原创 2018-04-26 徐向华 毛艳 港口科技新型变幅钢丝绳穿绳工艺

　　徐向华，　毛　艳

　　(上海振华重工(集团)股份有限公司长兴分公司，　上海　201913)

　　摘要

　　为了缩短浮式起重机分段式变幅钢丝绳的穿绳周期，对传统穿绳工艺进行改进。对分段式变幅钢丝绳的结构特点进行分析，并设计工艺托辊、中间变幅滑轮托架、臂架搁架等工装，创新性地将穿绳工作分成臂架上固定端穿绳和人字架活动端穿绳2大部分。运用该新型穿绳工艺可将穿绳工作提前至臂架总装前，减少高空作业风险。

　　关键词

　　浮式起重机;变幅钢丝绳;钢丝绳穿绳工艺

　　0　引　言

　　浮式起重机(以下简称“浮吊”)一般由臂架、人字架、动力机构、机器房、变幅缠绕系统、起升缠绕系统等组成，其中变幅缠绕系统是改变臂架角度、决定起重机幅度和起重量的关键系统，因此只有在完成变幅钢丝绳的穿引后，浮吊才具备基本的使用条件。浮吊的变幅缠绕系统一般根据起重量的大小来确定钢丝绳的直径及滑轮的倍率，通常由两侧对称布置的2根钢丝绳缠绕而成或直接由1根钢丝绳经过臂架与人字架两构件间的多道滑轮组缠绕而成。

　　随着浮吊起重能力和起升高度的不断增加，变幅缠绕钢丝绳的直径和长度也随之增大。为缩短单根变幅钢丝绳的长度，降低后期使用和维护成本，在起重机变幅缠绕系统中增加中间变幅滑轮架，将变幅钢丝绳分成固定端和活动端2段，导致变幅缠绕系统更为复杂。原有传统做法都是在臂架总装完毕后进行钢丝绳的穿引，穿绳周期长、高空作业多。为了缩短产品穿绳周期、降低安全风险，须对传统穿绳工艺进行创新和改进。

　　1　分段式变幅缠绕系统主要技术状况

　　分段式变幅缠绕系统是振华重工浮吊项目中变幅缠绕的一种新型式，由活动端变幅缠绕系统、中间变幅滑轮架、固定端变幅缠绕系统等组成，见图1。

　　该缠绕系统通过中间变幅滑轮组和钢丝绳将臂架和人字架变幅滑轮组连接起来，变幅钢丝绳缠绕图见图2。在固定端缠绕系统中，由2根Ф70 mm、长度为4 000多米的钢丝绳连接中间变幅滑轮组和臂架变幅滑轮组，在臂架变幅过程中长度固定不变。在活动端缠绕系统中，由2根Φ70 mm、长度为3 000多米的钢丝绳连接中间变幅滑轮组和人字架变幅滑轮组后进入机器房变幅机构卷筒。采用此种型式的变幅缠绕系统，在起重臂架变幅过程中，只需通过活动端钢丝绳在变幅卷筒上的收放，即可改变整套变幅缠绕系统的长度，实现起重机臂架变幅角度的改变。如果采用传统变幅钢丝绳的缠绕形式，在使用时7 000多米的钢丝绳须全部参与到缠绕收放过程中，钢丝绳会产生磨损。新型缠绕系统仅有活动端3 000多米钢丝绳参与缠绕收放过程，只有活动端的钢丝绳产生磨损，只需维修保养此段钢丝绳即可，极大地减少维护保养和更换钢丝绳的成本。

　　2　整体穿绳方案制定

　　臂架侧固定端钢丝绳直径为70 mm，总长近4 000 m，滑轮倍率为24倍。活动端钢丝绳直径也为70 mm，总长3 000多米，滑轮倍率为32倍。根据固定端钢丝绳和活动端钢丝绳的缠绕特点及臂架结构的制作状态，需要制定合理的穿绳方案，从而缩短穿绳周期、加快项目完工进度、节约生产成本。如何在效率和安全可靠上找到一个平衡点，就成为穿绳方案制定的关键点。对变幅缠绕系统的特点进行深入分析，制定穿绳的总体方案：

