桅桿式起重機大構(gòu)件鏜孔加工工藝

王廣帥 李圭艷 許建新 梁 昊 李善慶

山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司 濟南 250200

近年來，隨著海上風電場的大規(guī)模建設(shè)和沿海地區(qū)石油化工業(yè)的蓬勃發(fā)展，在全國各大港口碼頭有大量超大超重型風力發(fā)電及石化用罐體結(jié)構(gòu)等零部件需要進行裝卸船作業(yè)。由于桅桿式起重機作具有起重量大、工作效率高、穩(wěn)定性高等特點，廣泛應(yīng)用于碼頭的大件吊裝作業(yè)，受其影響桅桿式起重機的市場需求量不斷增長。為滿足合同工期和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，結(jié)合桅桿式起重機本身的結(jié)構(gòu)特點，針對如何保證桅桿式起重機超大結(jié)構(gòu)件的鏜孔加工精度，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本等問題進行研究探討，制定出合理的制作工藝。

1 桅桿式起重機結(jié)構(gòu)特點

桅桿式起重機主要由底梁、人字架和起重臂3部分組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、單部件尺寸大、單件質(zhì)量大等特點。底梁可分為頭部節(jié)、中間節(jié)和尾部節(jié)等部分，在頭部節(jié)與尾部節(jié)頂部設(shè)有與起重臂、人字架連接的鉸接座；起重臂由根部節(jié)、標準節(jié)和頭部節(jié)組成，在根部節(jié)上設(shè)計有鉸接座，通過銷軸與底梁頭部節(jié)鉸接座連接，頭部節(jié)設(shè)計有變幅、起升滑輪組連接的滑輪座；人字架一般分為前支架和后拉桿2部分，這2部分在頭部由銷軸相互連接，而尾部則分別與底梁頭部節(jié)和尾部節(jié)的鉸接座由銷軸連接。其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 桅桿式起重機結(jié)構(gòu)示意圖

2 構(gòu)件鏜孔加工問題分析

1）構(gòu)件尺寸大

桅桿式起重機部件尺寸較大，以WGQ600型桅桿式起重機為例，底梁頭部節(jié)、尾部節(jié)上與前支架、后拉桿連接的鉸接座銷軸孔縱向中心距已超過30 m，底梁頭部節(jié)上單組鉸接座銷軸孔橫向中心距為8 m，為保證底梁鉸接座各組銷軸孔的尺寸公差及形位公差，對底梁進行整體加工是最佳的選擇方案，但若整體加工尺寸、質(zhì)量都如此大的底梁結(jié)構(gòu)需要有足夠大行程和剛性鏜銑床來完成，一般的加工設(shè)備和場地條件難以滿足。底梁構(gòu)件尺寸如圖2所示。

圖2 底梁構(gòu)件示意圖

2）加工成本高

通過采購大型鏜銑床或?qū)ふ屹Y源外協(xié)加工可解決此加工難題，但相應(yīng)地會帶來設(shè)備采購成本高、訂貨周期長或是部件往返加工時間長、加工臺班費用高等問題，給生產(chǎn)企業(yè)帶來較大的資金困難和工期問題。

3 大構(gòu)件鏜孔加工工藝

依據(jù)化整為零的思維，將底梁、起重臂和人字架進行拆分，對其上端部的鉸接座拆分后單部件鏜孔加工。如將底梁整體進行拆分，變?yōu)榈琢侯^部節(jié)、尾部節(jié)單件單獨進行鏜孔加工，而中間起連接作用的底梁中間節(jié)可暫不考慮加工；又如將起重臂整體拆分，加工頭部節(jié)變幅、起升滑輪組鉸接座和根部節(jié)的鉸接座，中間節(jié)可暫不考慮加工；再如將人字架前支架、后拉桿整體拆分，僅加工端部首尾段部件與底梁、滑輪組連接的鉸接座，中間節(jié)可暫不考慮加工。整體拆分后，單部件外形尺寸大大減小，對加工機床的選擇難度也大大降低。

以底梁加工為例，實現(xiàn)化整為零、單部件獨立加工的前提條件是要建立起整體思維，可將底梁整體狀態(tài)時的基準轉(zhuǎn)移到單部件上，保證底梁整體拆分后單部件能夠依照所留標記點進行找正加工，主要為：

1）初找底梁結(jié)構(gòu)整體縱向中心線和各組鉸接座軸孔橫向中心線

如圖3所示，以底梁結(jié)構(gòu)整體組合時的縱向中心線基準點O-O′為參照點，使用線垂或角尺引出參考點，用細鋼絲拉出底梁的縱向中心線4，注意因底梁縱向跨度大，細鋼絲要盡量繃緊，防止出現(xiàn)下?lián)犀F(xiàn)象，造成尺寸測量誤差過大。同樣，以底梁頭部節(jié)上的2組鉸接座的下料底孔，以及以底梁尾部節(jié)上的1組鉸接座的下料底孔為參照，并測量出底孔直徑尺寸，用細鋼絲穿過對應(yīng)位置的鉸接座的底孔，分別拉出每組鉸接座底孔的橫向中心線1、2、3，并繃緊細鋼絲。

