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立式设备翻转竖立受力分析与预防措施

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：裴永旗洪建党

[导读] 【摘要】：较长的立式设备往往采用卧式运输方式到场，就位前需进行翻转竖立作业，翻转竖立过程中，吊机负荷逐渐增加，直至设备翻转完成，载荷完全转移至吊机。

        中国核工业二三建设有限公司 101300
        【摘要】：较长的立式设备往往采用卧式运输方式到场，就位前需进行翻转竖立作业，翻转竖立过程中，吊机负荷逐渐增加，直至设备翻转完成，载荷完全转移至吊机。本文以某电站重要设备为例进行分析，该设备长21,000㎜,净重328t，吊装重量377t，是该厂房尺寸最大、重量最重的设备，其吊装安装施工也是工程重要施工节点；整个吊装施工可细分为倒运、翻转和就位几个过程，翻转竖立作业是吊装施工过程中最为重要的一个环节，翻转竖立过程中的受力状态、危险点，以及所采取的措施，是吊装安装施工质量与安全的重要保障。
        【关键词】立式设备   翻转竖立   受力分析   预防措施
        1.工程概况
        该设备吊装施工，目前国内普遍采用的方位为：在设备尾部安装翻转抱箍，配合翻转支架使用，在设备前端安装提吊耳轴，利用厂房内的桥式起重机进行翻转竖立。
        2.建立力学分析模型
        2.1水平状态受力模型
        设备翻转竖立过程可简化为悬臂梁绕支点旋转的一个过程，首先假设主吊机吊钩始终位于吊点正上方，无水平方向分力产生，水平状态下的受力如下图所示，设铰支点竖直方向的力为F1,设备重量为G，设备前部吊点竖直方向的力为F2,取铰支点为A，重心位置为点B'，前部吊点为C，为方便翻转后期设备摆动的控制，铰支点A高出B'C连线（设备中心线）200㎜，取A点在B'C连线上的投影为A'点，AC与B'C线夹角为α。
         图1 水平状态受力模型

        2.2翻转竖立状态受力模型
        假定设备翻转竖立翻转角度为β，取AC线与水平面夹角为γ，受力状况如图2所示。

        图2 翻转竖立状态受力模型一
        则有：γ=β-α，即：γ=β-0.77°
        为避免3力不同线带来的计算难点，现将重力作用点移位至AC线上，作用点为B'点在AC线上的投影点B，同时将产生力矩M，移位后受力状态如图3所示。

        图3翻转竖立状态受力模型二

        BC=B'C×cosα=（14806-7193）×cos0.77°=7612.3㎜
        AB=AC-BC=14807.4-7612.3=7195.1㎜
        BB'=B'C×sinα=（14806-7193）×sin0.77°=102.8㎜
        重力G作用点移位后产生的力矩M的值为：M=G×BB'×sinγ
        根据力矩平衡原理：F2×ACcosγ-G×ABcosγ-M=0
        将1式、2式带入方程内，则有：
        F2×ACcos（β-0.77°）-G×ABcos（β-0.77°）- G×BB'sin（β-0.77°）=0

        2.3吊钩超前滞后状态受力分析
        当小车超前/滞后时，设备受力状态将发生改变，产生水平方向分力，假设超前/滞后时，钢丝绳与竖直方向产生θ角，由于各力的作用点不变，整个力系并未发生改变，故水平方向分力可计算为：F2'=F2×tgθ，吊机所承受的合力：F=
        3.翻转竖立过程受力计算
        根据第2部分3、4、5式，将各线段长度、设备重量代入公式后，可计算出设备翻转竖立过程中，各角度情况下吊机的受力情况，详见下表：
        设备翻转竖立过程中吊机受力数据表

