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大型门架制作工艺
李红霞 陈志文
（广东江海机电工程有限公司 广州 510500）
【摘要】本文介绍了2×1600kN双向门式启闭机门架的制作工艺及拼装工艺.
【关键词】水电站 门式启闭机 结构 开料 焊接 拼装 关键工艺
一、概述
QM2×1600门机装设于广西红花水电站坝顶上，是我公司在红花水电站制造的大型起重设备之一，该门机机构多，用途大，主钩用于启闭和吊运厂房进水口检修闸门、闸坝检修门等，上游100kN回转吊主要用于船闸上闸首充水廊道闸门以及船闸上闸首液压启闭机的安装、检修的吊装，门架一侧上部平台下方带有一台可以沿上下游移动的16t电动葫芦以起吊坝面上的零星物件。
由于门机的起重量大，机构多，扬程高，门架结构因而非常庞大，而公司的生产场地及设备能力有限，难于按常规的制作工艺及整体立拼的方法来保证门架的制造及安装要求，针对上述问题，我们通过采取一系列的工艺措施来保证门架各构件的质量，门架制造达到了高质、高效、节省的效果，下面就红花门机的门架进行工艺介绍。
二、门架结构的组成
1、如图所示，门架由上部结构、门腿、中横梁、上横梁、底横梁、回转吊下支承梁和扶梯、栏杆、平台等附件组成。
2、上部结构由两端梁、两主梁、回转吊上支承架及平台、梯子等组成。
三、门架主要结构件的结构特点
1、主梁
a)主梁截面是由上、下翼缘板和腹板所组成的矩形截面， 上翼缘板上方安装有起重机专用钢轨。
b)上翼板下方加设了工字型结构的纵向加劲肋。
c)梁内设置有长隔板及短隔板,腹板设置了槽钢作为纵向加劲肋。
d)在主梁与两横梁的高强螺栓连接螺孔中，设有定位销作定位用。

2、上部结构端梁
上部结构端梁截面是由上、下翼缘板和腹板所组成的矩形截面。梁内设计安放电气控制柜和电阻器，在腹板上开了门和窗子，横梁最大截面尺寸为1700mm×2600 mm 。
3、横梁(中横梁、上横梁)
中横梁及上横梁截面为梯形截面；截面尺寸为1370 mm×1470 mm×1010 mm及 1940 mm×2040 mm×1010 mm。
4、门腿
a) 门腿由两翼板、两腹板及上、下盖板组成，截面为矩形截面，门腿总长为14578，上盖板尺寸与主梁的连接处配合，下盖板尺寸与下横梁的联接板尺寸配合，门腿与下横梁的联接采用24-M40的螺栓联接。
b)在门腿与下横梁的连接法兰处设置抗剪块以承受水平力及定位。
5、底横梁
底横梁截面为矩形截面，底横梁的宽度与大车运行机构的构造相适应，总长为14000mm。
四、箱形梁制作工艺
箱形梁开料时，腹板﹑翼板长度方向预留0.3%的收缩余量，宽度余量4－5mm，排料时注意翼板﹑腹板接缝应避开应力集中面，采用半自动切割机切割下料及切割坡口。
工艺流程为：板料调平---板料拼接---开料(含腹板、翼板、隔板等)---箱形梁组装---焊接
1、 焊接工艺如下：
① 先焊π型梁内侧筋板与腹板的角接焊缝。由偶数焊工采用手工对称焊接，分段退焊。
② 焊腹板与翼板的内侧平角焊，由2名合格焊工对称施焊，由中间向两头焊。
③ π型梁内部焊透经检验合格，清理干净后对内部进行除锈防腐，最后组装后翼板，然后进行外侧焊缝的焊接。
④焊接外部焊缝，将箱形梁水平支撑平稳，采用两台林肯自动焊机平行同时施焊。分一到二道进行（腹板厚度小于14mm时用一道焊，16-20mm采用2道焊），先用较大电流和较慢的速度焊接第一道，这一道主要保证其溶深达到要求，同时基本把坡口焊平。为减少焊接变形，焊完第一道之后，将箱形梁翻转180度，水平支撑平稳，焊接另两条焊缝。第一道同样采用大电流和低速度施焊，接着用较小的电流和较快的速度完成第二道焊缝。焊接时一定要同方向施焊，不准逆方向进行，防止箱形梁产生扭曲变形。完成这两道焊缝的焊接后，再将箱形梁翻转180度，用同样的方法焊接方法，完成第二道焊缝的焊接。为保证焊接质量，再完成第一道焊缝焊接后，进行无损探伤，检查焊缝质量，如发现缺陷及时返工处理。
