劉 浩，李昱蓉，李一馥，謝振鋒

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京210031）

1 過(guò)筏起重機(jī)現(xiàn)狀

云峰水電站1號(hào)、3號(hào)過(guò)筏起重機(jī)投產(chǎn)使用，迄今已運(yùn)行55年以上?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)3號(hào)起重機(jī)由于磨損腐蝕嚴(yán)重、保養(yǎng)不良、年久失修已經(jīng)報(bào)廢。1982年增補(bǔ)1臺(tái)吉林水工機(jī)械廠生產(chǎn)的2號(hào)起重機(jī)，至今也已運(yùn)行近35年。1號(hào)機(jī)的起重臂及支臂的主要支撐桿件已經(jīng)發(fā)生了較為明顯的屈曲和變形，1號(hào)機(jī)的回轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞，軌道面出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕磨損和損壞，表明1號(hào)起重機(jī)已經(jīng)不滿足其安全使用要求。

起重機(jī)的多數(shù)電氣設(shè)備使用年限超過(guò)30年，設(shè)備老化、落后嚴(yán)重，維修困難，逐漸暴露出很多不適應(yīng)工程安全運(yùn)行的問(wèn)題，電氣零件多數(shù)已屬于落后淘汰產(chǎn)品，電源開(kāi)關(guān)等多處金屬裸露，存在不同程度的安全隱患。起重機(jī)的高壓配電裝置、電氣控制系統(tǒng)均設(shè)置在操作室中，但是未見(jiàn)單獨(dú)的接地裝置。上述問(wèn)題均不符合《水利水電勞動(dòng)與工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定。

另外，減速器、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器等零部件已屬落后淘汰產(chǎn)品，多年前國(guó)內(nèi)已不生產(chǎn)，檢修及維護(hù)極不方便。目前，對(duì)一些損壞的零部件采用土辦法維持使用，存在較大安全隱患。司機(jī)室設(shè)在啟閉室內(nèi)，礙于啟閉室的高程和所處大壩的位置，操作人員在操作門(mén)機(jī)時(shí)無(wú)法看清壩面、庫(kù)區(qū)及左右的情況，存在調(diào)度指揮和操作盲區(qū)，多次造成門(mén)機(jī)與附近水工建筑物碰撞，不僅存在安全問(wèn)題，一定程度上也降低工作效率。

2 過(guò)筏壩段平臺(tái)金屬結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

2.1 外觀狀態(tài)

云峰過(guò)筏壩段共有24支起重機(jī)軌道支撐梁，經(jīng)外觀檢查，起重機(jī)軌道及支撐梁存在年久失修、防腐涂層失效、銹蝕嚴(yán)重、變形位移超過(guò)規(guī)范要求、固定支撐斷裂、支撐梁上留存雜物、軌道損傷斷裂、運(yùn)行異響的現(xiàn)象，24支門(mén)機(jī)軌道支撐梁整體狀況較差，存在安全隱患，主要外觀缺陷：軌道軌面開(kāi)裂破損，軌道支撐梁錯(cuò)位，軌道腹板開(kāi)裂，軌道支撐梁側(cè)向支撐斷裂等。

2.2 防腐層狀態(tài)

對(duì)24支起重機(jī)軌道支撐梁涂層厚度做了檢測(cè)，起重機(jī)軌道支撐鋼梁均年久失修，防腐層失效，構(gòu)件銹蝕剝落，銹蝕嚴(yán)重，最大銹蝕坑超過(guò)3 mm，90%以上構(gòu)件表面銹蝕。防腐涂層厚度均不滿足SL105-2007《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 焊縫狀態(tài)

對(duì)起重機(jī)軌道支撐梁的一、二類(lèi)焊縫進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，主要檢測(cè)部位為翼板和腹板對(duì)接焊縫。焊縫超聲波抽檢結(jié)果表明：按照GB 11345-1989《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及探傷質(zhì)量分級(jí)》評(píng)判，所抽檢的24支門(mén)機(jī)軌道支撐梁翼板對(duì)接焊縫均存在未焊透、未熔合等嚴(yán)重超標(biāo)缺陷，所抽檢的腹板對(duì)接焊縫未發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷存在。

