论文部分内容阅读
摘要：本文以安徽天大石油管材穿孔机安装为例，阐述穿孔机主机架设备安装工艺技术，以填补企业在现代热连轧无缝钢管生产线关键设备安装的空白。对今后在无缝钢管厂建设领域工程投标、施工组织方面等提供更多的技术支撑，提高公司在冶金行业的综合竞争力，推动冶金行业安装技术的不断进步，具有重大意义。
关键词：大型无缝管；穿孔机；双机抬吊；空中对接；整体下降
前言
目前，随着化工工业在中国的发展，无缝钢管的应用越来越广泛，尤其是进入21世纪以来，一大批具有国际先进水平和接近国际先进水平的钢管生产技术装备，在钢管行业的生产中起到了主导作用。穿孔机是大型无缝管生产线的关键设备，穿孔机主要设备包括：穿孔机主机座、穿孔机进口台、穿孔机主传动、穿孔机出口一段、穿孔机出口二段，设备总吨位约1000吨。穿孔机主机架的安装是整个穿孔机安装的难点，穿孔机主机架具有重量大（入口机架76吨、出口机架72吨）、机架不规则、两片机架对接难等特点，尽管我国天津无缝、鞍钢无缝、成都无缝等企业都有过穿孔机安装经历，但没有形成系统的安装方法可以借鉴，本文以安徽天大石油管材穿孔机安装为例，阐述穿孔机主机架设备安装工艺技术，以供借鉴。
1穿孔机设备主要技术特征
（1）穿孔机双机抬吊
安徽天大高级石油专用管技改项目的穿孔机设备，是由中冶赛迪设计、太原重型机械制造有限公司制造，穿孔机主机架共两片，分别重量为76吨和72吨，外型尺寸：4800mmx523mmx5263mm.厂房内有起重量为30吨和50吨行车各一台，穿孔机就位在+6米高架平台上，+6米高架平台形成后，穿孔机主机架无法使用大型吊机吊装就位，根据现场条件，本着经济适用的原则，决定采用30吨和50吨两台行车抬吊的吊装工艺（见图1）。
（2）穿孔機机架空中对接整体下降
穿孔机两片机架为不规则结构，机架上没有吊点，起吊后要用4个倒链调整机架水平，两片机架就位在平行于轧制线的两个轨座上，两片机架由8颗M160液压螺栓连接，而且这8颗螺栓不能在机架对接后再对穿，需要预先穿进一片机架上，然后在采用平行滑动另一片机架，但是机架轨座上有8颗M100公用“T”型螺栓，两片机架不能落在机架轨座上对接，需要采用临时措施把两片机架空中对接，然后整体下降。
2穿孔机主机架吊装工艺
2.1穿孔机吊具设计工艺
（1）吊具选型
穿孔机主机架分为入口和出口两片，单重分别为72吨和76吨，厂房内可使用的最大行车为50吨和30吨行车各一台，考虑到两台行车吊装设备时均为满负荷承载，为使吊具自重较轻，以减少行车的负载，吊具大梁采用箱形梁结构。
两台行车靠近时，两主钩的间距现场测量为11.15m，考虑到两行车大车行走时不相撞，又尽可能减少吊具两销轴的间距，吊具箱形梁上部销轴中心设计为11.5m，即吊具梁上部受力支点间距为11.5m。
考虑到两台行车一台为50吨，一台为30吨，为使两台行车按最大载荷时负载率一致，根据力矩平衡原理，和吊具自重，计算出下部吊点距50吨行车吊点为4.2m。实际吊装时，按最大单钩重量为76吨计，吊具按7吨计，50吨行车承载51.74吨，30吨行车承载31.26吨，最大负载率104.4%。
（2）吊具制作
吊具示意图见图2，采用箱形梁焊接制作，面底板20mm厚钢板，腹板、内部筋板12mm厚钢板，材质采用Q345-B钢板。受拉区主要焊缝要进行超声波探伤，达到二级要求。
（3）吊具箱型主梁、主要吊点强度计算
注：以下按GB50017-2003钢结构设计规范进行计算
a主梁强度：
主梁强度：
主梁承载：G=76×9.8×103N
动载系数K=1.15
主梁长度：L=11.5m，L1=4.2m，L2=7.3m
主梁承载弯距：M=G×K× L1×L2/L=2.28×106N·m
主梁截面：采用箱形梁结构，Q345-B材料焊接成形（见主梁图）。
面底板宽B=600mm，厚T1=20mm
