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【摘要】此论文介绍了酒钢炼铁一工序2#高炉中修中主卷扬机卷筒大齿圈更换项目中，齿圈、滚筒设备的吊运方案设计及实施过程。
【关键词】方案；高炉斜桥；设备重心；杠杆原理；推移
1、检修概况
高炉主卷扬机是高炉卷扬上料系统中的主体设备，位于2#高炉西侧高炉上料斜桥下方的主卷扬室内，主卷扬室室内地面与室外公路地面竖直距离为8米，主卷所处房间中心线与室外公路中心线水平距离为8.5米。图纸标注拆除外运部分（主卷钢丝绳滚筒与齿圈）自重：22500Kg 外形尺寸：φ2600*4350，此设备于1989年安装投用。此次进行大齿圈更换距离安装时已经近20年来，为投用后首次检修，需要更换的大齿圈是和卷筒通过螺栓连接在一起的，并且共同安装在一根主轴上，而主卷扬室没有相应的起重设施，并且受到场地限制，无法就近检修施工，需要吊运到地面上进行检修，完成大齿圈的更换。
2、检修难点
检修前，多方联系、咨询一些当年曾经参与主卷设备安装的人员，了解到当年室内起重设施与现在相同，根本无法满足施工要求，当年也曾将齿圈拆下过，采取的安装方案是：将主卷扬室北侧山墙全部拆除，在主卷设备正北侧地面上，使用120吨吊车，配合室内的3吨电葫芦，将主卷筒逐步移出，然后120吨吊、50吨吊车配合将大齿圈吊出主卷扬室。而此次检修相比89年的施工（参照图1）存在的困难有：一是主卷室已经全部封闭，北山墙上已经敷设了电缆桥架，如果全部拆除，工作量非常大，而且关系到电缆的处理。二是主卷扬室正北侧地面原吊装场地已经敷上了铁道，占用铁道必须垫平铁道，而且1#高炉处于正常生产状况，封道时间不易超过1个小时。三是当时安装时，主卷底座还可以移动，而今底座已经浇注固定，加上周围其他设施，主卷室内地面无法使用，只能悬空外移。四是悬空吊起主卷筒，受到主卷扬室屋面限制，室内无所需的吊点和起升空间，而且还要克服作业安全性低、起重工作量非常大等诸多不利因素。因此原来的吊装方案在年修时间内无法实施。在此情况下，采用由最终目标倒推的方法，结合无起重设施重物平移的方法以及主卷筒的实际工作方式等几方面的情况，提出借用斜桥设置主卷垂直起吊吊点，主卷筒原地起吊，利用主卷底座设置支架，支架上搭设轨道，使用轨道及小车将主卷水平推移到理想吊点的方法，进行此次施工。此方案解决了主卷垂直起吊问题，避开了铁路、减小了主卷扬室三墙拆除的面积，不用移动电缆槽，又可以实现主卷移出后，达到外部检修的目标。
3、方案的制定和辅助设施的设计
3.1方案制定
根据此次设备吊运的目标（将主卷扬滚筒在室内吊起，越过卷扬北侧轴承包支座，移到室外吊装点，然后吊到地面运走检修），结合现场作业环境环境、固有设施相对位置、以及吊装设备的具体情况，制定如下检修方案。
3.1.1选择主卷扬室东北侧地面公路为120吨汽车吊车的站位点，将来如图一所示，将到达D点的主卷扬滚筒及大齿圈吊下，放置在公路上的平板车上。
3.1.2如图一所示在D点吊主卷扬滚筒及大齿圈，必须将主卷扬及大齿圈由C点移到D点，而滚筒北轴承座支架为不可拆支架，因此需要将主卷扬滚筒及大齿圈（后文简称主卷）在C点吊起，然后移到D点。实现将重22.5吨的主卷吊起和水平运输是此项工作的核心。
3.1.2.1由于主卷扬室室内无可用的吊装设备和设施，如图二所示，实现吊起主卷的方案是沿着日常生产时主卷扬钢丝绳的牵引方向，在上料斜桥上设置两根吊装梁（图二中A点、B点），由吊装梁上垂下四根钢丝绳，穿过斜桥底板和屋面上的主卷扬工作孔，进入室内作4个吊点。吊点上挂设4个10吨手拉葫芦作为主卷竖直起升设备。