　　在臂架结构制作完成后，固定端变幅缠绕钢丝绳布置在地面胎架上时就穿引到位，然后跟随臂架一同总装。

　　臂架总装后将臂架搁置在专门设计的塔架上进行后续的活动端穿绳工作。

　　将中间变幅滑轮组放在船体甲板上固定后，活动端缠绕钢丝绳穿引到位并收紧，然后将中间变幅滑轮组拉起后匀绳，完成穿绳工作。

　　3　穿绳工艺流程

　　穿绳方案确认将整套变幅钢丝绳穿绳工作分为2部分：臂架固定端穿绳和人字架活动端穿绳。臂架固定端缠绕钢丝绳在臂架放置在地面时穿引，既可减少高空和水上作业，又可缩短臂架总装后变幅缠绕穿绳时间。人字架活动端变幅钢丝绳缠绕类似传统变幅钢丝绳缠绕形式，采用常规穿绳方法。这样就将复杂的穿绳工作简单化，有利于降低风险、节约成本。

　　3.1　固定端变幅缠绕钢丝绳穿绳难点分析

　　3.1.1　克服钢丝绳牵引时滑轮组之间的内拉力

　　在穿引固定端钢丝绳时，臂架已经处于基本完工状态，梯子平台、电气托架、改向滑轮等均已安装完毕。为保护结构件和梯子平台，避免穿绳过程中钢丝绳与构件之间产生摩擦破坏构件和油漆，在穿绳前根据固定端钢丝绳的走向和开档尺寸，在臂架上设计专用工艺钢托辊，穿绳时钢丝绳从托辊上经过，避免下垂至臂架上，从而有效地保护钢丝绳和构件。

　　为避免穿绳时中间变幅滑轮架与臂架俯仰滑轮上的钢丝绳转角过大而引起牵引力的增大，将中间变幅滑轮组抬高放置在专门设计的胎架工装上，以减小钢丝绳缠绕转变角度，减小摩擦力。同时，为了防止臂架构件在穿绳过程中移动，在中间变幅滑轮胎架后面布置2组1 000 t的配重水箱，用滑车将中间变幅滑轮架胎架与水箱连接起来，增加保护措施，降低施工风险。固定端变幅钢丝绳穿绳工装布置见图3。经过有限元分析论证，采用此种穿绳工装布置可以有效减少由穿绳牵引力作用产生的臂架头部滑轮组与中间变幅滑轮组之间的内拉力。

　　3.1.2　产品钢丝绳与引绳连接方式

　　在常规穿绳时，引绳与产品钢丝绳的连接都是利用大螺母焊接在产品钢丝绳上。但钢丝绳缠绕系统因钢丝绳直径较大、滑轮倍率比较多，穿绳时的牵引拉力达到20 t左右，以往使用的在钢丝绳端头烧焊螺母作为牵引绳头的方法已经满足不了如此大直径和拉力的钢丝绳穿引。

　　鉴于此情况，经分析，根据缠绕系统中钢丝绳直径、引绳直径和牵引拉力，设计一种焊接绳环，用于钢丝绳穿引时与引绳的对接，焊接绳环与钢丝绳连接方式见图4。此焊接绳环以高强度钢板为母材，利用数控切割机下料后机械加工成型，可应用于Φ70 mm的变幅缠绕系统钢丝绳穿引和更换(Φ70 mm绳环可承受20 t的拉力)。使用时将焊接绳环焊接在被穿引钢丝绳绳头端部，然后将牵引用绳穿入焊接绳环钢丝绳穿越孔后插编绳头，实现不同直径钢丝绳之间的对接。同时，编制专用焊接操作规程，用于指导焊接绳环与钢丝绳之间的焊接。

　　3.2　固定端变幅缠绕钢丝绳穿绳步骤

　　根据固定端钢丝绳的直径和倍率，选取2道引绳：Ф40 mm的尼龙绳和Ф32 mm的钢丝绳。穿绳时利用专用的大型卷扬机将Ф40 mm的尼龙绳穿入缠绕系统，再利用尼龙引绳将Ф32 mm的钢丝绳引绳穿入缠绕系统，然后将Ф32 mm的钢丝绳引绳利用焊接绳环与产品钢丝绳对接，完成变幅钢丝绳固定端的缠绕。将2个绳头分别牵引至2组卷扬机上，通过两侧同步的卷绳和放绳将穿好的钢丝绳进行匀绳，使固定端的钢丝绳均匀分布在各道滑轮组内，最后对固定端变幅钢丝绳绳头进行浇铸、安装。