2）校準縱向、橫向中心線的垂直度和水平度

①垂直度確定 在其中1組孔的橫向中心線上以底梁整體縱向中心線為基準點做一個中心標記點A，在此橫向中心線上2鉸接座內(nèi)開檔范圍內(nèi)兩側(cè)選取距離中心標記點A同一尺寸分別做2個標記點B、B′，并在離這組孔橫向中心線一定距離（不可太?。┑目v向中心線上內(nèi)側(cè)任意取一點做標記點A′，以縱向中心線上的標記點A′為基準點測量橫向中心線上2個標記點B、B′的距離，調(diào)整橫向中心線角度使測量的2個數(shù)值相等，以保證橫向中心線垂直于底梁整體縱向中心線。

②水平度確定 使用水準儀測量橫向中心線的水平度，為保證測量的準確性測量點盡量選擇在穿出2鉸接座的最外側(cè)細鋼絲上，調(diào)整使左右位置F、G數(shù)值一致，細鋼絲處于水平狀態(tài)。

③控制跨度和對角尺寸 底梁前后3組孔按照同樣方法調(diào)整垂直度和水平度完成后，以橫向中心線上的標記點B-B′、C-C′為基準，測量底梁頭部節(jié)上與前支架連接銷軸孔到底梁尾部節(jié)與后拉桿連接銷軸孔的關(guān)聯(lián)尺寸，使其跨度尺寸E及對角尺寸D符合技術(shù)要求。校準橫向、縱向鋼絲調(diào)整方法如圖3所示。

圖3 校準橫向、縱向鋼絲調(diào)整

3）作底梁鉸接座鏜孔找正基準點

以底梁尾部后拉桿連接鉸座橫向中心線為基準在2鉸接座兩側(cè)鋼板上使用劃針和樣沖，在銷軸孔底孔水平、豎直2個方向共4點位置量出同樣數(shù)值a分別做出基準點A、B、C、D，其余2組軸孔使用同樣方法完成標記點的標示，作為未來鏜孔找正的參考點。作基準點如圖4所示。

圖4 底梁尾部鉸座基準點標記

4）拆分后單部件加工

完成以上基準轉(zhuǎn)移工作后即可將底梁整體拆分，將底梁單部件放置到鏜銑床上，測量機床主軸與軸孔四周所留鏜孔找正基準點的距離，模擬整體劃線工況，進行單部件找正。裝夾工作完成后依照設(shè)計尺寸及公差要求進行鏜孔加工。

4 工藝特點分析

1）加工方式選擇空間大

將底梁拆分后，單部件外形尺寸減小，加工機床種類與型號的選擇空間也隨之增加，使用市面上常見的龍門鏜銑床、落地鏜、動力頭或鏜孔機即可完成鏜孔加工工作，取消了加工設(shè)備選擇對生產(chǎn)的限制。

2）生產(chǎn)成本降低

實現(xiàn)單部件鏜孔后，普通常見機床即可完成加工鏜孔工作，無需再采購大型加工設(shè)備，亦無需因?qū)で蟠笮驮O(shè)備的外委加工資源而付出高額加工臺班費用，可大幅降低加工成本。

3）加工精度略低

采取此加工工藝進行單部件的鏜孔加工，相比使用大型機床整體加工，對加工人員的技能水平要求較高。單部件通過調(diào)整機床主軸找正，以及加工人員能力的參差不齊，都會導(dǎo)致部件的加工精度比大型機床整體加工略低。因此，基準轉(zhuǎn)移單部件鏜孔的加工工藝僅適用于對形位公差和尺寸公差要求不是特別高的情況下采用，如起重機械、工程機械等。

4）加工工期略長

相對于整體加工，人員劃線及各部件單獨裝夾、單獨鏜孔的時間會相對較長，生產(chǎn)效率略有降低。

5 結(jié)語

為提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，本文闡述了桅桿式起重機的結(jié)構(gòu)特點及大構(gòu)件加工過程中的難點分析，并通過對桅桿式起重機大構(gòu)件采用化整為零、基準轉(zhuǎn)移的工藝方法，在部件加工精度精度要求略低的前提條件下，可有效解決大構(gòu)件加工對機床加工范圍要求高、鏜孔加工成本高等生產(chǎn)實際問題，同時也為其他類似的大構(gòu)件加工提供一種良好的思路。