建筑工程低空间大吨位轧机机架安装工法

低空间大吨位轧机机架安装工法中国有色金属工业第六冶金建设有限公司七冶建设有限责任公司唐兴安万钧朱凯向继辉张劲松1、前言随着铝加工行业生产规模的扩大和工艺装备水平的提高，大型及超大型轧机不断得到应用，加之建设单位通过优化投资使厂房的高度和车间天车承载力降低，使低空间大吨位轧机机架安装装逐渐成为施工技术难点。在东轻3950mm热轧生产线安装工程中，两件机架重量均为256吨，几何尺寸为12470x5450x650mm，总重512吨；轧制车间内三台天车，分别为100吨1台、32吨2台；轧机基础为下沉式，标高-3.87米；厂房高度15.5米（桁架结构下）弦车间天车轨面高度为12.5米，吊钩最小高度为1.2米，实际起升高度为11.3米。存在如下问题需解决：1、厂房高度低，大吨位吊车无法旋转吊臂（同时因地下室构造复杂，顶部承载力仅为50吨，无法满足300吨及以上吊车占位要求）。2、天车起重能力不足，最大天车起重量不到额定重量40%；且天车轨面高度过低，无法安装12.47米高的机架。3、设备机架为轧机精密设备，特别是接触面，安装过程中需要予以精密保护。在总结以往大件的安装经验基础上，采用自研LSD液压提升装置安装调整机架，通过数据模型控制和电液系统的联控及测量网的修正等方法准确安装，确保在有限的安装空间进行轧机机架及类似大件设备的快速、高效、安全安装，形成了低空间大吨位轧机机架安装工法。经教育部科技查新工作站北京理工大学查新检索咨询中心查新，该查新项目“研制一种低空间大吨位的工件吊装装置，采用双缸同步回路的液压装置控制起吊钢索的提升，同时用两台液压顶推装置控制机架的水平移动”，在国内公开发表的中文文献中未见有相同报道。经中国有色金属建设协会组织鉴定，鉴定结论：低空间大吨位轧机机架安装工法工艺合理、施工技术设备先进、操作运行安全可靠，适用广泛。经工程应用证明符合国家节能环保要求，取得了显著的经济效益和社会效益，属于国内领先水平。该工法先后应用于东轻3950mm热轧生产线安装工程、兖矿高性能大型工业铝挤压材项目一车间安装工程、兖矿高性能大型工业铝挤压材项目二车间安装工程、兖矿集团高性能大型工业铝挤压材项目挤压三车间安装工程、兖矿集团高性能大型工业铝挤压材项目挤压四车间安装工程、西南铝加工有限责任公司2100㎜冷轧机安装、上海中煤大屯能源集团2400㎜热轧机、2300冷轧机安装和中孚特铝2560mm（1+4）热轧机组等项目。工程实践证明，质量可靠，技术经济效益显著。2、工法特点2.1节约投资采用具有自主知识产权的“低空间大吨位吊装装置”，不受车间低空间和狭窄环境限制，满足500吨以内各种吨位、高度的大件及超大件设备的安装。减少了业主对厂房、起重设备的投入费用。此装置可根据不同的安装工况现场组合，拆装转运方便，施工成本低。2.2提高工效安装过程利用激光测速、数显控制安装过程及设备位移，自动化程度高，安装和调整一次到位，安装功效高。2.3保证安全和质量建立轧机牌坊力学模型和应用分析数据库，对吊装工况进行定性、定量分析，同时采用双缸同步液压系统提升，伺服液压系统全面控制和保护、比例调节，安装过程平稳、安全。采用多点测量网，利用激光测速、数显控制安装过程及设备位移，全面保护精加工面的安全接触，使安装就位更准确、稳定。有效控制了就位下降过程的安全性。3、适用范围本工法主要应用于有色冶金行业的轧制设备安装，如各类轧机、挤压机和拉伸机等大型设备的安装，同时可以扩展运用于其它行业的超大、超重部件的设备安装。特别是对于低空间、狭窄坏境的500吨以内的大件超大件以及异形设备和精密部件吊装，极具优势。4、工艺原理主要利用自研的液压提升装置，通过组合塔架的高度调节，根据大件不同的吊装高度及宽度灵活配置，方便地组合、拆卸，满足低空间环境对安装的要求；利用装置的自动化控制系统和伺服控制系统，通过转换快速液压接头，来改变吊装装置及大件的移动方向，实现大件的多件次吊装，同时对大件的精确定位也可以进行及时的调整，解决了在工况复杂的大吨位设备吊装采用全人工管理可能产生的延迟、不同步等因素，降低了设备风险。