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浮式起重机回转支承圆筒制造工艺
郭炳武

摘要：依据全回转浮式起重机回转支承圆筒结构形式特点：φ14400mm轨道中径圆，多层筒体焊接，环形箱梁。以确保回转支承圆筒质量要求为目标，从关键尺寸控制、结构分拆、分体制造、合拢装焊等几方面对制造工艺作出具体介绍

关键词：同心度，中心轴，圆筒体

1、 概述
因为海上救捞作业逐步向大型重载方向发展，对海上救捞作业所用全回转浮式起重机也提出了更高要求，不仅在功效上要求起重机更优异，更易操控，还因为海上作业环境比陆地上更复杂更恶劣，所以对起重机钢结构质量要求也更高，形位公差控制更严格。这么使越来越多起重机制造厂开始关注并研究全回转浮式起重机制造工艺。本文以企业刚刚制作完成700t全回转浮式起重机结构形式为例，将起重机关键部件之一回转支承圆筒制作工艺作一下分析介绍。
2、 回转支承圆筒结构及关键尺寸
2.1回转支承圆筒结构形式见图2.1:
2.2结合回转支承圆筒具体结构形式，将回转支承圆筒分拆成圆筒体、辐射梁、中心轴枢、中心轴枢支承座、针销座、轨道基础梁6部分分别制作，利用适宜工装在外场组装合拢焊，完成整个回转支承圆筒制作。
图2.1 回转支承圆筒结构
2.3回转支承圆筒在整个全回转起重机结构中起基础支承和旋转定位作用。轨道基础梁以上结构全部坐落在轨道基础梁上面中径为
φ14400mm轨道上面一圈滚轮上，并以中心轴为旋转中心做全回转运动，回转驱动力是由4套旋转小齿轮拨动针销来提供。总体来看关键装配形位公差有：
1）、中心轴、针销分度圆和轨道中径圆同心度
2）、中心轴和轨道基础面水平度
3）、中心轴基础面和轨道基础面高度差
4）、下轨道基础面和反轨道基础面高度差
回转支承圆筒制造工艺应该立足以上公差关键，从零件放样套排料开始，一步一步严格编制工艺要求和安排工艺次序，方便最终达成将结构件公差控制在许可范围内目标。
3、 制作工艺
3.1零件放样、套排料
3.1.1依据图纸和以下工艺标准绘制零件数控放样图和拼板图。
1）、余量留放：
中心轴枢组件：法兰板、密封盖厚度放10mm；中心轴法兰外径、中心轴座法兰内外径、密封盖内外圆各放15mm，需机加工圆筒腹板放10mm
轨道基础梁：梁上、下翼板面放15mm
针销孔内径预留20mm
2）、每一部分装配端口放50mm装配修割余量。
3）、焊缝纵向收缩余量为焊缝长度1‰～1.5‰。
4）、除图纸注明外，工艺拼板焊缝距横向加强筋和折角线150mm以上
3.1.2焊缝坡口除图纸注明外，标准上按AWS1.1/D1.1M:第三章WPS免去评定中所要求坡口型式选择。
3.1.3依据放样工作图提出定尺板要求,以提升钢材利用率。
3.1.4按零件放样图、拼板图和来料规格进行套排料。套排料时对钢板原始边缘应留有切割余量10～15mm，并注意共边切割、过桥和割缝赔偿等问题，提升排版质量和钢材利用率。
3.1.5受拉弯板件下料和板件轧角和弯曲方向应尽可能同钢板轧制方向一致。
3.2下料
3.2.1下料前应查对原材料是否符合要求材质和规格。
3.2.2用于制作板材零件,均须采取数控切割，坡口制作采取半自动切割。
3.2.3坡口加工应依据放样工作图加工，表面粗糙度应符合AWS D1.1M中5.15.4.3节要求，形状尺寸符合AWS D1.1M中5.22节要求。
3.2.4下料后零件必需注明工号、图号、件号及多种坡口型式和加工符号，统计好每一件号所用材料炉批号，并反馈给质检部门。
3.3冷加工
3.3.1依据施工图纸对需要冷加工零件编制冷加工成型件清单，并将需要冷加工零件编制成图纸文件附在冷加工成型件清单后。
3.3.2通常需要冷加工零件需具体注明冷加工类型（折弯、轧圆、辊圆）及尺寸要求以备生产和检验用。
3.4部件制作工艺
3.4.1中心轴枢组件
中心轴枢组件包含中心轴座，中心轴，滑动轴承，密封盖。见图3.1