3.1.2.2主卷水平外移只能选择主卷扬室内地面为载体，在其上安装托架，托架高度越过主卷滚筒轴承座支座，在支架上敷设轨道，通过轨道将主卷由C点推移到D点。
为保证安全（即减少主卷筒竖直起吊后的空中停留时间）和托架制作安装的方便，将托架分成两部分制作，即主托架和辅助托架，主辅托架上安装轨道。主托架将来安装在主卷筒北侧轴承座北侧，并且伸出主卷室北山墙3.5米；辅助托架将来待主卷筒吊起后，安装在主卷筒正下方。主托架和辅助托架之间（0.6米）使用轨道连接。
为方便主卷移动，避免主卷转动，主卷和托架轨道之间设置带四个轮子的支座式小车，将来主卷被捆绑在支座式小车上，由小车携带主卷沿托架轨道完成主卷移动。
3.1.3待地面检修完毕，以相反的操作将主卷筒安装回工作位置。
3.2辅助设施的设计
3.2.1详细查阅主卷筒图纸，根据设备形状和各部分重量计算出设备的重心位置，根据重心确定将来吊车起吊的钢丝绳锁点。计算绳长和绳子夹角，确定主卷筒最佳起吊位置，重心位于山墙外墙外1.8米处，即图一D点。
3.2.2根据设备重心距离北端面的距离，计算出外伸轨道距长度，由山墙外墙面计算，伸出山墙外表面3.5米。
3.2.3根据主卷筒平移中托架的受力情况，选择主卷的两个地脚螺栓（M56）作为主托架锚固点，将来承受最大拉力12吨。
3.2.4依据锚固点和主卷筒尺寸确定，托架轨道宽度1700毫米。
3.2.4依据主卷北侧轴承包支座高度1250毫米（相对主卷室内地面），托架顶面设计高度1260毫米。
3.2.5依据主卷扬室的地面下方承重梁的布置、托架悬臂式外伸，主托架如图三
综合以上设计要求，设计出的主托架如图三所示，使用时，M点为主支撑点，坐落在主卷室北山墙下方的主承重梁上。N点为锚固点，其固定在主卷北侧轴承座的安装螺栓上。当主卷由C点移到D点过程中，主卷重心在山墙体（主支撑点）室内侧时，N点承受压力，主卷在山墙体室外侧时，N点承受拉力。
主卷外移完成时，通过轨道端部的车档挡住主卷支座式小车，将主卷的重心限制在D点，此时主托架受力形式如图四所示，D点为主卷推移出的最终位置，G为主卷重力。 依据杠杆原理，1960*F1=1800*G，（G=22.5吨），所以F1为20.66吨。而由设置N点为原点，则（1800+1960）*G=1960*F2，那么F2为43.16吨。校核地脚螺栓（M56）的承载能力每条最小许用拉力约为27吨，两条共用，完全满住需要。
其它主辅托架结构、焊接结构尺寸已经校核过，不再详述。
4、检修作业
4.1将南北大料车入罐坑，主卷绳头固定。
4.1.1具备施工条件后，清理斜桥上及四周的人员。
4.1.2北大料车堆坑，后在主卷室拆开北大料车钢丝绳与主卷筒的固定点，打卡子将钢丝绳绳头牢固固定在卷扬室内。
4.1.3操作主卷扬，南大料车堆坑，后在主卷室拆开南大料车钢丝绳与主卷筒的固定点，打卡子将钢丝绳绳头牢固固定在卷扬室内。
4.2拆除主卷筒周围设施，同时安装主托架。
4.2.1联系自动化拆除主卷筒上的限位等电器设施（要求清理干净，需要进行防护的作好防护，对机械施工人员明确注意事项）。
4.2.2拆除主卷筒事故抱闸（要求从基础座子上拆除），拆除主卷北侧限位架子（可以提前要求自动化连同电器部分一同拆除）、大齿圈上盖、传动齿轮、主卷轴承上盖。
4.2.3同时组织人员联系吊车（120吨汽车吊）站位，使用吊车安装主托架。
4.3同步斜桥上安装吊装梁、挂钢丝绳，设置手拉葫芦（4个 10吨），用钢丝绳锁主卷和大齿圈（注意避开支座式小车的安装位置），设置外拉点和外拉手拉葫芦。
