发布时间：2022-07-13T07:14:44.115Z 来源：《科学与技术》2022年第3月第5期作者：张世宇
[导读] 大型设备吊装是工业安装工程中核心工序之一。
张世宇
中国三冶集团有限公司，辽宁鞍山 114000
摘要：大型设备吊装是工业安装工程中核心工序之一。由于施工环境差、施工空间狭小等原因，“单机抬吊法”无法实施，只能选择“双机抬吊法”代替。本文主要从采用汽车起重机对大型设备的吊装角度，介绍了大型设备的“双机抬吊法”吊装工艺，重点介绍了吊装重量验算、钢丝绳验算、卡环的选择计算、抗倾覆验算、地基承载力验算等，对大型设备吊装采用“双机抬吊法”具有一定的指导意义。
关键词：大型设备吊装汽车起重机双机抬吊法设计及计算验算
大型设备是指重量不小于100吨或吊装长度（或高度）不小于60米的设备。
在大型设备吊装过程中，“双机抬吊法”是一种十分重要且经常在石化、冶金等行业采用的吊装方法。它是以两台起重机作为
吊装的主起重机，通过将载荷合理的分配给两台起重机械，使两台起重机所承受的载荷分别在各自吊装允许的性能范围内，从而完成大型设备的吊装作业任务。
汽车起重机是一种装在普通特制汽车底盘上的一种起重机，行驶驾驶室与起重操纵室通常为分开设置。
汽车式起重机的优点：（1）机动灵活性大，使用调动方便，在他们的其中能力及外形尺寸容许条件下，能够在整个施工场地或车间内承担大部分起重工作；（2）由于能够就地回转 360°，能作到多数起重机不能达到的吊装范围；（3）不需要铺设轨道，因此可节约投资和维修费用；（4）可以把载荷放在地面上、地面下或比起重机重心更高的地方，其它类型起重机则难以做到。但是，汽车起重机稳定性小，需要有适当的工作面，对路面的要求也比较高。
本文以2019年我公司承建的某钢铁企业烧结工程中解析塔设备的吊装为例，详细阐述其吊装设计及相关计算。
1工程概况
解析塔设备总重445吨，一座解析塔分左右式共4个分体，对称分布。分别为：上分体为布料段+加热段+SRG段，总长17.705m，总重148t；下分体为冷却段+下部料斗+排料装置，总长9.765m，总重61t；解析塔顶罩5.8t。
由于南侧解析塔吊点与汽车式起重机的距离最远，且上分体的单件重量148吨最大。所以，以下均以该工况进行计算校核。
根据施工现场吊装环境的情况可知，解析塔和二级吸附塔北侧与电气楼之间的烟囱、除尘管道待解析塔等大型设备吊装完成后安装，可以为吊装预留一定的作业空间。
解析塔北侧空地面积较小，800t以上汽车起重机无法进入现场进行“单机抬吊法”吊装作业，只能采用“双机抬吊法”，选择两台起重量相同的汽车起重机。
南侧解析塔中心点距离32.25米钢结构平台北侧边缘的距离较远，两台汽车起重机站位必须尽可能的贴近解析塔，而且还要考虑设备运输车辆的卸货位置。解析塔上分体的上表面安装标高为41.53米。
2吊装设计说明
2.1两台起重机吊装
用两台起重机吊装设备与构件时，同步问题是吊装的关键。因为在整个设备吊装过程中，多种因素都可以造成起重机载荷分配不均匀，最终可能导致其中一台起重机因超载而引起事故。比如，两台起重机起升速度不相同、臂杆回转和起重机所处位置的不协调等。
2.1.1注意事项
(1)尽可能选择两台性能、参数相同的起重机。
(2)在选择吊点或绑扎位置时，应将载荷合理的分配给对两台起重机；吊装时，为确保安全可靠，各起重机载荷不宜超过其安全起重量的80%。
(3)在整个吊装过程中，两台起重机的起升、回转等动作必须互相配合，并且吊钩的滑轮组不允许有较大的倾角，防止一台起重机失稳而导致另一台起重机超载出现安全事故。
2.2计算载荷
在设备的运输及吊装工艺设计中采用的计算载荷，包括动荷载与受力不均匀载荷两种。设计计算中通常利用动载系数（动力系数）K1、不均匀系数K2乘以静载荷，来近似的代替设备或起重机具在冲击振动情况下的动载荷与不均匀对称工作情况下的不均匀载荷。2.3抗倾覆稳定性
抗倾覆稳定性是指在自重和外载荷作用下，工程机械（如起重机等）抵抗倾覆的能力。