图3.1 中心轴枢组件示意图
3.4.1.1中心轴制作工艺
1）、将中心轴筒体按冷弯件工艺图冷加工成型，按WPS要求半自动制备坡口。
2）、将法兰置于水平装配平台上，划出筒体及筋板装配位置线和定位观察线。
3）、将筒体和筋板在法兰上对线落位，偶数焊工对称焊接焊接次序以下：
筋板和筒体焊缝 筋板和法兰焊缝 筒体和法兰环焊缝
4）、完成最少二十四小时后按《无损检测部位图》要求探伤合格。
5）、将圆筒上部环形加强结构装焊完成。
6）、整体划线，先将组件倒置调平装夹，将法兰加工到位，以法兰面为基准，将筒体外圆加工到位，螺栓孔和油孔钻孔攻丝，全部机加工面做涂油防锈处理。（钻螺栓孔时注意手孔和螺栓孔相对位置）
3.4.1.2滑动轴承
1）、滑动轴承外购成品回厂，轴承外圆和高度尺寸加工到下公差，内圆留2mm加工余量，待和中心轴座装配完成后再将内圆加工到位。
3.4.1.3密封盖
1）、厂内下料，拼接完成后外协将内外圆厚度加工成形，钻孔攻丝后回厂和中心轴座配钻。
3.4.1.4中心轴座制作工艺
1）、将中心轴筒体按冷弯件工艺图冷加工成型，按WPS要求半自动制备坡口。
2）、将法兰置于水平装配平台上，划出筒体及筋板装配位置线和定位观察线。
3）、将筒体和筋板在法兰上对线落位，偶数焊工焊接，焊接次序以下：
筋板和筒体焊缝 筋板和法兰焊缝 筒体和法兰环焊缝
4）、焊后最少二十四小时按《无损检测部位图》要求探伤合格。
5）、整体划线，先将组件倒置调平装夹，将法兰加工到位，以法兰面为基准，将筒体内圆加工到位。
6）、将回厂滑动轴承和中心轴座钳作完成，整体划线将滑动轴承内圆加工到位，螺栓孔钻孔攻丝（包含和密封盖配钻），全部机加工面做涂油防锈处理。
7）中心轴座完工后和完工后转盘焊接成一体。
3.4.2针销座组件
针销座由大法兰、圆筒体、筋板组成。见图3.2

图3.2 针销座结构示意图
3.4.2.1针销座制作工艺
1）、针销座外径φ13000mm，依据来料规格，将大法兰合理分成12分段，圆筒体分成4段，其中一段端部预留50mm修割余量。
2）、将3段大法兰和一段圆筒体及对应数量筋板作为一个组件来制作完成，共形成4个组件。
3）、组件制作工艺以下：
①、1/4筒体卷制工艺见图3.3

图3.3 1/4筒体卷制示意图
a. 下料后分别在两端部进行划线，划出预压端部圆弧板预压卷圆量；划线结束后依据圆腹板两端部圆弧预压卷圆量进行端部预压卷圆；在圆腹板预压卷圆前须将圆腹板按图纸要求修割出对应焊接坡口。
b. 将圆腹板在卷板机上进行卷圆，然后对称修割端部余量，其中最终一件一个端头留50mm修割余量，待圆筒体分段件拼装时，依据实际需要进行修割。
c. 圆腹板卷圆需要，需按图示制作靠模板（数控下料，各若干件，材质：不限，板厚，t≤5mm，在模板上需注明所使用圆弧板件号和圆弧半径尺寸）。
②、筒体卷制完成并检验合格后加装固定工装固定。
③、在适宜装配平台上划线，将3段法兰对线落位，拼接缝处定位焊固定，划出1/4圆筒体和筋板装配位置线并将其一一对线落位,注意针销孔和筋板位置不要偏离图纸。见图3.4

图3.4 针销座1/4组件示意图
④、组件焊接时法兰贴法兰两两组对焊接（见图3.5），两段各留200mm环缝不焊接。焊接次序以下：
筋板和筒体焊缝 筋板和法兰焊缝 筒体和法兰环焊缝

图3.5 针销座1/4组件组对焊接示意图
4）、组件合拢装配工艺
①、搭建500mm高装配胎架，经纬仪检验胎架上平面水平，在地面上划出针销座中心及针销座装配位置线。
②、将4部分制作完成针销座组件对线落位，筒体在对接端装焊定位卡码板。
③、偶数焊工对称施焊，先焊接筒体对接缝，再焊接法兰对接缝，最终焊接筒体法兰环缝。
5）、焊接完成最少二十四小时后按《无损检测部位图》探伤合格。
3.4.3中心轴枢支承座组件
中心轴枢支承座由法兰、筒体、筋板、底板组成，见图3.6

