在受傷部位中心往上100mm 處，下切口在距離主弦管往上10mm處，避免傷到主弦管；原廠立桿保留下方相貫線，切割出合適的長度；用角磨機打磨上切口切割部位，并打磨下切口殘余的立管，保證表面光滑無焊接殘渣；

（2）在左側立桿上切口處塞入與立桿同等材質的襯管，對齊擺正切割好的原廠立桿（事先在立桿上距離切口上、下大概7mm 處分別鉆孔），利用鉆孔及襯管自重，把襯管調整到合適的位置；

（3）切割右側受傷立桿腹弦管，上切口在受傷部位中心往上100mm 處，下切口在距離主弦管往上100mm 處；原廠立桿切割出上、下切口的距離長度；對切割部位進行打磨，保證表面光滑無焊接殘渣；

（4）用與（2）相同方法，在右側立桿上切口和已切割成型的原廠立桿內，塞入與立桿同等材質的襯管（事先在立桿上距離切口上、下大概7mm 處分別鉆孔），利用鉆孔及襯管自重，把襯管調整到合適的位置；

（5）先點焊立桿，調整出合適的位置后，使用原廠焊條進行焊接，保證焊前預熱溫度150℃；焊后利用保溫棉進行保溫24h，以減少焊接殘余內應力；

（6）焊后進行著色探傷檢測，檢查焊道是否有焊接裂紋和焊接缺陷；

（7）局部防腐噴漆，底漆一遍、面漆2 遍。

該維修方案維修費報價合計7 萬元，其中原廠立桿1 根和焊材材料費共3.7 萬元（采購周期為5 周）；維修費3.3 萬元（含往返運費1.75 萬元），維修工期為6d。

3.1.2 局部加強修復方案

B 公司提供了局部加強修復方案，具體如下：

（1）準備1 根材料規格為Φ193.7mm×7.5mm，長度為230mm，材質為BJ890 的管材，不需要氣割坡口；然后參照圖1 手工氣割成型，氣割出2 個半圓弧板；因氣割后開口張開較大，要采用壓折彎機進行整形，如圖4 所示。

圖4 加強板示意圖

（2）焊前處理，清理去除凹陷部位需施焊處20～30mm 范圍內的油污、銹斑、油漆、水漬和氧化皮等，直至出現金屬光澤，并對施焊部分周圍進行遮擋，防止其他部位油漆損壞；

（3） 參照圖5，將圖6 中2 個新下料的長度為230mm 的加強板，拼點在損壞的直腹桿上，加強板需完全覆蓋凹陷區域；

圖5 拼點示意圖

圖6 焊接示意圖

（4）采用直徑為Φ1.2、強度級別為80 級的焊絲，焊接電壓25～27V，焊接電流240～260A，焊接設備氣保焊機，保護氣體（82%Ar+18%CO2），氣體流量（15～20）L/ min。沿加強板四周進行焊接。注意：焊接前需對施焊部位進行預熱，預熱溫度100～150℃，焊絲重量為1kg。

（5）室內焊接時，如果有穿堂風應采取防護措施，如果使用風扇，則氣流不得吹向施焊處；露天焊接時，如遇雨、雪、霧霾及有風等天氣，應采取屏風阻擋或采用其他防護措施；

（6）焊接檢驗合格后，對凹陷一側的4 個接頭孔進行檢測，若發現孔徑同軸度偏差較大，則需對接頭孔進行補焊，然后參照圖紙進行機加工；

（7）機加工檢驗合格后，對以上施焊部位按照相關涂裝要求涂覆油漆。

B 公司承諾無償維修，僅收臂桿噴漆費用。

3.2 整體維修方案

A 公司和C 公司提出了，更換損壞的兩根立桿和與之相貫的側支撐管（共更換7 根支撐管）的方案，示意圖如圖7 所示。

圖7 更換損壞的兩根立桿和與之相貫的側支撐管示意圖

3.2.1 A 公司修復方案

（1）切割受損立桿及與之相貫的側支撐桿，切口在距離臂桿主弦管10mm 處，避免傷及主弦管；

（2）對切割部位進行打磨，保證表面光滑無焊接殘渣；

（3）以相同12m 臂桿做工裝，與損壞臂桿相連，調整臂桿尺寸；

（4）先點焊立桿，調整位置，對立桿進行施焊，再對側支撐管施焊；

（5）使用原廠焊條進行焊接，保證焊前預熱溫度150℃，焊后利用保溫棉保溫24h，以減少焊接殘余內應力；

（6）焊后進行著色探傷檢測，檢查焊道是否有焊接裂紋和焊接缺陷；

（7）局部防腐噴漆，底漆一遍、面漆兩遍。

該方案維修費用合計26.71 萬元，其中原廠立桿7根和焊材材料費18.53 萬元（供貨期為5 周）；人工費8.18 萬元（含2 節12m 臂桿來回運費3.5 萬元），維復工期為15d。

3.2.2 C 公司修復方案

（1）現場測繪損傷臂桿的原始尺寸，精確測繪需要修復替換部件的尺寸，包括長度、直徑、壁厚，以及與主弦管的相關角度；

（2）使用與原廠臂桿立管母材相同的高強度細晶粒無縫鋼管，鋼管為德國曼內斯曼公司進口高強度鋼管，牌號為FGS78WV，加工出精確的與主弦管的相貫線；

（3）使用氣刨切割7 根需要替換的支撐管，切口與主弦管預留20mm，避免主弦管受傷，并使用角磨機將殘余的支撐管磨掉；

（4）用另一節12m 臂桿做工裝，與被修復臂桿連接，調整被修復臂桿尺寸；使用與上述鋼管相匹配的焊接材料（焊絲選用德國進口高強度焊絲，牌號為AWS120S- G），焊前預熱溫度150℃，焊后利用保溫棉保溫24h，以減少焊接殘余內應力；

（5）點焊支撐管，測量整體臂桿的尺寸合格后，先對立桿進行施焊，再對側支撐管施焊；

（6）采用磁粉探傷檢測所有焊縫，檢查是否有焊接裂紋和焊接缺陷；

（7）局部防腐噴漆，底漆一遍、面漆兩遍。

該方案采用現場維修的方式，費用合計7.46 萬元（不包含現場維修機械配合費用），維修工期9d。

4 小結

通過對上述三家維修單位編制的維修方案進行技術實施難易程度評估、商務比價、維修周期比較，并考慮維修方案對臂架整體壽命的影響等因素，擬采用B公司的局部加強維修工藝，避免對已經損傷的部位進行切割操作，盡量減少對臂架結構的破壞，減輕修復過程對臂架剩余使用壽命的影響。通過有限元建模分析，在不破壞受損部位的前提下，采用可靠修復措施，保障了設備關鍵部位的使用壽命和整節臂架結構的穩定性。通過對大型進口履帶式起重機維修案例的分析與總結，為今后大型履帶式起重機在出現故障后的評估積累經驗，為判定受損臂架的延用、修復、更換、報廢提供科學方法和判別標準。