起重机设计中最基本的要求之一，是保证起重机具有足够的抗倾覆稳定性。国内外主要有三种方法对起重机抗倾覆稳定性的校核：（1）力矩法；（2）稳定系数法；（3）按临界倾覆载荷标定额定起重量。
我国《起重机设计规范》所采用的方法是力矩法，欧洲各国和日本等也广泛使用。
力矩法校核抗倾覆稳定性的基本原则是：作用于起重机上包括自重在内的各项载荷对危险倾覆边的力矩代数和必须大于或至少等于0，即∑M≥0。
2.4钢丝绳的选择
2.4.1类型的选定
大型设备起重吊装常用钢丝绳型号为6×37。
2.4.2直径的确定
钢丝绳的钢丝在工作中的受理情况很复杂，有拉应力、弯曲应力、挤压应力等。钢丝绳所受荷载除了静荷载外，还有动力荷载，所以很难进行精确计算。但是影响钢丝绳寿命的主要因素是静荷载的拉应力，为了简化计算一般只根据静拉力及安全系数进行近似计算。根据使用要求选定了适用的钢丝绳类型之后，应当根据吊装设计计算出钢丝绳承受的最大静拉力Smax，选择适合的钢丝绳直径d。
2.4.3钢丝绳的破坏形式与报废标准
根据多年的施工经验，在正常情况下使用新钢丝绳不会发生突然破断的情况。除非有极端情况发生，如错误操作、安全保护装置失灵等。因为，此时钢丝绳的极限破断力已经无法满足其承受的载荷。
起重机用钢丝绳的损坏主要是在长期使用中逐渐形成的。钢丝绳通过卷绕系统时，在强大的拉应力作用下，反复弯曲和伸直，反复挤压，并与滑轮槽摩擦。工作条件越恶劣，工作越频繁，这些现象就越严重。经过一段时间，当反复弯曲，
挤压与摩擦达到一定次数时，钢丝绳表面的钢丝就会发生弯曲疲劳与磨损。从而导致表面层的钢丝逐渐折断。钢丝折断的数量越多，未断钢丝所承受的载荷就越大，疲劳与磨损便越严重，最终加快了断丝的速度。当断丝的数量达到一定程度时，就保证不了钢丝绳的安全系数，这时钢丝绳应该更换，不能继续使用，否则就会发生事故。
根据使用规范，钢丝绳的报废标准主要由在一个捻距范围内的断丝数决定。一根钢丝绳只要是在任何部位于一个捻距内断丝数达到标准值，就应报废。
当有一股折断或外层钢丝绳磨损达钢丝直径的40%时，不论断丝多少都应立即报废。如果外层钢丝有严重磨损，但尚低于钢丝直径的40%时，应当根据磨损程度（钢丝直径磨损10%、15%、20%、25%、30%）适当降低报废的断丝标准（报废断丝数标准折减为85%、75%、70%、60%、50%）。
2.5卸扣的选择
卸扣又称卸甲、卡环等，是起重吊装作业中广泛使用的连接工具，它常常用来连接起重滑车、吊梁、吊环或吊索等。目前国内已生产有0.25~500t的卸扣。
卸扣的构造很简单，根据横销固定方式的不同，卸扣可以分为销子式和螺旋式两种。螺旋式又分直接旋入式（小吨位）和螺母连接式（大吨位）两种，螺旋式卸扣在工程中最为常用。卸扣一般都是锻造的，不能使用铸造方法来制造，在锻制后必须经过退火处理，以消除卸扣在锻造过程中产生的内应力，增加卸扣的韧性。
制造卸扣的材料：其本体一般为Q235或20钢；横销用Q255或40钢。对于大吨位卸扣（200~500t），为减轻自重，采用35CrMoV。
由于对卸扣各部分强度及刚度进行计算比较复杂，故在现场使用中采用近似估算法。卸扣的承载能力和它本体部分直径d的平方成正比。
3汽车式起重机吊装验算
3.1吊装重量验算
3.1.1单台汽车起重机起重量计算
Qj=K1·K2·Q
式中：K1——动载系数，取1.1；
K2——不均衡荷载系数，一般取1.1~1.25，取1.2。
Qj——计算载荷；
Q——分配到一台起重机的吊装荷载，包括设备及吊具重量（148/2+1.5=75.5t）；
则：Qj=1.1×1.2×75.5=99.66t
3.1.2起重高度计算
H≥H1+H2+H3+H4
式中：H——起重机的起重高度（m），停机面至吊臂顶端滑轮的距离；
H1——安装平台表面高度（m），停机面至北侧24.25m主梁上表面；（设备安装前，32.25m平台北侧主梁未安装） H2——安装间隙，视具体情况而定，一般取0.2~0.3m；
H3——绑扎点至设备起吊后底面的距离（m），17.705m；
H4——索具高度（m），绑扎点至吊臂顶端滑轮的距离约5m。
