大型设备及构件非常规吊装法

摘要：本文介绍了在无法使用起重机的情况下，如何在传统起重操作方法基础上，改进创新起重工艺，因地制宜制作安装专用吊具，完成大型设备及构件非常规吊装的作业任务。

关键词：大型设备 构件 非常规 吊装

中图分类号：TK223文献标识码： A

1 引言

随着各类大型起重机的相继闻世，极大地方便了各种“高、大、重”设备的吊装。但一些作业场所狭窄、周围设施布局复杂，大型起重机无法进入。如何吊装这些地方的设备，成了作业人员经常面临且必须解决的问题。本文以近年来在宝钢特殊钢区域一系列成功的非常规吊装实践，探索无起重机的情况下，如何完成大型设备及构件的吊装作业这一课题。

2 非常规吊装法

非常规吊装法包含联合起吊法、专用吊具法、吊滚结合法以及配重平衡法四种特殊的起重作业方法，下面结合具体案列逐一进行阐述。

2.1联合起吊法

联合起吊法是以多台小吨位起重机械的联合起吊大型设备的吊装方法。在宝钢特材公司条钢厂初轧生产线上，我们以直立起重桅杆上设置的四套起重量为50吨的起重滑车组，用联合起吊的工艺完成了重量150吨、就位高度为14米的“夹钳式起重机”的安装任务，其起重结构及原理见图1夹钳式起重机吊装图。

图1夹钳式起重机吊装图

2.1.1 理论计算

“夹钳式起重机”吊装时的计算载负为：Q计=k1（k2Q+q）

式中：k1为动载系数，k1=1.1；

k2为不均匀系数，k2=1.1；

Q为吊装重量，Q=150（t）；

q为吊索具重量，q=3%Q=3%×150=4.5（t）

经计算，Q计= k1（k2Q+q）=1.1×（1.1×150+4.5）=186.45（t）

如图1所示，“夹钳式起重机”就位前为起重滑车组受力最大位置，以最终吊装角（起重滑车组工作绳与起重桅杆夹角）A=20º计算，每套起重滑车组的最大受力为：

P= Q计/4cosA=186.45/4cos20º=49.60（t）

经验算，四套起重量为50吨的起重滑车组满足吊装要求。

2.1.2 存在问题

四机联合起吊，从理论上讲，可以通过吊点的选择达到四套起重滑车组受力的均衡分配，但由于四套起重滑车组在吊装过程中工作速度不可能绝对同步，致使起重滑车组工作绳与起重桅杆夹角变化的不同步，必然会造成起重滑车组的受力不均。这就是多台起重机联合起吊过程中，必然会产生的受力不平衡问题，没有有效的平衡工艺克服多台起重机受力不平衡问题，多台起重机联合起吊是不能安全实施的。

2.1.3 解决方案

实际施工中，将1#、2#滑车组通过起重桅杆顶部设置的平衡滑车将它们串联成一组双跑头滑车组，形成四点绑扎三点起吊的工艺进行吊装。在吊装过程中，由于平衡滑车的平衡作用，1#、2#滑车组的受力始终保持平衡，只有在3#、4#滑车组的工作速度不同步的情况下，会产生滑车组受力不均的现象，但这种趋势一旦出现，作业人员就能从“夹钳式起重机”桥架的明显的高低倾斜中及时发现，这时只需调整3#、4#滑车组的工作速度就能确保四套滑车组的受力平衡。有效的平衡工艺解决了多台起重机联合起吊必然出现的受力不平衡问题，“夹钳式起重机”吊装顺利实施。

2.2 专用吊具法

因地制宜自行设计专用吊具组吊装是实施大型吊装的有效方法。特材公司锻压生产线一台2000吨快锻机在生产过程中，下横梁突然断裂，急需及时调换修复。该下横梁重量为40吨，厂房内仅有30 t桥式起重机，无法满足吊运横梁的需要，又因快锻机周围其他设施的限制，大形移动式起重机也无法进场作业，如何及时吊出断梁并吊入新梁成了抢修的关键。我们通过自行设计制作专用吊具，完成了下横梁的调换任务。

2.2.1方案制定

根据厂房内现有30 t桥式起重机可承受最大集中载负为46 t（即该起重机的额定起重量30t和小车重量16t 之和），在横梁正上方桥式起重机大梁上自行设计制作了一套专用吊具，进行横梁的吊装。该套专用吊具组如图2所示，由四根工字钢搭制成组合吊梁，吊梁下设置一套50吨起重滑车组，并配套一台5吨卷扬机组合而成。