采用激光测速、数显控制的方方法，监控吊装工件的起升速度和起重设备的提升速率同步协调性，达到起升过程中的稳定。同时采用多点测量网，协助控制安装过程中钢索和设备的垂直度、设备位置偏移，达到万无一失。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程基础验收——基础放线---基础垫板埋设---轧机机架卸车、清理---机架底座安装调整---机架水平顶推运输--利用LSD液压提升装置吊装传动侧机架---利用LSD液压提升装置吊装操作侧机架----轧机整体调整--轧机机架二次灌浆----轧机附件安装5.2主要操作要点基础验收根据土建提供的交工资料及基础设计图纸进行复核、验收。根据业主提供的基准点，将标高及中心线位置引至设备基础，并对下列项目进行验收：设备的纵横向中心线及基础标高；配套设备的纵横中心线及基础标高；地脚螺栓孔的平面位置等。设备基础表面及预留孔内应清洁，预埋地脚螺栓的螺纹和螺母应防护完好；轧机机架设备基础四周应有沉降观测点。基础放线基础标板埋设、中心线及水准点测设（1）纵向和横向轴线中心标板：沿轧制线及机列中心方向分别设置轧机的纵向和横向轴线，用经纬仪投影在预先埋设的钢板上，预埋钢板上焊上铆爪，用混凝土浇注固定。用样冲在钢板上打出标记，在轧机区域内复测中心线偏差应小于0.5㎜，在整个轧制线及机列全长方向复测应小于1㎜。（2）水准点：可分别设定在操作侧和传动侧，埋设水准点时应参考车间地坪，使安装设备需要的标高都能够直接引测，水准点埋设后加上盖子防护。水准点的标高用电子水准仪（条码尺）测出，复测各标高相对误差不大于0.05㎜。（3）沉降观测点：后视点应选择在轧机基础板块外10-20m，地质稳定（如车间内未扰动的地坪）的地方，并有一定的埋深，用混凝土浇注固定。观测点选择在轧机基础的四角，其位置以不妨碍测量和安装为原则，观测点的埋设和复测同水准点。（4）中心标板及水准点型式：（5）通过钢丝和铅垂进行中心线的设置（（6）通过经纬仪进行辅助轴线的设置（7）通过钢丝和铅垂进行辅助轴线的设置基础垫板埋设（1）垫板型式为确保轧机的安装精度及施工的快捷，对轧机底座的安装选用平垫板加斜垫板组成的垫板组（包括一平垫板和二块斜垫板）；垫板的固定采用SG高强无收缩灌浆料，灌浆料的3d试块强度≥60MPa。1安装设备2倾斜度1:1003平垫板4高强无收缩灌浆料5基础6成对斜垫板（2）垫板布置1螺栓孔2垫板组（3）垫板的施工光滑的基础表面应当打麻粗糙化处理，以加固混凝土和灌浆料（座浆层）的粘接；铲除表面松动的石子。此项工作应在座浆前完成。平垫板四周焊上螺帽，穿入调整螺杆，在基础上的螺杆位置分布处钻孔，用结构胶或膨胀螺栓固定。平垫板下的基础用风镐凿一凹坑，保持距离为40～70㎜，以便于灌浆料的充填。用风镐或手锤对基础表面粗糙化处理。将成组斜垫板放置在平垫板上，在斜垫板的上表面用电子水准仪（条码尺）和方水平仪配合调整标高及水平度。垫板标高控制在0-0.5㎜，水平度在两垂直方向上应＜0.05㎜/m。在调整好的垫板四周支模，与基础间的缝隙用黄泥封堵。压缩空气吹除表面浮尘及杂物后洒水湿润。灌浆料应用搅拌机预以充分拌合，灌浆时仅从一侧或角部进行浇灌，不要中断。垫板座浆法安装示意图对开口区域覆盖进行保护，放置水分过早蒸发，待达到3d强度后方可安装设备。垫板座浆法安装示意图轧机机架卸车、清理现场卸车至磨辊磨床跨，应用200吨天车一侧吊起，加垫块后再吊另一头。对设备接触面进行清理，露出金属表面，局部划痕采用油石或磨光片修整。机架底座安装调整（1）基准设置：底座的安装精度决定了机架的安装质量和使用。根据设置的中心标板用钢丝拉设轧制中心线和机列中心线，作为底座找正的基准。