图3.6 中心轴枢支承座结构示意图
3.4.3.1中心轴枢支承座制作工艺
1）、将中心轴筒体按冷弯件工艺图冷加工成型，按WPS要求半自动制备坡口。
2）、将法兰止口焊前初加工，止口直径和深度分别留10mm精加工余量最终加工。
3）、将法兰置于水平装配平台上，划出筒体及筋板装配位置线和定位观察线，注意手孔和筋板相对位置符合图纸要求。
4）、将筒体和筋板在法兰上对线落位，偶数焊工对称焊接焊接次序以下：
筋板和筒体焊缝 筋板和法兰焊缝 筒体和法兰环焊缝
5）、完成最少二十四小时后按《无损检测部位图》要求探伤合格。
6）、在底板上划出筒体装配位置线和观察线，将组件翻身落位焊接完成。
7）、整体划线，以底板水平为基准将法兰止口加工到位，螺栓孔钻孔攻丝，全部机加工面做涂油防锈处理。（钻螺栓孔时注意手孔和螺栓孔相对位置）
3.4.4辐射梁组件
3.4.4.1辐射梁结构形式为工字梁，制作时参考针销座制作工艺，装配定位焊后进行两两组对焊接，翼板加工装卡码板防变形。见图3.7.

图3.7 辐射梁制作示意图
3.4.5轨道基础梁组件
轨道基础梁组件关键包含上法兰、下法兰、内侧法兰、圆筒体、内侧筒体、外侧筒体、环向T型筋及部分隔板，见图3.8.

图3.8 轨道基础梁组件示意图
3.4.5.1上、下、内侧法兰制作工艺
1）、上法兰依据来料规格合理打断成12分段，其中一个分段在弧长方向预留50mm修配余量。拼接时首先将12分段拼接成4部分，拼接完成后校平。
2）、最少二十四小时后按《无损检测部位图》要求探伤合格。
3.4.5.2圆筒体、内、外侧筒体制作工艺
1)、依据钢板来料规格将筒体分成4段卷制，卷制工艺参考3.4.2.1中3）。
3.4.5.3环向T型筋制作工艺
制作工艺参考3.4.2.1
3.4.5.4 1/4轨道基础梁组件制作工艺
1）、将1/4上法兰置于平台上调平并将轮廓尺寸投影到地面上方便焊接过程中检验变形情况，划出其它各部分装配位置线，首先将圆筒体及两侧隔板对线落位，调整各零件垂直度并点固。
2）、首先将隔板和上法兰焊接完成，焊接时由中间向两侧进行。焊后校正隔板和上法兰垂直度。
3）、将内侧筒体对线落位，调整后和隔板点固。首先焊接隔板和中间筒体焊缝，再焊接隔板和内侧筒体焊缝，再焊接中间筒体和上法兰角焊缝，最终焊接内侧筒体和上法兰焊缝，焊接过程中每焊完一道环焊缝检验法兰轮廓变形情况并控制
4）、测量内、外侧筒体下口水平并检验坡口朝外，将内侧法兰、下法兰对线落位，坡口朝上，内侧筒体和内侧法兰、内侧法兰和圆筒体、外侧筒体和下法兰、下法兰和圆筒体焊缝均为单面焊双面成形。
5）、将环向T型筋对线落位并焊接完成。
6）、组件翻身，装焊外侧筋板。至此1/4轨道基础梁组件完成。
3.4.5.5轨道基础梁合拢工艺
1）、将4部分制作完成轨道基础梁运至外场，在外场制作高500mm装配平台，经纬仪调整平台水平度小于2mm。
2）、将4部分轨道基础梁组件置于平台上并调整圆度和水平，在接头位置焊接工艺支座并用工艺螺栓拧紧。见图3.9

图3.9 轨道基础梁合拢工艺支座位置示意图
3）、偶数焊工对称施焊，焊接过程中检验工件和地样线位置，控制变形。
4）、焊接完成最少二十四小时候按《无损检测部位图》要求探伤合格。
3.4.6圆筒体组件
圆筒体结构由圆筒体、横隔板组件和T型筋组件组成，见图3.10.
图3.10 圆筒体组件示意图
3.4.6.1 T型筋制作工艺
T型筋纵向因横隔板分隔共有3段，全部需要预制成组件后参与装配。其中l2组件在圆筒体和船体段筒体对接定位后再装配焊接。组件制作工艺能够参考针销座制作工艺，装配定位焊后两两组对焊接。注意L1和l2两端焊缝300mm长度不焊接，待装配时和上下对筋后焊接。见图3.11

图3.11 T型筋制作示意图
3.4.6.2 横隔板组件制作工艺
横隔板依据板材来料规格分成12段，每3段拼接成一段，拼后校平。共拼成4段进入装配。注意下料时有4段横隔板端部留50mm修割余量，并确保拼接后4段每一段全部有修割余量。
横隔板重磅圈分成4段卷制，每一段留50mm修割余量。分别和横隔板焊接成组件。见图3.12.