4.4主卷外移、落地、拉运。
4.4.1使用斜桥吊装钢丝绳上的4个10吨手拉葫芦将主卷和大齿圈吊起，待吊离基础面900时，将辅助托架移入主卷下部，然后使用钢轨将主托架和辅助托架连接在一起，焊接固定牢靠（此处要求后安装部分的钢轨与主托架上已安装好的钢轨在同一直线上，轨面平齐，轨道对接的接缝间隙不大于2毫米）。
4.4.2继续将滚筒提高，使主卷筒的底面与主卷扬室内地面间距达到2000毫米时，将支座式小车由地面吊上放置在主托架上，然后沿钢轨推移，进入滚筒下方。
4.4.3找好主卷筒和支座式小车的相对位置（保证主卷筒落下后可以平稳的落入支座式小车），然后缓慢松斜桥吊装钢丝绳上的4个10吨手拉葫芦，将主卷筒放入支座式小车，检查全部落到位后，固定支座式小车和主卷筒。
4.4.4在主托架和支座式小车之间挂手拉葫芦将主卷筒向外拉，待到主卷和大齿圈的重心到达主卷室北墙位置时，将吊车吊运的钢丝绳栓在主卷同上，并且挂上吊车钩头，指挥吊车微微吃力，然后继续将滚筒外移，直至吊车吊点垂直。
4.4.5指挥吊车起吊，然后将主卷卸到板车上，运输到地面检修点。
4.5待检修计划大齿圈更换完成后，将主卷以与拆除相反的顺序，拉运、吊起、推入主卷室内，安装就位。
5、结束语
通过这种检修方法，完成了检修项目，在不影响其它工作的情况下，以最小的辅助工作量，实现了安全、高效检修的目标，也为移动封闭空间内的重物提供了参考。但是，检修中也出现了由于设计缺陷，导致支座式小车轮无法转动的现象，这方面还需要进一步改进。
参考文献
[1]徐灏.《新编机械设计手册》下册.机械工业出版社，1995
[2]赵熙元.《建筑钢结构设计手册》.冶金工业出版社，1995.12
[3]黎桂英等编.《最新实用五金手册》.广东科技出版社，1991.7
作者简介
张金意 男 1991年7月毕业于北京科技大学机械工程系 专业：冶金机械 工程师。
【关键词】方案；高炉斜桥；设备重心；杠杆原理；推移
1、检修概况
高炉主卷扬机是高炉卷扬上料系统中的主体设备，位于2#高炉西侧高炉上料斜桥下方的主卷扬室内，主卷扬室室内地面与室外公路地面竖直距离为8米，主卷所处房间中心线与室外公路中心线水平距离为8.5米。图纸标注拆除外运部分（主卷钢丝绳滚筒与齿圈）自重：22500Kg 外形尺寸：φ2600*4350，此设备于1989年安装投用。此次进行大齿圈更换距离安装时已经近20年来，为投用后首次检修，需要更换的大齿圈是和卷筒通过螺栓连接在一起的，并且共同安装在一根主轴上，而主卷扬室没有相应的起重设施，并且受到场地限制，无法就近检修施工，需要吊运到地面上进行检修，完成大齿圈的更换。
2、检修难点
检修前，多方联系、咨询一些当年曾经参与主卷设备安装的人员，了解到当年室内起重设施与现在相同，根本无法满足施工要求，当年也曾将齿圈拆下过，采取的安装方案是：将主卷扬室北侧山墙全部拆除，在主卷设备正北侧地面上，使用120吨吊车，配合室内的3吨电葫芦，将主卷筒逐步移出，然后120吨吊、50吨吊车配合将大齿圈吊出主卷扬室。而此次检修相比89年的施工（参照图1）存在的困难有：一是主卷室已经全部封闭，北山墙上已经敷设了电缆桥架，如果全部拆除，工作量非常大，而且关系到电缆的处理。二是主卷扬室正北侧地面原吊装场地已经敷上了铁道，占用铁道必须垫平铁道，而且1#高炉处于正常生产状况，封道时间不易超过1个小时。三是当时安装时，主卷底座还可以移动，而今底座已经浇注固定，加上周围其他设施，主卷室内地面无法使用，只能悬空外移。