（2）安装精度：考虑到牌坊的吊装，轧机牌坊塞口间隙留在出口侧，应首先找正入口侧底座。入口侧用内径千分尺测量轧制中心线到底座塞口间的距离、机列中心线至塞口侧面的距离，应符合图纸要求，其误差不得超过0.05㎜。出口侧底座以入口侧轨座为基准进行找正。底座中心线布置示意图（3）机架吊装就位后，塞口间隙可用千斤顶恢复到图纸要求。底座中心线布置示意图（4）底座找平：在底座上方水平及两轨座之间放平尺和方水平进行测量，要求两个底座过跨的水平度及底座水平度不超过0.05㎜/m；两底座间底座找平示意图水平度不应在同一方向。底座找平示意图（5）底座找标高：以底座旁预先埋设的水准点为标准，用精密电子水准仪直接在底座表面沿长度、宽度方向至少选出5点测量，各点标高差应＜0.05㎜；两底座标高差＜0.05㎜；由于上部设备未加载，实际标高可在设计标高上加上0.5～1㎜，以预防地基下沉带来的标高超差。（6）底座地脚螺栓复拧后检查底座标高、水平度、中心线、两底座间的距离等达到规定要求。在吊装牌坊以前，应将连接牌坊支脚处的螺栓拧下，牌坊安装后底座螺栓全部用液压扳手以设计扭矩值进行终拧。机架水平顶推运输将机架用水平顶推装置运至安装位置。滑移用厚钢板作为底排，在牌坊两端各放置一个，底排与牌坊间垫上道木。在底排下面设置导向槽放置在钢轨上；在牌坊移行路线上铺设枕木和钢轨。用液压推进器顶推底拍，顶推固定反力作用于钢轨上。液压推进器设备选用牌坊重256t，钢板和钢轨间滑动摩擦系数为0.15。滑动摩擦力f1=0.15×256=38.4t爬行坡度取5%。坡度阻力f2=256×5%=12.8tf1+f2=51.2t采用两台额定推进能力为100t的液压推进器滑移。主要牵引设备为1台32MPa液压泵站、2台100吨液压推进器。如下图：利用LSD液压提升装置吊装传动侧机架（1）轧机机架设备工况、重心分析首先对机架的形状、重量进行分析，对重心进行计算。机架为板式，靠传动侧和操作侧有滑板、滑块，重量约5-10吨之间，安装吊点为机架两侧，偏重值控制在3%以内，如机架重量为256吨，偏重量控制在7.5吨左右，如偏重较多需要拆除部分滑板、滑块、cvc装置等。（2）结合空间状况选定塔架组合形式低空间状态下，按照最低起吊高度和厂房结构，选定塔架高度，一般塔架最低高度为机架高度加2米的安装空间确定；设备起吊为双点垂直起吊，正常吊装为钢丝绳带夹角吊装，需要预留高度在4米以上。按照选定的塔架高度，结合零件尺寸，设置本次安装的塔架尺寸和分段情况，一般250吨以上机架采用三段组装，250吨以下一般为两段。（3）组合塔架安装，找正用经纬仪确定塔架位置，可用50厚钢板作为门架基础。用水平仪测量找平两侧主杆基础，与轧机基础间可设置道木垫实；用经纬仪在厚钢板上放出牌坊中心线，水准仪测量两基础平面保持一致。门架顶部四周预设好临时缆风绳，用车间天车或汽车吊将组装好的塔架吊至门架中心，通过经纬仪及四周临时缆风绳调节塔架垂直度，保证垂直度控制在3‰，调整好后，塔架底部与钢板基础焊实，固定好缆风绳。（4）液压提升装置安装，找正安装钢索式液压提升装置（液压缸、上下承载机构、承载钢索、液压泵站和电气控制中心），液压缸的中心必须与吊点一致，误差不超过2mm;液压缸垂直度0.5‰；钢索的一次安装长度误差不超过5mm,二次锁紧后长度误差不超过2mm.（5）试运行、试吊完成以上工作后，在具备试运行条件后，确认吊装高度空间无阻挡、操作人员分工倒位，通讯畅通、设备一切正常、吊装物固定牢靠并检查无误后，总指挥可命令电气、设备操作人员开机。启动液压泵站进行15分钟正常后，即可带负荷提升，使大件离地50mm，然后进行以下各项检查：监视各吊点负荷（观察压力表），每个吊点最大负荷1960ＫN（对应压力19ＭＰa），不允许超载；调整电接点压力表的压力控制值为负荷压力值的1.1倍；检查各连接件的受力情况，任何连接件不得出现裂纹、变形等情况；吊装门型支架无变形，焊缝无裂纹、螺栓连接正常；检查与大件连接下锚头卡爪及承载钢索有无异常；检查承载结构的基础，应无沉陷等异常情况；以上检查合格后，吊物继续提升一个行程，然后下降一个行程。