取向硅钢20辊可逆轧机吊装

【摘要】20辊可逆轧机机组轧制工艺先进，轧制出的带钢表面质量及内部质量好，支撑辊、两中间辊使用寿命长，一中间辊、工作辊换辊速度快，生产效率高，在我国各大钢厂冷轧、硅钢车间取得越来越多的应用；但是在施工中，由于设备工艺布置复杂，生产用行车吊装能力不足，而导致设备吊装施工困难，导致吊装施工准备周期较长，一般施工措施难度较高。文章意在探索如何缩短吊装周期，降低施工难度。

【关键词】20辊可逆轧机；机架吊装；一次就位

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

【正文】

1 工程概况

1.1 工程简介

宝钢取向硅钢后续工程标段一（RCM-3机组）设备安装工程中的20辊轧机由日本三菱日立制铁机械株式会社设计并与国内合作制造，本机组液压、设备安装在设备基础下方的地下油库内，设备基础周边无承重地坪。

1.2 主要大件实物量

1.3 工程特点

轧机内外机架吊装重量大，施工场地狭小，厂房内布置两台行车（额定起重量：35吨）无法满足机架的吊装要求，

1.4 一般施工方法

1.4.1 双车抬吊

一般利用厂房内布置的行车进行双车抬吊卸车安装轧机外机架，制作升降滑轨，将轧机内机架放在滑轨上，拉入轧机外机架后进行二次就位，滑轨必须根据轧机机架尺寸在现场制作，并且需要对滑轨进行调整，保证滑轨中心与轧机中心重合；双车抬吊轧机机架需要使用100吨级专用吊具，吊具自重一般在8~10t，抬吊过程中，行车处于超载状态，并且对两台行车驾驶员的驾驶技术、与指吊工配合默契程度有很高要求，危险系数较高。

1.4.2 液压机械臂就位

液压机械臂吊装能力出众，一般工程用液压机械臂可安装300t左右的轧机机架，但是液压机械臂使用时轴线位置固定，不能横向移动，对设备卸车位置要求高，且吊装轧机外机架时的站位与吊装内机架时的站位不同，在整个吊装过程中需要多次移位。

1.5 本工程施工方法

本工程根据现场实际情况，选用履带吊进行吊装，并且利用履带吊在满足吊装能力的情况下，吊装半径能灵活变动以及进行吊物行走的特性，为履带吊设置了专用行走路线，以弥补设备运输车辆因自身原因无法行驶到位的情况，将设备卸车、吊装就位一次完成。

2 施工平面布置

2.1 设备进场及吊机站位布置

由于本工程施工场地狭小，根据轧机机架重量选择吊装用CCH2000型200t履带吊，设备卸车及机架翻身必须在下图所示的履带吊行走区域进行，安装前，履带吊行走区域必须铺设完毕，2D204~205线间道路通畅。具体示意图见图2-1。

图2-1 履带吊站位及拖车行走示意图

2.2 吊机行走路线铺设要求

RCM-3机组场地狭小，必须从2D204-205线间的新建道路进场，并经钢卷存放区重载地坪倒车至卸车位；考虑到履带吊基本杆高度加车身高度，高于车间内厂房三管桁架底标高，因此，履带吊的有效吊装空间局限在203-204线之间，机架必须由拖车运输至机架中心超过203线的位置，方可卸车吊装。

本次吊装施工吊机选则CCH2000型200t履带吊，自重约193吨，吊装设备重量按80吨计，吊装时对地面的荷载合计达到273吨，为保护设备基础顶板，使荷载均布，需铺设路基箱，路基箱铺设前，应在铺设位置下垫沙袋，防止由于路基箱底面不平整导致局部受力集中而损坏设备基础顶板。

3 机架安装方法

3.1 机架安装流程

根据施工图纸，机架吊装计划分四步进行。

第一步，先将驱动侧外机架吊装至底座就位，在外机架窗口下部及底座上各安装两个临时支撑，并将临时支撑标高调整好固定。

第二步，将内机架下部吊装至临时支撑上，在内机架上部四角各安装一个临时支撑，将临时支撑标高调整好后固定。

第三步，将内机架上部吊装至临时支撑上。

第四步，将操作侧外机架吊装就位。

3.2 施工要点

3.2.1 吊装机械选择

按照吊装重量最大80吨计，选用CCH2000型200吨履带式起重机进行卸车、吊装施工。

CCH2000型履带式起重机，选用杆长18.3m，其作业参数如下：

根据现场实地测量及画图计算，外机架吊装时选用9m作业半径，内机架吊装时选用8m作业半径。CCH2000型履带式起重机在18.3m杆长的工况下满足内外机架的吊装需求。