腹板高H=910mm，厚T2=12mm
主梁惯性矩：Ix=2×T2×H3/12+2×B×T1×（H/2+T1/2）2=6.7×10-3m4
弯距作用应力σ=M×（H/2+T1）/ Ix=162Mpa
Q345-B材料最大许用应力[σ]=205MPa
经力学计算：σ=162Mpa<[σ]，主梁承载强度满足要求。
b主梁刚度：
主梁承载：G=76×9.8×103N
主梁长度：L=11.5m，L1=4.2m，L2=7.3m
材料弹性模量E=2.06×1011N/m2
主梁惯性矩：Ix=5.92×10-3m4
挠度ymax=G×L1×（L2-L12）3/2/（9×√3×E×Ix×L）=15.51mm
对于单次吊装，箱形梁最大许用挠度[y]=1000L/600=19.2mm
经力学计算：ymax =15.51mm<[y]，主梁刚度满足要求。
c下销轴：
下销轴承载：F1=76×9.8×103N
动载系数K=1.15
下销轴直径：D1=0.12m
下销轴截面积：A1=ΠD12/4
下销轴剪应力：τ1=KF1/A1=75.8Mpa
45#锻件销轴的最大许用抗剪应力[τ]=138Mpa
经力学计算：τ1=75.8Mpa<[τ]，下销轴剪应力满足要求。 d上销轴（50吨行车）：
上销轴承载：F2= 51.74×9.8×103N（包括吊具自重）
动载系数K=1.15
上销轴直径：D2=0.10m
上轴截面积：A2=ΠD22/4
上销轴剪应力：τ2=KF2/A2=74.28Mpa
轴的最大许用抗剪应力[τ]=138Mpa
经力学计算：τ2=74.28Mpa<[τ]，上销轴剪应力满足要求。
e吊具下销轴孔下部垂直截面支座板
根据工作状况，截面受载，截面尺寸，对吊具下销轴处（按截面尺寸最小）校核支座钢板的剪应力：
吊具承载：F3= 76×9.8×103N
动载系数K=1.15
支座钢板总厚度：T3=2×3×0.02=0.12m
下销轴直径：D1=0.12m
支座垂直截面长度L=0.2-D1/2=0.14m
吊片受剪截面積：A3=L×T3
上销轴剪应力：τ3=KF3/A3 =51Mpa
Q345-B材料的最大许用抗剪应力[τ]=121Mpa
经力学计算：τ3=51Mpa<[τ]，吊具下销轴处支座板剪应力满足要求。
2.2穿孔机主机架吊装注意要点
（1）进场路线铺设碎石、压实，注意大 型平板车的转弯半径，所铺设的道路要满足平板车开到指定卸车位置。
（2）选取和穿孔机机架重量相等的管坯76吨，进行模拟试吊，首先把管坯吊离底面约500mm高，测试行车制动情况，可根据实际情况调整抱闸，再做同步升降操作，确认制动情况良好，然后进行大车和小车前进和后退动载试验，熟练两台行车的同步运行。
（3）根据入口侧机架内侧面朝上的装车方式，机架底部应先进车间，以此确定运载车是开进或倒进车间；根据出口侧机架内侧面朝上的装车方式，机架顶部应先进车间，以此确定运载车是开进或倒进车间的。
（4）机架翻身在地面上进行，机架底部垫枕木，钢丝绳通过机架窗口兜吊，为了避免钢丝绳滑动损坏设备，吊点位置设护角，起吊时根据钢丝绳的倾斜缓慢移动两台行车大车，保持设备垂直起吊，翻好身后用枕木做支撑把机架水平放稳，但不能松钩，行车带力，在机架另两角挂两个20吨倒链来调节机架水平，调好后便可起吊。
3机架空中对接、整体下降就位工艺
穿孔机机架和以往粗轧机机架有很大不同，它是两片机架直接对接，由4个十字型键槽控制对接精度，由8颗M160对穿螺栓对两片机架进行连接，机架对接难点有3个：
（1）机架对接面有4个十字型键槽控制。
（2）8颗连接螺栓必须先预穿到其中一片机架上，然后另一片机架和其连接。
（3）底座和机架之间有16颗M100“T”型螺栓（见图3）。综合以上条件制约，经研究分析后决定采用对两片机架进行空中对接，然后整体顶升下降的施工工艺。