埋弧自动焊主要焊接参数
焊接道数
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
电压（V）
焊接速度（m/h）
1
φ4
650～700
30-32
23
2
φ4
600～650
32～35
27
8）焊缝检查，一、二类焊缝进行无损探伤。
9）检查箱形梁外形尺寸及变形量，如有变形则用火焰法进行调整。
10）焊后检查：外观质量符合DL∕5018－94《水利水电工程启闭机制造、安装、及验收规范》的要求。
五、各构件的关键工艺
1、端梁〈一〉、端梁〈二〉、上横梁、中横梁关键工艺：
1) 端梁腹板及下翼板按图纸总长留0.3%的收缩余量开料，上翼板与腹板等长开料，腹板及上、下翼板高强螺栓联接断开处，用自动切割机断开，但板的两端及板中间留100mm长度不切断，保持板相连。
2) 其它各件按图开料制作。
3) 按箱形梁工艺拼装并焊接。
4) 焊后调平、调直，按启闭机制造规范进行梁体的弯曲、腹板的垂直度及波浪度等项目的检查及验收。
5) 将8块连接板按中线点焊在两端的内外侧，其中划有螺孔的连接板放在外侧，然后配钻高强螺栓连接孔，定位孔铰孔加工。
2、主梁关键工艺：
1) 主梁腹板及下翼板按图纸总长留0。3%的收缩余量开料，主梁上翼按宽度900mm开料制做，高强螺栓连接处凸出部分改在端梁〈一〉的上翼板加长开料。
2) 其它按图开料。
3) 按箱形梁工艺拼装并焊接。
4) 焊后调平、调直，按启闭机制造规范进行梁体的弯曲、腹板的垂直度及波浪度等项目的检查及验收。
3、门腿关键工艺
1) 按图开料，门腿长度方向在门腿下部留150mm余量。
2) 门腿下端板先加工平面及定位槽位，与下部横梁配作φ40连接孔，作好配对记号，等门架拼装时，再与门腿焊接。
3) 门腿上端开料后，加工平面。
4) 除了门腿下端板外，拼装所有的构件，按箱形梁工艺拼装、焊接。
5) 焊后调平、调直，并进行验收。
4、底横梁关键工艺
1) 与支腿联接板开料，厚度方向留4-6mm的加工余量，刨与翼板对接的过渡斜面。
2) 腹板两端加厚板开料，刨与翼板对接的过渡斜面。
3) 联接板与翼板对接，腹板加厚板与腹板对接，焊缝要求为一类。
4) 按箱形梁工艺拼装并焊接。
5) 焊后调平、调直。
6) 划线，按线调正，铣床加工底横梁上平面。
7) 与支腿联接板配作12-φ40孔。
8) 与夹轨器安装部分先加工联接孔后，工地再与横梁拼装。
六、门架拼装
受场地及设备的限制，门架分为三大块拼装，分别为上部结构的拼装;上、下游侧的两条门腿与各自的上中横梁及下中横梁的拼装。
1、上部结构拼装
1) 先将主梁〈一〉、主梁〈二〉、端梁〈一〉及端梁〈二〉分别划十字中心线，以主梁〈一〉放在平台下，用水平仪测平水平中心线，调平。
2) 以该主梁为基准，将两端梁与主梁拼装。以上翼板为基准调平进行拼装，检查两主梁中线的距离，考虑焊接收缩量，两主梁中心线取L+5mm。检查上平台长、宽、对角线符合规范要求后端梁与主梁焊接焊接。
3) 配钻主梁上面部分的高强螺栓联接孔。
4) 将主梁上盖板板面对接焊缝铲平。（钢轨放置的位置）然后安装路轨及挡板。两路轨距偏差为10500±3 mm，两路轨同一截面的高低差≤5mm。
5) 上部结构进行分体：所有连接板拆下，成对码在一起，每对连接板及断口处用电焊条书写上相应的标志，端梁与主梁连接处-均要用电焊条写上相应的标志。