3.2.2 钢丝绳选择

根据图纸，起吊时外机架上设置的吊耳与外机架上角干涉，无法使用，因此只能利用大兜的方法，将钢丝绳穿过外机架上部窗口进行吊装。具体示意图见图3-1。

图3-1 外机架吊装、受力示意图

1）钢丝绳受力计算

由图3-1可知，吊装时，每根钢丝绳对折为双股进行吊装；外机架单片重量按80吨计，吊装夹角为7°，则单边钢丝绳受力为：

钢丝绳为双股吊装，则单股受力为

吊装时不考虑动载系数，则安全系数取8，钢丝绳的破断拉力为：

由《机械设计手册》查得,公称抗拉强度1770MPa，d=56mm钢丝绳的破断拉力，满足吊装要求。[1]

2）钢丝绳绳长选择

根据图3-1及钢丝绳受力计算得出需要,公称抗拉强度1770MPa，d=56mm钢丝绳2根，单根绳长12m。[1]

3.2.3 吊装卡杆情况

根据施工图纸，可以看出，外机架安装标高为-3.900m，内机架上部安装标高为+1.100m，CCH2000型履带吊吊装中心高度为2m，履带高度为1.5m，所以吊装高度最高为设备下表面离地面2m即可，新建RCM-3机组厂房三管桁架底标高为17900mm，屋面檩条底标高为21700mm，杆头净高度满足吊装要求。吊装卡杆情况见图3-2、3-3。

图3-2 机架吊装卡杆情况示意图

图3-3 内机架吊装卡杆情况示意图

3.2.4 设备基础受力计算

3.2.4.1 混凝土结构验算

由于基础顶板跨度不同（跨度L=2.8m、5.8m），净跨为2.8m处顶板下部不加支撑，按简支单跨梁计算；净跨为5.8m处顶板下部等距增加2根三管支柱，按三跨等距梁计算。顶板厚度为0.77m，取单位宽度1m；履带吊自重（CCH2000）自重193t，履带宽为1.07m，长为8.08m；轧机机架自重74t；顶板上部型钢支架自重5t，路基箱自重10t；砂包自重2t。对已完基础顶板是否能承载上部施工时所产生的荷载进行验算。