M100“T”型螺栓露出底板350，两机架对接轨道支架采用300x200x8x10H型钢，截取16段400mm长H型钢，中间加筋板进行加固，预先放置在底座面上，H型钢支架下面垫纸板，以免滑动时刮伤底座表面。每片机架四个角各放两个支座重叠起来，然后先利用双机抬吊就位出口侧机架，入口机架就位到临时支架后，要对临时放置的机架进行找正、找标高，中心线和标高都控制在1mm以内，找平找正结束后，对机架进行临时固定，固定机架4个“[”字卡，把机架与底座卡起来。为防止两片机架对接时倾翻，在机架出口侧用10#槽钢，做斜撑固定。
出口机架固定好后，把8颗M160液压螺栓预先穿入出口机架内，然后吊装入口机架，先缓慢把入口机架靠近出口机架到同一高度上，慢慢走大车，由于螺栓的上下活动间隙很大，两侧上下各站一个人看好液压螺栓孔，等螺栓穿过入口机架侧板后，铺设好临时支撑轨道降落机架到支架上，考虑到两片机架稳定性，把8颗液压螺母临时带上，使得两片机架成为一个整体。两片机架拼装成整体后，
总重148吨，故主机架整体下降，利用4个50吨油压千斤顶，再穿孔机主机架四角各放置一个千斤顶（见图4），顶升时要专人统一指挥，4个操作人员要做到步调一致，用卷尺测量千斤顶顶杆伸出长度，使整个穿孔机机架水平稳步上升，机架顶空后，抽出1个400mm支座，换成小支座，保证支座与穿孔机机架底面有100mm间隙，这段间隙改用4块400x200x20mm钢板，下降时必须保证机架底面与临时支座之间的距离不超过20mm。
4结束语
穿孔机主机架设备安装工艺在安徽天大石油管材股份有限公司施工中成功应用，获得了良好的效果。该安装工艺充分考虑现场条件，因地制宜的设计不等抬吊吊具，根据穿孔机机架结构特点，制作穿孔机就位专用轨座，解决了大型无缝管生产线穿孔机就位的难题。。该安装工艺节省材料、人工，缩短工期，可以获得良好的经济效益和显著的社会效益，前景十分看好。
参考文献：
[1]钢结构设计规范 GB50017-2003
[2]轧机机械设备工程安装验收规范 GB 50386-2006
关键词：大型无缝管；穿孔机；双机抬吊；空中对接；整体下降
前言
目前，随着化工工业在中国的发展，无缝钢管的应用越来越广泛，尤其是进入21世纪以来，一大批具有国际先进水平和接近国际先进水平的钢管生产技术装备，在钢管行业的生产中起到了主导作用。穿孔机是大型无缝管生产线的关键设备，穿孔机主要设备包括：穿孔机主机座、穿孔机进口台、穿孔机主传动、穿孔机出口一段、穿孔机出口二段，设备总吨位约1000吨。穿孔机主机架的安装是整个穿孔机安装的难点，穿孔机主机架具有重量大（入口机架76吨、出口机架72吨）、机架不规则、两片机架对接难等特点，尽管我国天津无缝、鞍钢无缝、成都无缝等企业都有过穿孔机安装经历，但没有形成系统的安装方法可以借鉴，本文以安徽天大石油管材穿孔机安装为例，阐述穿孔机主机架设备安装工艺技术，以供借鉴。
1穿孔机设备主要技术特征
（1）穿孔机双机抬吊
安徽天大高级石油专用管技改项目的穿孔机设备，是由中冶赛迪设计、太原重型机械制造有限公司制造，穿孔机主机架共两片，分别重量为76吨和72吨，外型尺寸：4800mmx523mmx5263mm.厂房内有起重量为30吨和50吨行车各一台，穿孔机就位在+6米高架平台上，+6米高架平台形成后，穿孔机主机架无法使用大型吊机吊装就位，根据现场条件，本着经济适用的原则，决定采用30吨和50吨两台行车抬吊的吊装工艺（见图1）。
（2）穿孔機机架空中对接整体下降
穿孔机两片机架为不规则结构，机架上没有吊点，起吊后要用4个倒链调整机架水平，两片机架就位在平行于轧制线的两个轨座上，两片机架由8颗M160液压螺栓连接，而且这8颗螺栓不能在机架对接后再对穿，需要预先穿进一片机架上，然后在采用平行滑动另一片机架，但是机架轨座上有8颗M100公用“T”型螺栓，两片机架不能落在机架轨座上对接，需要采用临时措施把两片机架空中对接，然后整体下降。
