履带式起重机履带架维修改造

相吉阳，杨 全，李信锋，王文文，高 宁

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

1 履带式起重机使用现状

海洋石油工程（青岛）有限公司（以下简称公司）2006 年建厂，现在拥有70 t 到750 t 履带式起重机39 台，其中400 t 及以上履带式起重机8 台，先后完成数十个项目，为公司的发展立下汗马功劳。

由于公司项目为大型钢结构项目，无法对地面进行硬化，大型车辆的行走造成场地高低不平。而项目建造分散于场地各处，所以具有较好灵活性的大吨位履带吊需求量大。因为工作量大，场地条件恶劣，履带吊使用时长较长，相应故障产生较多。

在之前的维修保养过程中已发现支重轮磨损履带架的现象，经过增加垫片、改变支重轮磨损位置，增加支重轮与履带架之间缓冲区等，来解决履带架设计缺陷造成的磨损问题。在本次维修发现故障，为相同品牌的同吨位车型。

2 现场现象

750 t 及400 t 履带吊在青岛场地承担着主要的吊装任务。在日常维保时对其履带架进行检查，发现焊缝区域存在裂缝现象，为保障设备使用安全，对所有大吨位履带式起重机进行停机全面检查。经过仔细的清扫检查，发现多处裂纹，部分车型多达5 处，存在着严重的安全隐患（图1）。

图1 履带式起重机履带架焊缝裂纹

在与该型号设备制造厂家进行沟通时得知，其他用户也出现不同程度的裂纹，但尚无具体的解决方案，所以解决并消除这一重大安全隐患迫在眉睫。

3 问题原因及难点

针对履带式起重机履带架出现明显焊缝裂纹的原因进行分析，其行走机构“四轮一带”承受着整台吊机及所吊物件的全部重量，包含承受静载荷、巨大的交变载荷及冲击载荷。

经认真总结与研究发现，造成履带架开裂的相关因素和解决困难有以下5 个。

（1）设备自重700 t，起重臂为重型臂。如果将吊机自重减轻、重型臂改为轻型臂，虽然车辆自重减轻，但是无法发挥车辆应有的吊重能力，降低吊装运输能力，影响巨大。另外，频繁更改车辆的吊装工况，会大大浪费人力及物力，影响生产安排。

（2）公司场地面积大，车辆经常需要长距离爬行。车辆不能满足长距离爬行作业，设备利用率降低，成本大幅增加，对于工期异常紧张的生产带来影响，使工期延长、耽误采油生产。

（3）场地地面采用碎石铺垫，履带吊已经将地面碎石压碎，调整车辆行走方向时增大了摩擦因数，导致在车辆调整方向时增大了对履带架横向拉力，使得履带架焊接处易出现裂缝。如果减小摩擦系数，经常铺石子，浪费财力、物力且很难长时间保持。

（4）大型吊装时多采用多车联合作业，带载转向时臂杆晃动幅度较大，动载荷放大传递使履带架受力成倍增大。由于场地前期规划问题，场地部分位置缺少合适大型龙门吊，因此对于部分组块较大，长度和宽度均超过40 m，重量超过200 t 的物体，采用多车联合吊装的方式，此时就显现出大型履带吊的作用，提升公司的吊装能力。减少多机联合作业，既无法满足现场吊装要求，又无法保障生产任务。

（5）长期的高频率使用造成了履带架焊缝疲劳裂纹。履带架从力学原理上看，其结构形式存在设计和工艺缺陷，机械性能陡然下降。公司每年加工钢材量多数在15 万吨以上，均需要进行组装吊装，吊装任务繁重、作业量大，造成车辆使用损耗较大，在场地上使用的履带式起重机作业工时远超常规的类似风机吊装作业。

综上所述，只有克服履带架本身的不足和缺陷，才能从根本上解决裂纹问题。由于项目正在紧张的生产中，急需大型车辆进行吊装，留给现场的改造时间很有限。

4 改造方案

4.1 确认改造方案

如何解决焊缝开裂问题是决定履带吊利用率的关键因素。通过对履带吊履带架受力分析和现场运行状态研究，提出补焊裂纹并焊接加强筋板的维修方案。这样不仅可以分解施加在履带架裂纹处的集中应力，还能增强这一薄弱环节的机械强度，从而避免裂纹的产生。

750 t 级履带式起重机加装390 t 超起工况时，根据吊臂不同自重为680～720 t，加上额定载重量后吊机最大总重可达1680 t，再加上风载荷、动载荷，履带架所承受的应力和剪切力其机械性能必须满足工艺要求。经分析几处裂纹点均为履带架与车体相连接的支架上，该支架起着“四轮一带”连接车体的作用，承载着吊机主机、吊臂和负载的全部重量。当吊机转向时，两条履带的相对速度和方向不同，连接支架不仅承受垂直向下的重力，还承受着横向交变载荷，再加上由于路面不平、吊机整体晃动等原因，连接支架承受的载荷被成倍放大，这就要求履带架的维修必须满足以上严苛作业条件。