图3.12 横隔板1/4组件示意图
3.4.6.3圆筒体制作工艺
1）、依据钢板来料规格将筒体分成4段卷制，卷制工艺参考3.4.2.1
2）、将筒体1/4圆弧、横隔板1/4组件， T型筋组件（l1待和轨道基础梁装配时焊接，l2待和船体段对接时焊接）装焊成1/4筒体组件。见图3.13.

图3.13 筒体1/4圆弧组件制作示意图
3）、将制作完成轨道基础梁正放调平，以上平面为装配平台划出筒体及T型筋装配位置线和筒体定位观察线，将4组1/4筒体组件对线落位，并点固。检验筒体圆度及垂直度合格后将对接口处横隔板组件焊接完成，并在筒体内侧合理部署立缝卡码板，卡码板采取
δ=20mm,l（弧长）=800mm钢板数控下料成形。纵缝头尾两端500mm长度不焊接，待上下端对接口装配完成后焊接。
4）、筒体焊接完成后在筒体内侧装有T型筋部位对称焊接4个吊耳。吊耳间距设置不要太长，预防将筒体拉扯变形。
3.5部件合拢工艺
1)、将轨道基础梁正放于平台上，复测平面度及扭曲度并调整合格。
2）、将各辐射梁和中心轴枢支承座一一对线落位，调整轨道基础梁和中心轴枢支承座法兰加工面高度差（机加工余量），φ14400圆筒体和中心轴枢支承座同心度，和修割辐射梁端部修配余量，利用工艺支撑连接固定各辐射梁。
3）、辐射梁和轨道基础梁和中心轴枢支承座焊接时必需注意为偶数焊工对称施焊，水平对接缝焊接利用陶瓷衬垫单面焊双面成形。
4）、焊接完成后拆除辐射梁间连接工装。复测轨道基础梁和中心轴枢支承座法兰加工面高度差，φ14400圆筒体和中心轴枢支承座同心度并校正,见图3.14.
5）、以中心轴支承座法兰中心为基准划出针销座安装位置线，将针销座对线落位，焊接时先焊接针销座外侧筋板和轨道基础梁焊缝，再焊接环腹板和轨道基础梁焊缝。焊后检验针销座和轨道基础梁间内空档尺寸并校正到位。

图3.14 轨道基础梁和中心轴枢支承座控制尺寸示意图
6）、将上述组件翻身，利用18m平面铣床加工下法兰平面到位。
7）、首先划出纵向T型筋L1段在圆筒体上安装位置，将圆筒体组件吊至轨道基础梁组件上方顺定位板落位，调整筒体垂直度和环缝处错边量，将纵向T型筋L1段对线落位，调整垂直度并焊接完成。见图3.15.

图3.15 筒体总装胎架示意图
8）、偶数焊工对称焊接圆筒体环缝。
9）、焊后最少二十四小时后根据《无损检测部位图》要求探伤合格。
10）组件翻身。
11）、将完工中心轴枢中中心轴吊至中心轴枢支承座上默孔，将螺栓孔一一钻孔攻丝。
12）、利用18m平面铣床加工上法兰平面到位。
13）、将中心轴和中心轴枢支承座安装完成。以中心轴筒体加工面为基准找出中心轴中心，以此中心为基准将上轨道、下轨道（反钩划线）和针销孔分度圆划出。
14）、加工针销孔时，首先将针销孔分度圆圆周分成8等份，在每一等份中分别划线，避免圆周方向误差累积。
15）、将加工好上、下轨道安装到位并压紧。

图3.16 回转支承圆筒完工示意图
3.6 结论
从制作过程能够看出，回转支承圆筒体各部件相关尺寸较多，任何一个尺寸偏差全部将引发其它相关尺寸错误。经过实践证实：根据以上施工工艺制作全回转浮式起重机回转支承圆筒，能够将回转支承圆筒各项关键尺寸控制在许可范围内，为整机交付奠定良好基础。

参考文件：

付荣柏编著.起重机钢结构制造工艺.北京；中国铁道出版社，1991

吴志强主编.现代焊接方法和设备[M].北京：机械工程师进修大学出版，1989.

周兴中主编.焊接方法和设备[M].北京：机械工业出版社，1990.