　　3.3　中间移位滑轮组固定

　　在固定端钢丝绳穿好后，把中间变幅滑轮架固定在臂架根部，方便总装时一起跟随臂架吊装。中间变幅滑轮架固定到臂架根部需要考虑以下几个方面：放置位置的确认;在总装过程中，臂架从0°抬高到11.5°，须考虑此过程中中间变幅滑轮架的受力变化和运动趋势。根据上述要求，结合臂架结构特点，编制合理的固定方案，将中间变幅滑轮组固定在臂架根部上，见图5。然后将中间变幅滑轮组和臂架结构一起吊装至船上进行总装，待臂架铰轴穿好后，将中间滑轮组吊装下来放置在船体甲板的相应位置。

　　3.4　活动端变幅缠绕钢丝绳穿绳难点分析

　　活动端穿绳最初的方案是利用浮吊吊装臂架头部然后在船甲板面进行穿绳工作。但由于5 000 t浮吊臂架结构比较重，振华重工现有浮吊的起重量无法满足，而外租浮吊费用相对比较高，为降低成本，专门设计搁置臂架的塔架，用于活动端的穿绳工作。臂架搁置塔架穿绳示意图见图6。

　　在活动端变幅钢丝绳穿绳过程中，如果固定措施不合理，因牵引力的作用，中间滑轮组会随着收紧力增大而向人字架侧移动。为了防止滑轮组移位，设计专门搁置中间变幅滑轮架的固定工装，解决穿绳时中间变幅滑轮架移位的问题。中间变幅滑轮架固定示意图见图7。

　　3.5　活动端变幅缠绕钢丝绳穿绳步骤

　　活动端穿绳过程采用常规变幅钢丝绳穿绳方案。根据活动端钢丝绳直径和倍率，仍然选择Ф40 mm的尼龙绳和Ф32 mm的钢丝绳作为引绳。利用卷扬机将Ф40 mm的尼龙绳穿入缠绕系统，再将尼龙引绳与Ф32 mm的钢丝绳引绳对接，然后将Ф32 mm的钢丝绳引绳利用焊接绳环与产品钢丝绳对接，完成变幅钢丝绳活动端的缠绕。一端钢丝绳索节浇铸后安装至人字架上的索节固定端，另一端绳头引入机器房变幅机构卷筒，将变幅钢丝绳引入卷筒并收紧，在收紧的过程中调整左右两侧变幅钢丝绳绳长，预留安全圈，截去多余钢丝绳后利用压绳板将钢丝绳固定在变幅卷筒上。

　　3.6　活动端收绳

　　在活动端变幅钢丝绳木卷筒上的产品钢丝绳完全放出时，出绳端还有近600 m的钢丝绳引绳还在缠绕系统中，产品钢丝绳长度不够，无法完全将产品钢丝绳引进卷筒，这给收紧钢丝绳带来难题：随着牵引力的增大，可能超过引绳与产品钢丝绳接头处的强度，导致接头突然断裂;由于滑轮架入绳端与出绳端存在拉力差，中间变幅滑轮架被变幅钢丝绳牵拉腾空后，因约束不够就会在拉力差作用下产生侧向力，导致滑轮架翻转。

　　根据上述2个关键难点，在制定方案时须进行有针对性的解决。如果在将钢丝绳牵引入卷筒时直接拉至中间变幅滑轮架组件腾空，因中间变幅滑轮组和7 000多米钢丝绳的自重合力，会使钢丝绳出绳端的牵引力剧增，必须采用浮吊辅助吊装中间变幅滑轮架，避免穿绳过程中钢丝绳突然断裂。2组中间变幅滑轮架通过专用连接架固定在同一底座上，既有约束也有一定的柔性自由，既防止滑轮架的翻转又兼顾到两组件的位差。辅助浮吊吊起中间变幅滑轮架组件底座，起吊收绳示意图见图8。起吊中间变幅滑轮架后配合机房卷筒缓慢收绳，待整个变幅缠绕系统收紧后拆除中间变幅滑轮架固定工装，收紧变幅钢丝绳使臂架扳起至脱离塔架，并调整两侧变幅钢丝绳的受力使其一致，最后将臂架扳起进行俯仰调试。

　　4　结　语

　　新型分段式变幅缠绕系统穿绳工艺技术方案的成功实施证明大型浮吊分段式变幅钢丝绳穿绳的可行性，为合理制定分段式变幅钢丝绳穿绳方案提供方法，从而降低作业风险，提高工作效率。此项新工艺也将推动浮吊在新型设计领域的不断发展和创新。