2穿孔机主机架吊装工艺
2.1穿孔机吊具设计工艺
（1）吊具选型
穿孔机主机架分为入口和出口两片，单重分别为72吨和76吨，厂房内可使用的最大行车为50吨和30吨行车各一台，考虑到两台行车吊装设备时均为满负荷承载，为使吊具自重较轻，以减少行车的负载，吊具大梁采用箱形梁结构。
两台行车靠近时，两主钩的间距现场测量为11.15m，考虑到两行车大车行走时不相撞，又尽可能减少吊具两销轴的间距，吊具箱形梁上部销轴中心设计为11.5m，即吊具梁上部受力支点间距为11.5m。
考虑到两台行车一台为50吨，一台为30吨，为使两台行车按最大载荷时负载率一致，根据力矩平衡原理，和吊具自重，计算出下部吊点距50吨行车吊点为4.2m。实际吊装时，按最大单钩重量为76吨计，吊具按7吨计，50吨行车承载51.74吨，30吨行车承载31.26吨，最大负载率104.4%。
（2）吊具制作
吊具示意图见图2，采用箱形梁焊接制作，面底板20mm厚钢板，腹板、内部筋板12mm厚钢板，材质采用Q345-B钢板。受拉区主要焊缝要进行超声波探伤，达到二级要求。
（3）吊具箱型主梁、主要吊点强度计算
注：以下按GB50017-2003钢结构设计规范进行计算
a主梁强度：
主梁强度：
主梁承载：G=76×9.8×103N
动载系数K=1.15
主梁长度：L=11.5m，L1=4.2m，L2=7.3m
主梁承载弯距：M=G×K× L1×L2/L=2.28×106N·m
主梁截面：采用箱形梁结构，Q345-B材料焊接成形（见主梁图）。
面底板宽B=600mm，厚T1=20mm
腹板高H=910mm，厚T2=12mm
主梁惯性矩：Ix=2×T2×H3/12+2×B×T1×（H/2+T1/2）2=6.7×10-3m4
弯距作用应力σ=M×（H/2+T1）/ Ix=162Mpa
Q345-B材料最大许用应力[σ]=205MPa
经力学计算：σ=162Mpa<[σ]，主梁承载强度满足要求。
b主梁刚度：
主梁承载：G=76×9.8×103N
主梁长度：L=11.5m，L1=4.2m，L2=7.3m
材料弹性模量E=2.06×1011N/m2
主梁惯性矩：Ix=5.92×10-3m4
挠度ymax=G×L1×（L2-L12）3/2/（9×√3×E×Ix×L）=15.51mm
对于单次吊装，箱形梁最大许用挠度[y]=1000L/600=19.2mm
经力学计算：ymax =15.51mm<[y]，主梁刚度满足要求。
c下销轴：
下销轴承载：F1=76×9.8×103N
动载系数K=1.15
下销轴直径：D1=0.12m
下销轴截面积：A1=ΠD12/4
下销轴剪应力：τ1=KF1/A1=75.8Mpa
45#锻件销轴的最大许用抗剪应力[τ]=138Mpa
经力学计算：τ1=75.8Mpa<[τ]，下销轴剪应力满足要求。 d上销轴（50吨行车）：
上销轴承载：F2= 51.74×9.8×103N（包括吊具自重）
动载系数K=1.15
上销轴直径：D2=0.10m
上轴截面积：A2=ΠD22/4
上销轴剪应力：τ2=KF2/A2=74.28Mpa
轴的最大许用抗剪应力[τ]=138Mpa
经力学计算：τ2=74.28Mpa<[τ]，上销轴剪应力满足要求。
e吊具下销轴孔下部垂直截面支座板
根据工作状况，截面受载，截面尺寸，对吊具下销轴处（按截面尺寸最小）校核支座钢板的剪应力：
吊具承载：F3= 76×9.8×103N
动载系数K=1.15
支座钢板总厚度：T3=2×3×0.02=0.12m
下销轴直径：D1=0.12m
支座垂直截面长度L=0.2-D1/2=0.14m
吊片受剪截面積：A3=L×T3