反复3-5次后，再次拧紧下锚头压板上的螺丝，设备能够正确完成动作，吊装门型结构及附件等无异常即认为试运行合格。（6）机架提升、激光测速保持稳定通过牌坊上设置的抱卡，每1套液压提升装置在抱卡耳轴上为一个吊点，两侧共2套液压提升装置，在牌坊下部用液压推进器配合顶推，即牌坊的一头在提升装置提升的同时，另一头用液压推进器配合水平顶推，使牌坊平稳立起。在吊装过程中，采用激光测速，通过电气上的连锁及计算机控制，保持各提升装置的工况的检测、同步；为防止牌坊即将立起时的突然晃动，在底部设置一台溜放手拉葫芦，以保证吊装后期的平稳过渡。在此过程中，激光测速仪的数值为数字显示，分别为起升速度、顶推速度，为防止仪器失准及修正其他误差，两个顶推液压缸各设一台经纬仪测量滑移距离，两组液压缸的钢丝绳起吊距离各设一台经纬仪测量高度，首先保证双缸均同步，其次保证在起升设备顶部时下部必须滑移，最终保证按照设定的滑移距离与起升高度的比率进行吊装（每15°角为一个方案，75°-90°角间为慢速）。（7）机架就位安装、找正机架完全吊立成垂直状态后，即拆除拖排及牌坊底座部位的支撑平台．滑移轨道等设施，再次清洗底座及机架接触面后慢慢落下就位。在离底座50mm处，用经纬仪检查机架垂直度（0.5‰）、位置偏差（0.05mm）、两侧的高度差（1mm），液压伺服系统输入参数调整钢丝绳受力，调整无误后静置15秒，慢速下落到位；然后调整将底座推回安装位置，紧固安装螺栓。紧固后，检查机架垂直度、窗口垂直度，保证误差在0.05mm以内；再安装第二组机架，程序同前。施工中因传动侧机架和操作侧机架重量有所不同，需要一定的差异性考虑，而且由于两组机架有先后，第二组的安装难度相对要大一些，对测量点的重新布局和后视点的选择需要有两套方案。利用LSD液压提升装置吊装操作侧机架：施工方法同上轧机整体调整经确认整个机架在精度范围之后，紧固地脚螺栓，检查以下项目：（1）机架窗口垂直度：拆除滑板，在窗口上设置中心线垂线，在窗口内侧立面选择5个点进行检测，在窗口同一水平面内测量两点，用内径千分尺、耳机听测检查。两机架的偏差宜偏于同一方向，或者在机架窗口垂直面上，采用平尺和方水平测量垂直度。（2）两侧机架窗口中心线的水平偏移：两侧机架窗口中心线偏移不大于0.15mm/m，机架窗口面在水平方向的偏移不大于0.15㎜/m，测量面选择在轧制标高的水平面上。（3）机架顶面水平度：包括单个机架顶水平度，两机架顶面水平高差、水平度为0.05㎜/m。（4）机架与轨座接触间隙：水平方向及垂直方向用0.05㎜塞尺检查，四周90%不入，局部允许0.1mm间隙。（5）横架与机架接触间隙：用0.05㎜宽尺检查，四周90%不入，局部允许0.1㎜间隙。（6）以上机架安装，通常情况下，只要底座安装调整精确，机架的调整就比较容易。上述各项调整工作虽有先后，但需结合进行，反复检测，直到当全部地脚螺栓和楔块打紧之后，各项最终的检测结果都达到要求为止。机架调整完毕后，开始进行地脚螺栓的紧固。为了使机架和底座在把紧过程中均匀受力，应按对称交错的顺序逐次加力拧紧和打紧螺母。轧机机架二次灌浆机架底座的二次灌浆用SG40高强无收缩灌浆料，其3d强度等级为C40，最终强度等级为C80。轧机附件安装机架灌浆完毕后，安装机内附件。如压下平衡装置，压下心轴等。