图2专用吊具组

2.2.2 理论计算

横梁吊运时的计算载负为：Q计=kQ；

式中：k为动载系数，k=1.1；

Q为吊装重量，Q=40（t）；

即：Q计=kQ=1.1×40=44（t）

横梁吊运时，由二根工字钢承受载负, 每根工字钢承受载负为：

P= Q计/2=44/2=22（t）

工字钢梁搁置在轨距为：s=2.5m的桥式起重机小车轨道上，每根工字钢承受的最大弯矩为：

Mmax=Ps/4=22×2.5/4=13.75（t•m）=13.75×105（kg•cm）

根据强度条件要求，所选工字钢的抗弯断面模量W必须满足如下要求：

W≥Mmax /[σ]，

由工字钢材料的抗弯许用应力，[σ]=1200kg/cm2，经计算得：

W≥Mmax /[σ]=13.75×105/1200=1146（cm3）

查表得45#a型工字钢的抗弯断面模量为：W=1430（cm3），故起重吊梁选用45#a型工字钢。

采用该方法起吊横梁，还需对桥式起重机大梁安全抗弯能力的验算。根据该桥式起重机的轮距L=25（m），起重量Q=30（t），小车自重q=16（t），满载时，大梁允许承受的最大弯矩为：

[M]=（Q+q）L/4=（30+16）×25/4=287.5（t•m）

2.2.3吊装作业

起吊横梁时，小车停至离桥式起重机大梁一端3m的极限位置，起重机械停于离起重机大梁另一端8m的位置，桥式起重机大梁的载荷分布如图3桥式起重机大梁受力图所示：

图3桥式起重机大梁受力图

图中：q=16t(小车自重)，G=45t（横梁重量40t和简易起重机械重量5t的总和）

由ΣMA（Q）=0得：25RB-（25-8）G-3q=0，

经计算得：RB =32.52（t）。

简易起重机械搁置处的桥式起重机大梁所受弯矩为：

MD=8RB=8×32.52=260.16（t•m）

经验算，桥式起重机大梁的抗弯能力满足需要。施工中借助桥式起重机大车运行机构的行走，起重机械方便地吊离断梁，又吊入新梁，顺利地完成横梁的调换作业，一项看似有一定难度的作业变得既简捷又方便，确保了设备的及时修复。

2.3吊滚结合法

吊滚结合法是综合运用传统的起重操作方法，是完成大型吊装的有效途径。在特材公司条钢厂棒材生产线设备改造中，我们通过综合运用传统的吊、滚等起重操作方法，克服现场起重机能力不足的困难，完成了自重53t的冷剪安装任务。

图4冷剪本体平移图

2.3.1方案制定

如图4冷剪本体平移图所示，冷剪本体安装于离地5m的生产线平台上，就位的中心位置距厂房平台边缘14m。现场仅有30t桥式起重机和10t桥式起重机，无法满足冷剪本体吊运及就位的需要。即使采用300t汽车起重机停泊在平台边的通道上作业，由于作业半径过大，也无法直接吊装就位。根据现场情况，我们制订了抬吊和滚运二种操作方法综合使用的施工方案。利用现场的30t和10t桥式起重机的抬吊，并在平台上铺设滚运装置，通过卷扬机的牵引，将冷剪本体从平台边缘滚运至就位基础。

2.3.2受力核算

厂房平台面单位面积受力不得>2t/m2，故须对平台单位面积的受力进行验算。30t和10t桥式起重机的联合抬吊能力为40t（即30t+10t=40t），剔除抬吊用平衡梁重量3t，实际抬吊能力为Q=37t（即40t-3t=37t）；冷剪本体自重G=53t，在抬吊作用下，其对平台的作用力为T=G-Q=53-37=16（t）；

为均布平台的载负，以宽度a=2m、厚度为40mm的厚钢板铺设二条滚运走道，滚运排长度b=3m，二条滚运走道受力面积总和为：S=2ab=2×2×3=12m2；

冷剪本体在抬吊作用下，对滚运走道单位面积的压力为：P1=T/S=16/12=1.34（t/m2）；40mm厚钢板单位面积重量为P2=0.32 t/m2，故厂房平台单位面积的受力总和为：P= P1+ P2=1.34+0.32=1.64（t/m2）