6) 各构件按要求进行表面预处理及防腐处理。
2、上、下游一侧的框架拼装
1) 在拼装场地按半门架放地样，分别放出门腿中心线及支腿上、下联接板中心点。放出上横梁、中横梁中心线及外部轮廓线。考虑焊接收缩量，门腿中心线上下中点距取L+5mm。
2) 将一条门腿在平台上架好，吊线调整门腿的上端垫板平面与水平面垂直，并与门腿地样的中心点重合，利用水平仪测平门腿水平中心线。
3) 另一条门腿在平台上架好，调整门腿中心线与地样的中心线重合，利用水平仪调整门腿高度与第一条门腿相同。
4) 按门腿的侧面修整各横梁的长度，按中心线拼装上横梁、中横梁。
5) 检查无误后上横梁、中横梁与门腿进行焊接。焊接时两焊工分别在两支腿一侧对称施焊。
6) 以地样下联接板中心点为基准，扣减下联接板的厚度。采用吊线的方式划门腿的加工线，检查无误后，割除门腿小头的多余的长度。
7) 下横梁与门腿下联接板用螺栓联接，所有的联接螺栓好后，与两门腿进行拼装，调平下横梁的水平中心线。
8) 检查无误后将门腿垫板点焊固定在门腿上，门腿下联接板与门腿焊接。
9) 安装门腿下联接板与下横梁连接板之间的定位块，检查无误后将定将定位块焊在下横梁上，现场组装时直接对位即可。
10) 测量各处，门腿上端中心尺寸要求为7500±5mm，门腿下端尺寸要求为14000±5mm。门腿长度为14578±5mm。并作好实际尺寸记录。
11) 划下横梁与轮架的加工线。
12) 门架进行分体：所有连接板拆下，成对码在一起，每对连接板及断口处用电焊条书写上相应的标志，支腿与下部横梁及与主梁连接处-均要用电焊条写上相应的标志。
13) 用火焰分割各横梁。
14) 按划线加工下横梁与轮架联接的两个平面。
15) 门架所有高强螺栓联接面及所有连接板的联接面用金刚砂进行打砂，刷环氧富锌漆。
16) 各构件按要求进行表面预处理及防腐处理。
17) 在同一个地样上拼装另一侧框架，方法同上。
七、总结
对于大型门式启闭机，门架的制作和组装是重点，也是难点，按照常规作法，该门架还必须在厂内整体组装，门架的总高为21米,上平台重量为55.6吨,如此庞大的门架进行整体组装需要很大的场地及大吨位的起重设备,同时还要大量的人员和物力和时间,我们经过充分的论证,决定采用分组平拼的方式代替整体组装。
通过采用上述的关键工艺，我公司制作的大型门架在没有进行厂内立拼组装的情况下，到工地进行安装时，各处联接都非常顺利，安装配合尺寸均达到了门机的设计及安装规范要求，该方法与常规的方法相比有下述几项关键的工艺:
1. 所有的横梁及端梁的高强螺栓的分段处，均采用整体开料的方式，并配钻所有的高强螺栓联接孔，从而分别保证了门腿与中横梁及上横梁的联接精度,上平台端梁与主梁的联接精度。
2. 门腿两端板采取先加工后焊接的反常规方法，通过采取与下横梁用螺栓先联接紧固，约束其变形，并采取小电流焊接，可控制其焊接变形，既保证了门腿的精度要求，也节省了大量的机加工工时。
3. 采用合理的焊接次序、焊接方向及焊接工艺参数来控制焊接变形及减少焊接应力，对保证对门架组装制造精度起到至关重要的作用。
4. 利用水平仪及经纬仪对门架各构件进行精确划线和测量，从而保证了各构件制造和组装基准线的准确性。
实践证明，通过采取在地面卧拼的方式，来修整及验证门架结构的各尺寸，相对于立拼来说，既节省了大量的时间、人力、物力，也保证了门架的制作精度，该方法能满足同类门架的制造精度的要求，可供有关厂家借鉴和参考。

作者简介：
李红霞（1964— ），女，1985毕业于广东工业大学(原广东机械学院)，高级工程师，从事水利水电机械设备设计、工艺设计及技术管理工作。