5.3劳动力配置计划劳动力配置计划序号名称单位数量备注1安装指挥人12液压操作工人23起重工人64钳工人165电工人26测量工人37液压、机械工程师师人28自控工程师人16材料与设备机架安装主要设备机具配备序号名称规格型号单位数量备注1液压提升装置250t套2配钢绞线2液压推进器200t套23组合门式支架800t套14牌坊抱卡副1自制5转盘套1自制6钢支墩100t个20现场自制7枕木根2008钢板100㎜块29钢板60㎜块210钢轨QC100m12010根11铝板6㎜㎡2保护牌坊12脚手架及跳板㎡10013经纬仪瑞士T2架414电子水准仪德国Dinin架3配条码尺16内径千分尺5米套217液压薄顶150吨套418方水平（框式水平平仪）0.02套619液压扳手150MPa(220-1400)套2预应力紧固螺栓20塞尺套521氩弧焊机TIG-320台222直流焊机台223力矩扳手套424液压螺栓拉伸器20-140螺栓栓套27质量控制7.1质量标准机械设备安装工程施工及验收通用规范GB50231-2009冶金机械液压、润滑和气动设备工程安装验收规范GB50387-2006轧机机械设备工程安装验收规范GB50386-2006起重设备安装工程施工及验收规范GB50386-2006安装质量控制指标：机架垂直度：1‰安装位置偏移：0.05mm两侧机架窗口中心线的水平偏移：两侧机架窗口中心线偏移不大于0.15mm/m，机架窗口面在水平方向的偏移不大于0.15㎜/m，测量面选择在轧制标高的水平面上。机架顶面水平度：包括单个机架顶水平度，两机架顶面水平高差、水平度为0.05㎜/m。机架与轨座接触间隙：水平方向及垂直方向用0.05㎜塞尺检查，四周90%不入。7.2关键工序的质量控制塔架安装各塔节之间应紧密接触，安装垂直度不大于0.3%，采用塞尺和经纬仪检查。提升机构安装提升液压缸安装位置由经纬仪定位，与设备轴线符合，安装位置偏差不大于1mm;紧固件采用高强螺栓，钢丝绳的方向与受力应一致，通过控制系统检查受力情况。激光测速与起升过程的同步安装过程中的晃动控制在1mm以内，保证起吊后设备垂直度在：0.1%以内。就位检测采用测量控制网人工观测，通过数据调整液压自控系统参数，确保安装位置偏移在0.05mm内。8安全措施严格遵守国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》及地方政府对施工现场安全的有关规定，并必须做到如下几点：(1)组织有经验的起重工作人员，并设专人负责起重、运输及吊装安全事务。(2)参加施工的人员要严格遵守起重安全技术操作规程，进入现场必须戴安全帽，高空作业必须带好安全带。(3）大件吊装过程中，任何部位和环节发生异常，均应立即报告指挥者，没有指挥者的命令，任何人不准擅自处理或离开岗位。（4）起重重量不明不不吊、超负荷荷不吊、看不不清不吊、捆捆绑不牢或重重心不明不吊吊。（5）设备运输前应熟熟悉设备布置置平面图，了了解设备的安安装位置和方方向。（6）大件设备运输前前应充分了解解设备外形尺尺寸和单件重重量，并事先先察看运输路路线及安放位位置的地形，提提前做好清障障、平整、加加固等工作，确确认能够顺利利通过。（7）装运设备应合理理放置，并采采取稳固措施施。（8）试吊时起吊高度度和持续时间间要适宜，试试吊时应按正正式起吊的劳劳动组织分工工，严守岗位位，密切配合合，时刻注意意设备、吊具具有无异常情况况发生。（9）试吊后再进行一一次检查，确确信无问题后后，方可正式式起吊。（10）设备就位吊装前前各有关人员员、工种应充充分勾通，切切勿将设备件件号、方向安安错。（11）编结绳扣，应使使各股松紧一一致，编结部部分的长度按按规定执行。（12）每班工作前检查查机具是否良良好，索具是是否有断丝、断断股现象，发发现问题立即即处理或更换换。（13）使用卡环应在长长度方向受力力，轴销卡环环应有防销子子滑脱措施，有有缺陷的卡环环严禁使用。（14）起吊捆绑钢丝绳绳与机件拐角角处应加以防防护（采用木木板、铝板、半半圆钢管、胶胶皮等），对对精加工面，则则应包覆麻袋袋、毛毡保护护。（15）夜间施工必须有有足够的照明明。9环保措施建立健全控制人为为噪音的管理理制度，切实实教育施工人人员，禁止