1）最不利情况时荷载

最不利情况为全部荷载都施加在0.77m的顶板上时，因此荷载组成如下：

基础顶板混凝土自重：0.77m×2500kg/m3×10N/kg=19250N/m2

履带吊自重（CCH2000）：（193000kg×10N/kg）/（1.07m×8.08m）=223235N/m2

轧机机架自重：（74000kg×10N/kg）/（1.07m×8.08m）=85593N/m2

顶板上部型钢支架+路基箱+砂包自重：[（5+10+2）×1000kg×10N/kg]/（1.07m×8.08m）=19663N/m2

一般情况下施工荷载：3000N/m2

2）荷载设计值[2]：

=[1.2(19250+223235+85593+19663)+1.4×3000]×1.07

=(417289+4200)×1.07

=450994N/m

：基础顶板混凝土自重、履带吊自重、轧机机架自重、轧机机架自重与顶板上部型钢支架+路基箱+砂包自重总和。

：施工时产生的荷载标准值产生的荷载总和。

由于履带吊的履带1/2压在跨度2.8m的板上，1/2压在跨度5.8m的板上，因此计算时q=225497 N/m。

3）吊装时产生的弯矩（M）

A 净跨为2.8m处顶板

a 支座反力：RA=RB=qL/2=225497×2.8/2=315696 N

b 跨中最大弯矩：Mmax=qL2/8=225497×2.82/8=220987 N.m

B 净跨为5.8m处顶板（净跨为5.8m处顶板下部等距增加2根三管支柱，L=1.933m）

a 支座剪力：VA=0.4qL=0.4×225497×1.933=174354 N

VD=-0.4qL=-0.4×225497×1.933=-174354 N

VB左=-0.6qL=-0.6×225497×1.933=-261532 N

VB右=0.5qL=0.5×225497×1.933=217943 N

VC左=-0.5qL=-0.5×225497×1.933=-217943 N

VC右=0.6qL=0.6×225497×1.933=261532 N

支座剪力比较：VA=VD=174354 N＜VB=VC=261532+217943=479475 N

b 支座弯矩：MB=MC=-0.1qL2=-0.1×225497×1.9332=-84257 N.m

c 跨内最大弯矩：M1=0.08qL2=0.08×225497×1.9332=67405 N.m

M2=0.025qL2=0.025×225497×1.9332=21064 N.m

d 支座剪力及弯矩比较

支座剪力比较：VA=VD=174354 N＜VB=VC=261532+217943=479475 N

弯矩比较：M2=21064 N.m＜M1=67405 N.m＜MB=MC=84257 N.m

4）结构强度验算

已知：截面尺寸0.535×0.77m，混凝土C30，钢筋Ⅱ级，受拉、受压钢筋各为3Φ25（As=A′s=1473mm2），钢筋保护层厚度30mm，钢筋受拉、受压强度设计值f=f′y=300 N/mm2，混凝土轴心抗压强度设计值fc=14.3 N/mm2。

A 梁有效高度：ho=770－30－25－15=700 mm

B 受压区高度： (1473×300-1473×300)/(535×14.3)=0mm

C 截面的抵抗弯矩：

a 净跨为2.8m处顶板验算

=[14.3×535×0×(700－0/2)+1473×300×(700-30)]/1000

=296073 N.m

〔M〕=296073 N.m＞Mmax=220987 N.m

基础顶板跨中能承载吊装施工时所产生的弯矩，结构安全。

b 净跨为5.8m处顶板验算（净跨为5.8m处顶板下部等距增加2根三管支柱，

L=1.933m）

=[14.3×535×0×(700－0/2)+1473×300×(700-30)]/1000

=296073 N.m

〔M〕=296073 N.m＞MB=MC=84257 N.m

基础顶板能承载吊装施工时所产生的弯矩，结构安全。

D 截面的抵抗剪力（hw=ho）[3]

当hw/b=700/535=1.31≤4，V≤0.25βc fc b ho

考虑基础顶板斜截面的箍筋为非封闭式，因此公式修正为V≤0.125βc fc b ho

βc：混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取βc =1.0；当混凝土强度等级为C80时，取βc =0.8其间按线性内插法确定。

a 净跨为2.8m处顶板验算

=0.125×1×14.3×535×700

=669418 N

〔V〕=669418 N＞RA=RB= 315696 N

基础顶板能承载吊装施工时所产生的剪力，结构安全。

b 净跨为5.8m处顶板验算（净跨为5.8m处顶板下部等距增加2根三管支柱，

L=1.933m）

=0.125×1×14.3×535×700

=669418 N

〔V〕=669418 N＞VB=VC=479475 N

基础顶板能承载吊装施工时所产生的剪力，结构安全。

上述计算得出，基础顶板能承载吊装施工时所产生的弯矩及剪力。

3.2.4.2 路基箱支撑架稳定性受力计算

1）轧机底座处路基箱支撑架强度计算：

A 支撑架立杆稳定性计算

支撑架立杆稳定性计算公式:

其中N ---- 立杆的轴心压力设计值(kN) ：

按最不利情况计算，即双立杆承重吊机及设备总重268t重量。

（履带吊自重193t+下内机架重量74t+吊索具1t=268t）

N = 2680/2=1340 kN；

φ---- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 查表得到；

i ---- 计算立杆的截面回转半径(cm) ：i = 12.73 cm；

支撑架使用材料为300*200*8*12 H型钢

A ---- 立杆净截面面积(cm2)：A = 70.08 cm2；

W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=757.37 cm3；

σ--------立杆最大应力计算值 (N/mm2)；

[f]---- 钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 N/mm2；

L0---- 计算长度 (m)：

按最大立杆长度计算，为3.130m

则，l0/i =2810 / 127.3 = 22.1 ；

由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.941 ；

支撑架立杆的最大应力计算值 ：σ=1340000/（0. 941×7008） = 203.2 N/mm2；

支撑架型钢立杆的最大应力计算值 σ= 203.2N/mm2 小于立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求。

B 支撑架横杆抗弯强度计算

a 支撑架横杆抗弯强度计算公式:

其中，M ---- 横杆承受的最大弯矩设计值(kN) ：

按单横杆承受1/2总重之重量，即134t。

M = 0.1ql2=0.1*(1340/1.0)*10002=134*106 kN.m；

W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=757.37 cm3；

σ--------立杆最大应力计算值 (N/mm2)；

则，支撑架横杆最大抗弯强度计算值 ：

σ=134000000//757370 = 177 N/mm2；

最大应力计算值 σ= 177 N/mm2 小于横杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！

b 支撑架横杆挠度控制计算公式:

最大挠度为：l/400

其中q ---- 均布载荷：(2680/2)/1.0=1340 kN/m；

l ---- 跨度：1.0m

E---- 弹性模量：E=2.06E5Mpa

I ---- 截面惯性矩：11360.67cm4

则最大挠度计算值 ν= 0.677×1340×10004 /(100×206000×113606700)= 0.39 mm；

最大允许挠度[ν]=1000/ 400=2.5 mm；

横梁的最大挠度计算值 0.39 mm 小于 H型钢的最大允许挠度 2.5 mm,满足要求。

称重装置处路基箱支撑架强度计算：

A 支撑架横杆抗弯强度计算

a 支撑架横杆抗弯强度计算公式:

其中M ---- 横杆承受的最大弯矩设计值(kN) ：

按双横杆承受1/2总重之重量，即每个横杆为(268/2)/2=67t。

M = 0.1ql2=0.1*(670/2.2)*22002=147.4*106 kN.m；

W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=757.37 cm3；

σ--------立杆最大应力计算值 (N/mm2)；

则，支撑架横杆最大抗弯强度计算值 ：

σ=147400000//757370 = 194.6 N/mm2；

最大应力计算值 σ= 194. 6 N/mm2 小于横杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！

b 支撑架横杆挠度控制计算公式:

最大挠度为：l/400

其中q ---- 均布载荷：670/2.2=304.5 kN/m；

l ---- 跨度：2.2m

E---- 弹性模量：E=2.06E5Mpa

I ---- 截面惯性矩：11360.67cm4

则最大挠度计算值 ν= 0.677×304.5×22004 /(100×206000×113606700)= 2.06 mm；

最大允许挠度[ν]=2200/ 400=5.5 mm；

横梁的最大挠度计算值 2.06 mm 小于 H型钢的最大允许挠度 5.5 mm,满足要求。

集油盘砼板支撑架强度计算：

截面力学特性参数：

IX=59716.5cm4

i=73.49cm

A 支撑架立杆稳定性计算

支撑架立杆稳定性计算公式:

其中N ---- 立杆的轴心压力设计值(kN) ：

按两组立杆承重吊机及总重287t（设备总重268t+路基箱10t+黄砂2t+钢砼2t+路基箱支撑架5t=287t）重量。

N = 2870/2=1435 kN；

φ---- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 查表得到；

i ---- 计算立杆的截面回转半径(cm) ：i = 73.49 cm；

A ---- 立杆净截面面积(cm2)：A = 99.53 cm2；

σ--------立杆最大应力计算值 (N/mm2)；

[f]---- 钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 N/mm2；

L0---- 计算长度 (m)：

按最大立杆长度计算，为2.6m

则，l0/i =2600 / 734.9 =3.4；

由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.949 ；

支撑架立杆的最大应力计算值 ：σ=1340000/（0.949×9952） =141.2 N/mm2；

支撑架型钢立杆的最大应力计算值 σ= 141.2N/mm2 小于立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求。

履带吊站位路基箱铺设、支撑架设置见图3-4、3-5。

图3-4 履带吊站位路基箱铺设及支撑架设置平面布置

图3-5 履带吊站位路基箱铺设及支撑架设置立面图

图3-6 局部放大示意图一图3-7 局部放大示意图二 图3-8 局部放大示意图三

4 结论

4.1 施工周期及人力使用情况对比

4.1.1 双车抬吊法施工周期及人力使用情况（宝钢五冷轧一标段）

4.1.2 液压机械臂吊装施工周期及人力使用情况（新钢3.5米轧机工程）

4.1.3 履带吊吊装施工周期及人力使用情况（宝钢取向硅钢后续工程（第一步）标段一）

通过对三种施工方法的列表比较，可以看出，履带吊吊装施工，比双车抬吊法节省施工工期4天，节约人力资源42人工*日，比液压机械臂吊装节省施工工期3天，节约人力资源76人工*日。

综合以上所述，在单机架20辊可逆轧机工程施工中，根据现场实际情况，采用履带吊对轧机机架进行吊装施工，具有危险性小，可操作性好，支护简单，在节省施工工期及节约人力成本上有较大的优势。

【参考文献】

[1]《机械设计手册》，成大先

[2]《材料力学》第二版，单祖辉

[3]《混凝土结构设计规范》50010-2010（S）