四是悬空吊起主卷筒，受到主卷扬室屋面限制，室内无所需的吊点和起升空间，而且还要克服作业安全性低、起重工作量非常大等诸多不利因素。因此原来的吊装方案在年修时间内无法实施。在此情况下，采用由最终目标倒推的方法，结合无起重设施重物平移的方法以及主卷筒的实际工作方式等几方面的情况，提出借用斜桥设置主卷垂直起吊吊点，主卷筒原地起吊，利用主卷底座设置支架，支架上搭设轨道，使用轨道及小车将主卷水平推移到理想吊点的方法，进行此次施工。此方案解决了主卷垂直起吊问题，避开了铁路、减小了主卷扬室三墙拆除的面积，不用移动电缆槽，又可以实现主卷移出后，达到外部检修的目标。
3、方案的制定和辅助设施的设计
3.1方案制定
根据此次设备吊运的目标（将主卷扬滚筒在室内吊起，越过卷扬北侧轴承包支座，移到室外吊装点，然后吊到地面运走检修），结合现场作业环境环境、固有设施相对位置、以及吊装设备的具体情况，制定如下检修方案。
3.1.1选择主卷扬室东北侧地面公路为120吨汽车吊车的站位点，将来如图一所示，将到达D点的主卷扬滚筒及大齿圈吊下，放置在公路上的平板车上。
3.1.2如图一所示在D点吊主卷扬滚筒及大齿圈，必须将主卷扬及大齿圈由C点移到D点，而滚筒北轴承座支架为不可拆支架，因此需要将主卷扬滚筒及大齿圈（后文简称主卷）在C点吊起，然后移到D点。实现将重22.5吨的主卷吊起和水平运输是此项工作的核心。
3.1.2.1由于主卷扬室室内无可用的吊装设备和设施，如图二所示，实现吊起主卷的方案是沿着日常生产时主卷扬钢丝绳的牵引方向，在上料斜桥上设置两根吊装梁（图二中A点、B点），由吊装梁上垂下四根钢丝绳，穿过斜桥底板和屋面上的主卷扬工作孔，进入室内作4个吊点。吊点上挂设4个10吨手拉葫芦作为主卷竖直起升设备。
3.1.2.2主卷水平外移只能选择主卷扬室内地面为载体，在其上安装托架，托架高度越过主卷滚筒轴承座支座，在支架上敷设轨道，通过轨道将主卷由C点推移到D点。
为保证安全（即减少主卷筒竖直起吊后的空中停留时间）和托架制作安装的方便，将托架分成两部分制作，即主托架和辅助托架，主辅托架上安装轨道。主托架将来安装在主卷筒北侧轴承座北侧，并且伸出主卷室北山墙3.5米；辅助托架将来待主卷筒吊起后，安装在主卷筒正下方。主托架和辅助托架之间（0.6米）使用轨道连接。
为方便主卷移动，避免主卷转动，主卷和托架轨道之间设置带四个轮子的支座式小车，将来主卷被捆绑在支座式小车上，由小车携带主卷沿托架轨道完成主卷移动。
3.1.3待地面检修完毕，以相反的操作将主卷筒安装回工作位置。
3.2辅助设施的设计
3.2.1详细查阅主卷筒图纸，根据设备形状和各部分重量计算出设备的重心位置，根据重心确定将来吊车起吊的钢丝绳锁点。计算绳长和绳子夹角，确定主卷筒最佳起吊位置，重心位于山墙外墙外1.8米处，即图一D点。
3.2.2根据设备重心距离北端面的距离，计算出外伸轨道距长度，由山墙外墙面计算，伸出山墙外表面3.5米。
3.2.3根据主卷筒平移中托架的受力情况，选择主卷的两个地脚螺栓（M56）作为主托架锚固点，将来承受最大拉力12吨。
3.2.4依据锚固点和主卷筒尺寸确定，托架轨道宽度1700毫米。
3.2.4依据主卷北侧轴承包支座高度1250毫米（相对主卷室内地面），托架顶面设计高度1260毫米。
3.2.5依据主卷扬室的地面下方承重梁的布置、托架悬臂式外伸，主托架如图三
综合以上设计要求，设计出的主托架如图三所示，使用时，M点为主支撑点，坐落在主卷室北山墙下方的主承重梁上。N点为锚固点，其固定在主卷北侧轴承座的安装螺栓上。当主卷由C点移到D点过程中，主卷重心在山墙体（主支撑点）室内侧时，N点承受压力，主卷在山墙体室外侧时，N点承受拉力。