上销轴剪应力：τ3=KF3/A3 =51Mpa
Q345-B材料的最大许用抗剪应力[τ]=121Mpa
经力学计算：τ3=51Mpa<[τ]，吊具下销轴处支座板剪应力满足要求。
2.2穿孔机主机架吊装注意要点
（1）进场路线铺设碎石、压实，注意大 型平板车的转弯半径，所铺设的道路要满足平板车开到指定卸车位置。
（2）选取和穿孔机机架重量相等的管坯76吨，进行模拟试吊，首先把管坯吊离底面约500mm高，测试行车制动情况，可根据实际情况调整抱闸，再做同步升降操作，确认制动情况良好，然后进行大车和小车前进和后退动载试验，熟练两台行车的同步运行。
（3）根据入口侧机架内侧面朝上的装车方式，机架底部应先进车间，以此确定运载车是开进或倒进车间；根据出口侧机架内侧面朝上的装车方式，机架顶部应先进车间，以此确定运载车是开进或倒进车间的。
（4）机架翻身在地面上进行，机架底部垫枕木，钢丝绳通过机架窗口兜吊，为了避免钢丝绳滑动损坏设备，吊点位置设护角，起吊时根据钢丝绳的倾斜缓慢移动两台行车大车，保持设备垂直起吊，翻好身后用枕木做支撑把机架水平放稳，但不能松钩，行车带力，在机架另两角挂两个20吨倒链来调节机架水平，调好后便可起吊。
3机架空中对接、整体下降就位工艺
穿孔机机架和以往粗轧机机架有很大不同，它是两片机架直接对接，由4个十字型键槽控制对接精度，由8颗M160对穿螺栓对两片机架进行连接，机架对接难点有3个：
（1）机架对接面有4个十字型键槽控制。
（2）8颗连接螺栓必须先预穿到其中一片机架上，然后另一片机架和其连接。
（3）底座和机架之间有16颗M100“T”型螺栓（见图3）。综合以上条件制约，经研究分析后决定采用对两片机架进行空中对接，然后整体顶升下降的施工工艺。
M100“T”型螺栓露出底板350，两机架对接轨道支架采用300x200x8x10H型钢，截取16段400mm长H型钢，中间加筋板进行加固，预先放置在底座面上，H型钢支架下面垫纸板，以免滑动时刮伤底座表面。每片机架四个角各放两个支座重叠起来，然后先利用双机抬吊就位出口侧机架，入口机架就位到临时支架后，要对临时放置的机架进行找正、找标高，中心线和标高都控制在1mm以内，找平找正结束后，对机架进行临时固定，固定机架4个“[”字卡，把机架与底座卡起来。为防止两片机架对接时倾翻，在机架出口侧用10#槽钢，做斜撑固定。
出口机架固定好后，把8颗M160液压螺栓预先穿入出口机架内，然后吊装入口机架，先缓慢把入口机架靠近出口机架到同一高度上，慢慢走大车，由于螺栓的上下活动间隙很大，两侧上下各站一个人看好液压螺栓孔，等螺栓穿过入口机架侧板后，铺设好临时支撑轨道降落机架到支架上，考虑到两片机架稳定性，把8颗液压螺母临时带上，使得两片机架成为一个整体。两片机架拼装成整体后，
总重148吨，故主机架整体下降，利用4个50吨油压千斤顶，再穿孔机主机架四角各放置一个千斤顶（见图4），顶升时要专人统一指挥，4个操作人员要做到步调一致，用卷尺测量千斤顶顶杆伸出长度，使整个穿孔机机架水平稳步上升，机架顶空后，抽出1个400mm支座，换成小支座，保证支座与穿孔机机架底面有100mm间隙，这段间隙改用4块400x200x20mm钢板，下降时必须保证机架底面与临时支座之间的距离不超过20mm。
4结束语
穿孔机主机架设备安装工艺在安徽天大石油管材股份有限公司施工中成功应用，获得了良好的效果。该安装工艺充分考虑现场条件，因地制宜的设计不等抬吊吊具，根据穿孔机机架结构特点，制作穿孔机就位专用轨座，解决了大型无缝管生产线穿孔机就位的难题。。该安装工艺节省材料、人工，缩短工期，可以获得良好的经济效益和显著的社会效益，前景十分看好。
参考文献：
[1]钢结构设计规范 GB50017-2003
[2]轧机机械设备工程安装验收规范 GB 50386-2006