2.4 軌道支撐梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力

受現(xiàn)場(chǎng)工況和檢測(cè)條件限制，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)只對(duì)部分門(mén)機(jī)軌道支撐梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)，加載重量約為設(shè)計(jì)載荷的1/3（10 t）。結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)采用傳統(tǒng)的電測(cè)方法，通過(guò)粘貼在受力構(gòu)件上的電阻應(yīng)變計(jì)獲取信號(hào)，利用導(dǎo)線傳遞，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量。

門(mén)機(jī)駛離測(cè)試軌道支撐梁，在空載狀態(tài)下無(wú)線應(yīng)變儀調(diào)零，起重支臂位于過(guò)筏壩段下游側(cè)垂直位置，門(mén)機(jī)約掛載10 t載荷；門(mén)機(jī)在開(kāi)始采集數(shù)據(jù)后駛上測(cè)試支撐梁至最大應(yīng)力部位停止，保持30 s后，通過(guò)駛離測(cè)試支撐梁，無(wú)線應(yīng)變儀采集此過(guò)程應(yīng)變曲線。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，檢測(cè)進(jìn)行3次，3次檢測(cè)的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好，其中一次過(guò)程曲線如圖1，2所示。

圖1 7號(hào)上游側(cè)門(mén)機(jī)軌道支撐梁應(yīng)力測(cè)試曲線

圖2 7號(hào)下游側(cè)門(mén)機(jī)軌道支撐梁應(yīng)力測(cè)試曲線

由測(cè)量結(jié)果可知，門(mén)機(jī)軌道支撐梁在約10 t的載荷下，最大工作應(yīng)力為45.7 MPa，小于其材料許用應(yīng)力136.8 MPa，強(qiáng)度滿足要求。

利用ANSYS有限元軟件計(jì)算，30 t載荷下軌道支撐梁的應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果如圖3，4所示。

圖3 門(mén)機(jī)軌道支撐梁加載30t位移圖

圖4 門(mén)機(jī)軌道支撐梁加載30t應(yīng)力圖

經(jīng)有限元分析計(jì)算，在30 t載荷下門(mén)機(jī)軌道支撐梁主要結(jié)構(gòu)件應(yīng)力最大值為47.11 MPa，其應(yīng)力值小于Q235材料的許用應(yīng)力136.8 MPa，主要構(gòu)件的最大變形值2.63 mm，小于其許用剛度值。

3 過(guò)筏起重機(jī)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)云峰水電站過(guò)筏壩段起重機(jī)及軌道支撐梁的檢測(cè)，因該工程已運(yùn)行超過(guò)50年，且構(gòu)件年久失修，所檢構(gòu)件存在防腐涂層失效、局部鋼材裂紋、鋼軌破損斷裂、固定螺栓松動(dòng)脫落、焊縫超標(biāo)缺陷、構(gòu)件固定支撐連接斷裂、沉降位移和變形超標(biāo)等嚴(yán)重缺陷，過(guò)筏起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)和異響嚴(yán)重。存在較大安全隱患，已不滿足正常使用要求。因此，重新對(duì)過(guò)筏起重機(jī)及其支撐進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。

3.1 金屬結(jié)構(gòu)部分

起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)部分主要由以下幾部分構(gòu)成：

1）門(mén)架：由底梁、縱梁、斜梁、斜撐以及中心架采用螺栓聯(lián)接組成的門(mén)形鋼架，上平臺(tái)為7 m正方形，放置直徑為7 m針齒回轉(zhuǎn)盤(pán)，在中心架上放置回轉(zhuǎn)中心軸，底梁與走行臺(tái)車(chē)相連接。

2）豎塔：由立架、斜拉組成，豎塔頂部裝有滑輪組，立架下部與機(jī)臺(tái)連接處有φ100的安裝孔，作為安裝豎塔時(shí)的鉸接支撐點(diǎn)，斜拉下端與配重箱立板相連接，構(gòu)成三角形鋼架，各部位均采用螺栓連接。

3）起重臂：共分成4節(jié)，各節(jié)均用螺栓連接，頭部有一組拉桿組成的變幅滑輪組及平衡滑輪，起重臂頂部設(shè)有3個(gè)起重滑輪，起重臂根部設(shè)有軸承并與φ100軸鉸接，起重臂一側(cè)設(shè)有走臺(tái)，便于檢修和維護(hù)滑輪組。