2.3.3施工作业

首先利用150t汽车起重机将冷剪本体吊至以现有桁架构件搭制的支架上，冷剪本体在30t和10t桥式起重机通过平衡梁联合抬吊下（桥式起重机的起重量通过超载限制器控制），经卷扬机牵引平稳地走上就位基础。

2.4 配重平衡法

设配重找平衡的起重工艺在吊装实践中有广泛的应用，其所实现的工艺效果为降低被吊物件重心位置，以弥补起重机起吊高度的不足。特钢钢管厂在固熔炉建设项目中，需安装2台烟囱，烟囱高度为25m，重量7500kg。固熔炉建设项目为钢管厂某一老厂房内的改造项目，厂房低矮（净空高度仅9m），且厂房四周皆与其他厂房连接，受现场条件限制，任何起重机均无法到达作业现场。

2.4.1方案制定

如图5固熔炉烟囱吊装图所示，在屋面上设置起重架，图中粗直线部分为起重桅杆，用Φ48*3.2钢管搭制，在起重架上挂设二起重葫芦，通过抬吊进行吊装。由于空间条件的限制，烟囱整体不能穿过屋顶竖立，故烟囱吊装采用倒装法进行施工，即由上至下分段吊装A、B、C、D、E段，并连接成一体。具体施工工序如下：

1）逐段吊装A、B、C、D四段，并连接成一体。其中自B段吊入起重架下起，每吊入一段即与先前吊入段连接。

2）利用二起重葫芦将A、B、C、D段组合件整体抬吊至高于基础面5.1m，待E段构件就位于基础，将组合件放落至E段上，并连接成烟囱整体。

图5固熔炉烟囱吊装图

2.4.2存在问题

2.4.2.1屋面减荷问题。在实施工序2时，因组合件的长度20m、重量5700kg，包括起重架自重近300kg在内，屋面的载荷达6000kg，即使在起重架下铺垫平板增大受力面积，在有限的承载面积上，屋面的承载能力仍不能满足吊装需要。必须通过减少起重架的载荷实现为屋面减荷，且此减荷作用必须在整个吊装过程中恒定地作用在起重架上，方能确保屋面板的安全。

2.4.2.2受力平衡问题。烟囱起吊由起重架顶部所设二只起重葫芦的抬吊完成。烟囱的抬吊属细长构件的抬吊，在起重吊装规范中有严格的要求，起吊过程中细长构件的倾斜不得大于3˚，否则二起吊机械的平衡受力将被打破，产生受力不均的情况，严重时还会酿成某一台起重机械承受构件全部重量的险情，危及吊装的安全。

2.4.3解决方案

2.4.3.1要实现这种恒定的减荷作用，必须通过有效的起重工艺来实现。为此，我们用设配重找平衡的起重工艺，实现这种恒定减荷的效果。我们以二组计量砝码（每组砝码重2250kg，总重4500kg）作为平衡块，利用钢丝绳通过挂设在起重机轨道梁上的起重滑车作为提升力作用在组合件的尾部。在整个起吊过程中，随着组合件的提升，平衡块平稳下降，无论在动或静的状态时，平衡块产生的提升力通过轨道梁始终恒定地作用在被吊物件上，实现了为起重架恒定减荷近4500kg的效果。

2.4.3.2解决抬吊过程中的受力平衡问题。在本次吊装中，在距组合件重心以上5.5m的烟囱截面的直径方向设置二吊耳，用一根吊索穿过二吊耳上的卸扣，吊索二端分别挂置在起重葫芦吊钩上进行抬吊。这样在整个抬吊过程中，即使二起重葫芦的起升速度不同，由于吊索可在卸扣上自由滑移，二吊点上的受力总能自动趋于平衡，提升力的平衡又保证了构件始终平稳垂直上升。

3 结语

通过上述四种非常规吊装作业的实践，说明只要作业人员充分发挥自己的聪明才智，以合理的工艺、灵活的起重方法、因地制宜自制专用吊具，即使在不具备大型起重机作业的条件下，同样有办法能解决大型设备及构件的吊装问题。其中设配重找平衡实现了减荷的工艺效果，这在吊装作业中鲜有应用，是对传统起重工艺的改进和创新。

参考文献

[1] 张质文 《起重机设计手册》 中国铁道出版社 1998年

[2] 祝燮权 《实用五金手册》 上海科学技术出版社 2010年

[3] 单辉祖 《材料力学》 高等教育出版社 2004年