        4.翻转竖立过程受力特点分析
        由第3部分表格中的计算数据，对翻转竖立过程中受力情况可归纳为以下几点：
        1) 在设备翻转竖立过程中，随着翻转角度的增大，吊车承受的载荷逐渐增加，且增量逐渐增大；
        2) 当钢丝绳偏角达到5°时，即使在起始阶段，水平分力也达到136.7 KN，如此大的水平分力，可能出现行车小车被拖着走（滞后情况）或是小车走不动且停车瞬间发生回溜（超前情况）的现象，给设备翻转竖立施工带来危险；而当钢丝绳偏角达到3°时，在前期（0～80°）阶段，其水平分力在80～90 KN之间，且增加比较缓慢，在安全控制范围内；到了后期水平分力呈现急剧增加趋势，控制起来非常困难，故这个阶段应采取更加严格的角度控制；
        3) 在设备翻转末期（85°以后），即使钢丝绳存在很小的角度偏差，也会产生较大的水平分力，且在即将翻转完成阶段易发生大幅度摆动现象，此阶段无法仅仅依靠钢丝绳角度的控制实现，需多方面监控，保证翻转竖立安全顺利的完成。
        5.翻转竖立过程中的控制措施
        翻转竖立是一个非常复杂的过程，为保证整个过程安全、顺利的完成，需从载荷、速度、角度等多方面采取措施进行监控，主要控制措施如下：
        5.1角度控制
        钢丝绳偏斜角度的控制：通过安装指针装置，并在耳轴端面进行标记的方式进行控制，指针长度取吊钩销轴端面中心到耳轴中心距离，并在端面安装转轴，使指针可以自由旋转。
        标记方式：自销轴端面指针旋转中心按翻转过程需控制的钢丝绳偏角引线，以耳轴中心为圆心，作圆与之相切，即可达到在设备翻转过程中，时刻监控钢丝绳偏斜角度的目的。
        在翻转前期，指针装置能够非常有效的监控钢丝绳偏摆情况，从而指导行车走车与起升动作的相互协调，但是到了翻转后期，则需配合吊车载荷显示情况，综合分析判断行车动作。
        5.2载荷控制
        行车具有载荷显示功能，指挥人员可清楚掌握吊机承受载荷情况，在设备翻转初期，如果载荷有较大浮动，则说明小车行走于吊钩起升动作配合状况不好，造成水平分力过大，需进行单独走车或起升调整；在设备翻转后期，除了吊车承载情况与理论情况比较，钢丝绳角度控制以外，还需要借助其他方面的一些观测，共同确保翻转情况的安全可控。
        同时，应组织成立电气保障小组，以便故障发生时，及时排除，切实保障整个过程的安全可控性。
        5.3其它控制措施
        1) 观测设备尾部翻转耳轴是否位于翻转支架卡槽中央，当水平分力过大时，设备尾部翻转耳轴势必会发生移动，此部分位移比较小，只有在水平分力较大时才会发生，但是观测是必要的。
        2) 行车小车位置监测：可先计算出设备翻转竖立完成后，小车的模拟位置，并设专人进行检测，在设备翻转后期，通过小车位置情况，实时监测设备的角度状态，指导小车行走与吊钩起升动作。
        6.综述
        设备翻转过程中的受力情况非常复杂，通过对该过程受力情况的计算与分析，发现随着设备翻转角度的变化，吊车受力、水平分力都在发生着变化，且该变化逐渐增大，但是整个过程是可控的，通过对钢丝绳角度、起重机载荷情况，以及尾部耳轴位置、小车位置的变化情况监测，切实保证了设备翻转竖立的安全性与可靠性。
        随着计算机技术的发展，相信有一天，可以通过编程的方式，更加合理的控制小车行走与起升动作的协调配合，但是受力过程的计算，以及以上各种措施依然是整个过程必不可少的监测手段，是大型设备吊装施工安全与可靠的必要保障。
        参考文献：
        《蒸汽发生器竣工图》（1HK2.40M0）
        《蒸汽发生器运输包装图》（0HK2.40S2）
        《主设备吊装总体技术要求》（0401S-420180-JT1-A）