主卷外移完成时，通过轨道端部的车档挡住主卷支座式小车，将主卷的重心限制在D点，此时主托架受力形式如图四所示，D点为主卷推移出的最终位置，G为主卷重力。 依据杠杆原理，1960*F1=1800*G，（G=22.5吨），所以F1为20.66吨。而由设置N点为原点，则（1800+1960）*G=1960*F2，那么F2为43.16吨。校核地脚螺栓（M56）的承载能力每条最小许用拉力约为27吨，两条共用，完全满住需要。
其它主辅托架结构、焊接结构尺寸已经校核过，不再详述。
4、检修作业
4.1将南北大料车入罐坑，主卷绳头固定。
4.1.1具备施工条件后，清理斜桥上及四周的人员。
4.1.2北大料车堆坑，后在主卷室拆开北大料车钢丝绳与主卷筒的固定点，打卡子将钢丝绳绳头牢固固定在卷扬室内。
4.1.3操作主卷扬，南大料车堆坑，后在主卷室拆开南大料车钢丝绳与主卷筒的固定点，打卡子将钢丝绳绳头牢固固定在卷扬室内。
4.2拆除主卷筒周围设施，同时安装主托架。
4.2.1联系自动化拆除主卷筒上的限位等电器设施（要求清理干净，需要进行防护的作好防护，对机械施工人员明确注意事项）。
4.2.2拆除主卷筒事故抱闸（要求从基础座子上拆除），拆除主卷北侧限位架子（可以提前要求自动化连同电器部分一同拆除）、大齿圈上盖、传动齿轮、主卷轴承上盖。
4.2.3同时组织人员联系吊车（120吨汽车吊）站位，使用吊车安装主托架。
4.3同步斜桥上安装吊装梁、挂钢丝绳，设置手拉葫芦（4个 10吨），用钢丝绳锁主卷和大齿圈（注意避开支座式小车的安装位置），设置外拉点和外拉手拉葫芦。
4.4主卷外移、落地、拉运。
4.4.1使用斜桥吊装钢丝绳上的4个10吨手拉葫芦将主卷和大齿圈吊起，待吊离基础面900时，将辅助托架移入主卷下部，然后使用钢轨将主托架和辅助托架连接在一起，焊接固定牢靠（此处要求后安装部分的钢轨与主托架上已安装好的钢轨在同一直线上，轨面平齐，轨道对接的接缝间隙不大于2毫米）。
4.4.2继续将滚筒提高，使主卷筒的底面与主卷扬室内地面间距达到2000毫米时，将支座式小车由地面吊上放置在主托架上，然后沿钢轨推移，进入滚筒下方。
4.4.3找好主卷筒和支座式小车的相对位置（保证主卷筒落下后可以平稳的落入支座式小车），然后缓慢松斜桥吊装钢丝绳上的4个10吨手拉葫芦，将主卷筒放入支座式小车，检查全部落到位后，固定支座式小车和主卷筒。
4.4.4在主托架和支座式小车之间挂手拉葫芦将主卷筒向外拉，待到主卷和大齿圈的重心到达主卷室北墙位置时，将吊车吊运的钢丝绳栓在主卷同上，并且挂上吊车钩头，指挥吊车微微吃力，然后继续将滚筒外移，直至吊车吊点垂直。
4.4.5指挥吊车起吊，然后将主卷卸到板车上，运输到地面检修点。
4.5待检修计划大齿圈更换完成后，将主卷以与拆除相反的顺序，拉运、吊起、推入主卷室内，安装就位。
5、结束语
通过这种检修方法，完成了检修项目，在不影响其它工作的情况下，以最小的辅助工作量，实现了安全、高效检修的目标，也为移动封闭空间内的重物提供了参考。但是，检修中也出现了由于设计缺陷，导致支座式小车轮无法转动的现象，这方面还需要进一步改进。
参考文献
[1]徐灏.《新编机械设计手册》下册.机械工业出版社，1995
[2]赵熙元.《建筑钢结构设计手册》.冶金工业出版社，1995.12
[3]黎桂英等编.《最新实用五金手册》.广东科技出版社，1991.7
作者简介
张金意 男 1991年7月毕业于北京科技大学机械工程系 专业：冶金机械 工程师。