则：H≥24.25+0.2+17.705+5=47.155m
3.1.3起重臂长度计算
L≥(H-h)/sinα
式中：L——起重臂长度（m）；
h——起重臂底铰至停机面距离，本工程由于采用的汽车式起重机吨位较大，取h=2m；
α——起重臂仰角，一般取70~78°，本工程取75°。
则：L≥(47.155-2)/sin75°=46.75m
3.1.4起重机工作半径计算汽车设备
R≥(H-h)/tanα
式中：R——起重机工作半径（m）
则：R≥(47.155-2)/tan75°=12.1m
综合考虑3.1.1~3.1.4及650t汽车起重机（带超起装置）性能表，在“主臂+超起、支腿全伸、197吨平衡配重”的工况，两台汽车式起重机回转半径R=12.1m、杆长L=52m、起重量约为141.9t，80%×141.9=113.52t，大于Qj=99.66t，完全满足吊装要求。故选择两台650吨汽车式起重机进行吊装作业。
3.2钢丝绳验算
3.2.1500t汽车式起重机用钢丝绳（拟采用型号为6×37、公称抗拉强度为1770N·mm-2纤维芯钢丝绳）
(1)方法一：
根据地勘报告接触面土层（硬质黏土）的地基承载力为fa=250KP a 。则地基承载力fa ＞f ，地基承载力满足要求。
4 结语
1.为尽可能实现大型设备一体化管理和集中吊装，节约吊装时间，缩短大型机械使用周期，尽可能节约项目建设费用，需
要按照大型设
备吊装顺序合理安排设备到场。
2.需要督促土建单位按要求完成场地处理工作并达到吊机作业对地基的坚实度、平整度的质量要求；及时协调设备基础交付安装，完成设备底座和土建预埋地脚螺栓的安装尺寸复核及偏差校正工作；督促设计单位完成吊耳方案及加固措施的审核，同时及时交付制造单位和安装单位进行制作，设备吊装之前提交制作相关质量文件；提前督促超限设备运输单位进场协商制定设备进场路线并提出修路方案及实施，装车时将设备尽量按照要求的方位和朝向装车并进场运输到方案制定的吊装位置；督促制造单位和相关单位及时完成设备地面组焊及劳动保护工作；以确保大型设备吊装的施工计划如期完工。
3.对于装置较大较重、汽车起重机不能靠近基础站位的设备（导致因站位较远而选择较大规格的吊装机械），应需提前安排汽车起重机进场争取卸车同时一次吊装到位。
4.考虑到场地狭小，设备宜按吊装计划时间有序进场，以免妨碍其他工序施工。为保证大型设备顺利就位，凡是影响大型机械行走转场得道路和吊装作业的场地范围内的基础、管廊等应预留，待设备吊装就位后再施工。设备到货后宜就近卸放，特别对于地面重型、较高较重合成塔、进出口换热器等设备应一次卸放在吊装规划位置，在方便吊装的同时也避免发生不必要的二次倒运和费用增加；同时吊装场地和道路的使用应优先保证大型设备吊装，尽可能少被结构件和其它材料设施等占用，以免影响吊装进度或者发生不必要的费用。
5.大型汽车起重机进场前需按照规划的道路宜尽可能一次硬化到位，硬化质量应达到吊装作业对地面地耐力、平整度、占地尺寸和净空需求，道路硬化宜与界区回填同步进行，以免造成不必要的二次开挖。对于规划道路和场地范围内和附近的隐蔽设施（地下管网）以及承重条件差的地质部位应提供相关书面详尽资料并现场交底，以确保汽车起重机吊装、转场以及工艺设备进场和吊装安全。
6.对于立式设备均应设置吊耳，设备吊耳（包括主吊耳、尾部吊耳、塔体加固支撑件等）宜根据详细的装配图进行设计，宜在制造厂随设备一同完成，尤其是到场后不能在本体上施焊的较重要的设备。为更好地保证吊耳制作质量，由于现场条件相比制造厂较差，建议大型设备的吊耳随设备厂内制造完成，可以有效提高吊装安全性。
参考文献：
[1]石勇.浅析起重吊装中的双机抬吊方法和应用.电力系统及自动化，2022-04.
[2]王兆川.?双机抬吊法在电力建设大件吊装中应用.建筑设计及理论，2017-12.
[3]王剑.?关于起重机双机抬吊监控系统的研究.产业经济，2021-05.
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