确定维修方法为补焊裂纹和加装筋板。在补焊裂纹的基础上加装筋板，经过测量和力学计算，确定将筋板定位加装于裂缝外侧面中心距200 mm 处，增大受力面积，加装在履带架的薄弱部位的筋板，起到分解应力集中和增加机械强度的作用，并选用与母材相同的Q690 筋板。经过计算分析，维修后的“四轮一带”不仅可满足吊机满负荷作业，更增强了机械性能和履带架的抗疲劳性能。

4.2 现场履带架焊接维修实施步骤

（1）事前做好充分的准备，做好区域隔离，人员进行JSA（Job Safety Analysis，工作安全分析）分析，准备好所需的吊机、叉车、垫墩、工机具、加强筋板（Q690 高强度筋板）、焊材等。

（2）按照吊机拆车程序将吊机解体，将臂杆、桅杆水平放置于地面的垫墩上。

（3）将车体放置在车体支架上，将“四轮一带”整体拆下。

（4）将履带支架翻身后放置于地面的垫墩上。

（5）对裂纹部位由焊接工程师开出U 形坡口。

（6）打磨处理达到焊接要求，进行焊接，选用林肯E9018 直径3.2 mm 的焊条进行打底，采用林肯LA-90CER80S-D2 盖面。

（7）将加强筋板安装在受剪切力与应力集中的位置，采用满焊焊接工艺。

（8）由于履带架的材料为Q690 材料，因此为保证原有的材料强度，在焊接前需进行热处理。首先，将原有氧化层进行打磨且平整光滑，进行预热（66～100 ℃），避免出现裂纹和降低焊接应力。其次，焊接温度控制在100～175 ℃（不得高于175 ℃），焊接过程实时监控焊接温度。最后进行焊后保温，焊接完成后加温至160 ℃，覆盖保温棉，保温12 h 后自然冷却。

（9）对焊接部位进行探伤检测，确认焊口有无裂纹、无夹渣、气泡等缺陷。

（10）经检测确认无裂纹后使用环氧油漆进行防腐处理。

4.3 改造结果

（1）装车前进行全面检查，确认无误后再进行安装。安装过程中严格执行安装步骤，检查每一个细节恢复到位，全部装好后进行试车，按照先慢速后正常速度、先空载再轻载后重载的原则进行试车使用。

（2）经过一年多的使用，全车整体性能良好，该裂纹区域未再出现裂纹，从根本上解决了履带架裂纹的难题（图2）。

图2 改造后履带架结构（增加加强筋）

4.4 项目组织

该项目有1 名改造小组组长，由6 名钳工、1 名履带吊司机、2 名等离子切割操作员辅助完成该项目。改造一台设备工期为5 d，在时间紧迫的情况下必须提前做好技术准备，所以在改造前就对技术方案进行充分研究。这样改造过程才能紧锣密鼓地实施，完美地对起重机履带机焊缝裂纹进行维修。

4.5 项目工期控制

由于大型履带吊使用成本昂贵，必须尽快完成优化，减少设备停机时间，所以该项目工期每台车5 d。为保证项目进度，协调好修理时间后进行任务分解，将改造任务细分到每个人身上。工作过程中，小组组长亲自监督每道作业程序，必须按照预定方案实施，经过10 d 的努力，提前将2 台大型履带吊完成改造，给项目吊装施工工作节省了大量时间。

5 改造意义

5.1 设备本身

作为行走机构中最为重要的承重部件之一，履带架的完好度对于履带式起重机的安全运行有着重要意义。

（1）该项目改造难度较大，必须确认好履带架的母材、加强筋板的位置，需要运用材料力学及所掌握的专业知识对履带架进行改造。经过一年多的使用，履带架未再出现开裂，排除重大安全隐患，获得了公司领导的好评。

（2）通过对履带吊履带架的维修改造，加深了对起重机的操作和维保设备要领，懂得设备的结构、原理等多方面的知识。

5.2 经济及安全意义

（1）该投资费用为4000 元，其中配件材料费2000 元、人工及消耗材料费2000 元。

（2）保证设备安全运行和提高设备使用率，产生经济效益是无法计算的，设备的安全使用是改造项目的最大目的。

6 总结

履带吊的安全使用是关系到公司项目进度的关键设备，及时发现其存在的问题并进行维修改造，排除安全使用隐患，不仅降低今后设备的维护保养费用，还能将此项改造应用于其他支重轮式设备，为公司乃至整个行业制定了一个问题的解决方案。