一種粗軋機(jī)牌坊吊裝系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

劉勇豪，田茂進(jìn)，黎 峰

（廣西鋼鐵熱軋廠，廣西防城港 538002）

0 引言

1780 mm 板材系統(tǒng)工程廠房跨距30 m，柱距有10 m、12 m、18 m，廠房高度21 m；主軋跨內(nèi)有牌坊設(shè)備的主要有粗軋機(jī)2臺(tái)、精軋機(jī)7 臺(tái)等。軋制中心線位于偏跨，傳動(dòng)側(cè)在另一相鄰車間內(nèi)。主軋跨內(nèi)安裝2 臺(tái)100 t 天車、1 臺(tái)75 t 天車用于設(shè)備安裝和維護(hù)。1780 mm 生產(chǎn)線R2 粗軋機(jī)牌坊（以下簡(jiǎn)稱牌坊）分布于軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，是整臺(tái)軋機(jī)其他部件安裝及軋機(jī)精度保證的基礎(chǔ)。

正常軋機(jī)牌坊的吊裝均采用1 臺(tái)起重機(jī)將牌坊豎立起來(lái)，運(yùn)輸至安裝位即可。但由于工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，給牌坊吊裝帶來(lái)極大困難。該臺(tái)軋機(jī)牌坊長(zhǎng)度尺寸大，單片重量高，是典型的重大設(shè)備。從客觀來(lái)看，工程現(xiàn)場(chǎng)起重機(jī)能力和起重高度的限制、廠房柱承載力有限和起重路線上其他因素的限制，更是給牌坊吊裝帶來(lái)很多困難。本工程為鋼結(jié)構(gòu)廠房，主軋跨屋面檐口上弦標(biāo)高為+28.3 m，主軋跨距30 m（圖1）。牌坊整體鑄造加工而成，單片牌坊外形基本尺寸為12 m×4.7 m×1.6 m，重190 t（圖2）。

圖1 廠房結(jié)構(gòu)尺寸

圖2 單片牌坊外形

1 系統(tǒng)吊裝方案設(shè)計(jì)

根據(jù)工程資源，利用因果分析方法，列出導(dǎo)致牌坊不能正常吊裝的原因，再根據(jù)原因結(jié)合已有資源制定牌坊吊裝方案（圖3）。

圖3 系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)

1.1 吊裝方案設(shè)計(jì)

（1）牌坊進(jìn)廠路線。進(jìn)廠運(yùn)輸?shù)缆酚捎谑軋?chǎng)地限制，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況確定最佳的進(jìn)場(chǎng)路線（圖4）。

圖4 牌坊運(yùn)輸車輛進(jìn)廠路線

（2）牌坊卸車（操作側(cè)牌坊）。由200 t 拖車將單片牌坊由廠區(qū)公路運(yùn)至主軋跨2-31～2-32 線內(nèi)，利用2 臺(tái)100 t 行車抬吊進(jìn)行卸車（圖5）。

圖5 牌坊卸車

（3）牌坊橫移及暫放（操作側(cè)牌坊）。由2 臺(tái)100 t 行車以抬吊方式將牌坊水平運(yùn)輸至已設(shè)置好的鋼坯上，而在鋼坯底部的兩端分別用H型鋼鋪設(shè)，使得牌坊可以穩(wěn)定地落在鋼坯上，在支承輥換輥軌道基礎(chǔ)上和軋機(jī)軌座基礎(chǔ)上分別用型鋼支撐鋼坯（圖6）。

圖6 牌坊臨時(shí)放置

（4）牌坊直立（操作側(cè)牌坊）。用2 臺(tái)100 t 行車及抬吊吊具將牌坊上端抬起，直立。在此過(guò)程中，采用H400 的型鋼制作臨時(shí)支撐，并將其與鋼坯進(jìn)行焊接處理，以防止臨時(shí)支撐傾倒。為避免在牌坊的上吊過(guò)程中發(fā)生滑動(dòng)，在鋼坯的頂端位置焊接擋塊。用2 臺(tái)100 t 天車抬吊過(guò)程中，保持在牌坊耳座不離開鋼坯及擋塊的情況下，將牌坊吊起（圖7）。

圖7 牌坊豎立

（5）牌坊安裝（操作側(cè)牌坊）。牌坊直立后，拆除擋塊，將牌坊水平吊至指定位置緩慢下落就位，以重復(fù)步驟完成另一片牌坊的吊裝。吊裝完成后，拆除鋼坯、用H 型鋼制作的臨時(shí)平臺(tái)等，如圖8所示。在操作側(cè)牌坊安裝在軋機(jī)底座后，以安裝操作側(cè)牌坊的步驟和方法來(lái)吊裝傳動(dòng)側(cè)牌坊，即可完成2 片軋機(jī)牌坊的安裝（圖9）。

圖8 牌坊安裝

圖9 傳動(dòng)側(cè)牌坊安裝

1.2 吊裝參數(shù)核算

1.2.1 吊裝空間核算

天車在極限高度時(shí)吊梁底面距牌坊底座距離為13.31 m；鋼絲繩選用Φ80 mm，鋼絲繩長(zhǎng)度為6 m；采用捆綁式綁扎方式吊裝，吊梁高1.1 m，寬0.8 m；牌坊上梁高1.7 m，寬0.8 m；得出吊梁底面至牌坊上表面距離為0.95 m（圖10）。