4）機(jī)臺(tái)：由前、后主體和兩側(cè)前后機(jī)翼組成，并采用螺栓連接。機(jī)臺(tái)下面裝有4個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)車(chē)，支撐在門(mén)架的回轉(zhuǎn)盤(pán)軌道上，圍繞回轉(zhuǎn)中心軸滾動(dòng)，上部回轉(zhuǎn)部分均裝于機(jī)臺(tái)上。

5）機(jī)械室：由多塊鋼板及型鋼由螺栓連接組成剛性框架，在機(jī)械室尾部設(shè)有配重箱，操作室較原位置提高至機(jī)械室房頂以上的起重臂右側(cè)，四面設(shè)玻璃窗，提高司機(jī)操作視野，機(jī)械室門(mén)側(cè)設(shè)有走臺(tái)。

3.2 機(jī)械設(shè)備部分

起重機(jī)主要有起重、變幅、回轉(zhuǎn)、走行四個(gè)動(dòng)作，并分別由單獨(dú)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

1）起重機(jī)構(gòu)：固定式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，包括基座、電動(dòng)機(jī)、減速箱、卷筒、鋼絲繩、制動(dòng)器等。起重機(jī)構(gòu)的鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端固定在起重臂頭部載重量限制器桅桿上，根據(jù)不同的起重量采用10 t或30 t起重鉤。

2）變幅機(jī)構(gòu)：由基座、電動(dòng)機(jī)、減速箱、卷筒、鋼絲繩、制動(dòng)器、行程限制器等構(gòu)成。在卷筒上繞有兩股鋼絲繩，并與起重臂頭部的變幅滑輪組相連接。

3）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：由回轉(zhuǎn)立柱、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、回轉(zhuǎn)盤(pán)、聯(lián)軸器等構(gòu)成。

4）走行機(jī)構(gòu)：由4套單獨(dú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的走行臺(tái)車(chē)分別安裝在門(mén)架的4個(gè)腳架上，走行臺(tái)車(chē)是由電動(dòng)機(jī)、減速箱、走輪、車(chē)架、制動(dòng)器、鎖定裝置等組成。在軌道上設(shè)置擋塊以限制走行機(jī)構(gòu)的工作范圍，起重機(jī)在非工作狀態(tài)下，將臺(tái)車(chē)鎖定在平臺(tái)上。

5）起重鉤：由吊鉤和滑輪組成，有10 t和30 t兩類(lèi)起重鉤。

6）輔助設(shè)備：包括電纜絞盤(pán)、載重量限制器、變幅指示裝置、吊鉤高度限位器等。

3.3 電氣設(shè)備部分

在起重機(jī)平臺(tái)上設(shè)置獨(dú)立的箱式變電站，引入電源采用朝方10 kV/60 Hz高壓電（箱式變電站10 kV電源接入部分不在此次改造范圍內(nèi)），通過(guò)變電站轉(zhuǎn)化為380 V/50 Hz工作電壓。工作電纜通過(guò)電纜絞盤(pán)引入到機(jī)械室內(nèi)，供各個(gè)電氣部分使用。

在機(jī)械室內(nèi)設(shè)置電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)包含起重機(jī)構(gòu)的電氣控制、變幅機(jī)構(gòu)的電氣控制、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電氣控制、走行機(jī)構(gòu)的電氣控制。

操作室內(nèi)設(shè)有風(fēng)扇和電暖氣，機(jī)體配有適當(dāng)?shù)恼彰鳠艟咭怨┮归g工作照明。

4 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確定云峰大壩3臺(tái)過(guò)筏起重機(jī)不具備安全作業(yè)狀態(tài)，其中1號(hào)、3號(hào)過(guò)筏起重機(jī)報(bào)廢并拆除，設(shè)計(jì)1臺(tái)新式過(guò)筏起重機(jī)；對(duì)2號(hào)過(guò)筏起重機(jī)進(jìn)行應(yīng)急性檢修，作為新過(guò)筏起重機(jī)投入使用前過(guò)渡期使用。全新設(shè)計(jì)的過(guò)筏起重機(jī)，在參考原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)、電氣、運(yùn)行管理等方面提出新的設(shè)計(jì)方案。為云峰電站過(guò)筏壩段安全長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，提供保障。