圖10 牌坊吊裝空間

牌坊高度為12 m，天車在極限高度時(shí)吊梁底面距牌坊底座距離減去牌坊的高度，再減去吊梁底面至牌坊上表面距離，就得出牌坊底面至軌座上表面的距離為0.365 m＞0，故此吊裝空間滿足吊裝要求。

1.2.2 起重量核算

天車額定起重量為100 t，牌坊重190 t，吊具重7.7 t，鋼絲繩重2 t。2 臺(tái)天車抬吊，天車額定起重量為200 t。牌坊及吊梁等工具共計(jì)199.7 t，200 t＞199.7 t，天車起重量滿足吊裝條件。

1.2.3 鋼絲繩核算

天車額定起重量為100 t，牌坊重190 t，吊具重7.7 t，鋼絲繩重2 t。牌坊及吊梁等工具共計(jì)199.7 t。鋼絲繩選用計(jì)算公式：①鋼絲繩破斷拉力總和=公稱抗拉強(qiáng)度（MPa）×鋼絲總斷面積（mm2）；②鋼絲破斷拉力=鋼絲破斷拉力總和×換算系數(shù)；③鋼絲繩安全載重力=鋼絲繩破斷拉力/安全載重系數(shù)。

鋼絲繩的選用計(jì)算：鋼絲繩采用吊點(diǎn)式起吊，設(shè)備有2 根鋼絲繩在設(shè)備吊點(diǎn)掛后起吊，鋼絲繩與水平夾角為63.6°，有2 根鋼絲繩受力。

梁與天車之間鋼絲繩的受力為（1997/sin63.6）/4=557.38 kN，取鋼絲繩安全系數(shù)為6，則鋼絲繩破斷力為：557.38×6=3344.27 kN。根據(jù)GB/T 20067—2006《粗直徑鋼絲繩》，采用公稱抗拉強(qiáng)度為1870 MPa 的鋼絲繩，按6×36WS+FC 配置，Φ80 mm 的鋼絲繩破斷力為3950 kN＞3344.27 kN，滿足吊裝要求。鋼絲繩的規(guī)格和公稱抗拉強(qiáng)度有變化時(shí)可根據(jù)具體情況重新計(jì)算求得鋼絲的直徑。經(jīng)查表，該主梁吊裝選用6×36WS+FC 的Φ80 mm 鋼絲繩，卡環(huán)選用4 個(gè)80 t 卡環(huán)。

2 牌坊工裝、平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 吊具設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，設(shè)計(jì)一個(gè)13 m×1.25 m×0.85 m、重約7.7 t 的抬吊用吊具，吊具中間合適位置設(shè)計(jì)2 個(gè)掛鉤，用來(lái)掛靠2 臺(tái)100 t 行車的主鉤（圖11）。

圖11 吊具設(shè)計(jì)

2.2 暫放平臺(tái)制作及吊裝所需材料

（1）暫放平臺(tái)制作。為解決將平躺運(yùn)輸過(guò)來(lái)的牌坊放置后再直立安裝的困難，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用R2 主電機(jī)跨設(shè)備基礎(chǔ)和軋機(jī)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)平臺(tái)暫時(shí)放置，解決該問(wèn)題（圖12、表1）。

圖12 暫放平臺(tái)

表1 暫放平臺(tái)制作材料

（2）吊裝所需材料。根據(jù)牌坊吊裝需要，選取吊裝用材料（表2）。

表2 吊裝所需材料

3 結(jié)論

為了滿足粗軋機(jī)牌坊的正常吊裝，保證工程進(jìn)度，系統(tǒng)性設(shè)計(jì)牌坊吊裝方案，核算吊裝參數(shù)，設(shè)計(jì)并制作了吊裝專用吊具和平臺(tái)。通過(guò)一系列的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，明確了方案的可行性，為牌坊順利吊裝提供了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)從問(wèn)題本身出發(fā)，細(xì)致查找原因，對(duì)牌坊吊裝全流程所有困難均進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和規(guī)劃，解決了常規(guī)吊裝方案在此工況下無(wú)法吊裝的重大難題，順利完成了牌坊的轉(zhuǎn)運(yùn)和安裝工作，達(dá)到了預(yù)期目的。同時(shí)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為高架式熱連軋生產(chǎn)線上重大設(shè)備吊裝提供了系統(tǒng)思路，為類似工況條件下的重大設(shè)備吊裝提供了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)，為行業(yè)類似吊裝提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

此次粗軋機(jī)牌坊吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在安全可靠的前提下，突破、利用了現(xiàn)場(chǎng)不利資源條件，將限制條件通過(guò)創(chuàng)新形成有利資源，順利完成吊裝作業(yè)。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將理論與實(shí)踐深深結(jié)合起來(lái)，提高了工程技術(shù)人員解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題的能力，為1780 mm 熱連軋生產(chǎn)線的設(shè)備安裝提供良好支持。