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刘国泽 立井凿井钢管井架制作中的难点及解决措施
论文编辑部-新丝路理论网   2019-11-18 09:41:06 作者:新丝路杂志社 来源: 文字大小:[][][]

刘国泽(铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司  安徽铜陵  244000)
摘 要:本文对立井凿井钢管井架的结构进行了分析,针对缺乏专用设备和专用大型夹具、胎具的中小机械修造厂,如何按照质量要求,制作立井凿井钢井架进行了探讨,对制作中的难点提出了解决措施。
关键词:凿井井架;天轮平台;钢管衍架
凿井井架是立井施工不可缺少的重要设备之一,国内目前广泛使用的立井凿井井架均为钢管井架,包括5个型号共7种,其结构合理,造型美观,强度、刚度和稳定性好,最大优点是用料少,重量较轻,运输、安装和拆卸方便,复用率高,各型井架能满足各种井型立井凿井的布置和施工工艺的要求。因向专业生产厂家订购,经济上和时间上都难以自行掌握,为满足中都矿建公司“规模发展”的需要,现就在缺乏专用设备和专用大型夹具、胎具的情况下,利用通用设备和自制辅助工具,制作出符合质量要求的立井凿井钢管井架作简要介绍。
一、结构特征
井架由天轮房、天轮平台、钢管桁架、翻矸平台、扶梯、基础等部分组成。基础在安装前用混凝土砌筑,各构件均采用焊接制作,Ⅰ~Ⅳg型6种井架所用材料为普通碳素钢,Ⅴ型井架的钢管桁架和天轮平台主梁为16锰普通低合金钢,普通碳素钢用T-42系列电焊条,16锰普通低合金钢用T-50系列电焊条。工地安装各构件均采用螺栓连接,拼装成4面对称、结构基本相同的正4棱锥台形架体。为此,焊接制作时各构件的尺寸、连接节点尺寸和角度、连接螺栓孔圆度和位置偏差等必须严格控制。Ⅰ型井架外形结构如下图(其他各型井架结构基本与此相似),

井架的主要尺寸和重量如下表:                       单位:m
井架型号 天轮平台
平面尺寸 井架底部跨距 由基础顶面至
天轮平台顶面高度 由基础顶面至翻矸平台中线的高度 井架金属结构重量(t)
I 5.5×5.5 10.00×10.00 16.242 5.0 25.094
II 6.0×6.0 12.00×12.00 17.250 5.8 30.623
III 6.5×6.5 12.00×12.00 17.346 5.9 33.067
IIIg 6.5×6.5 12.83×12.83 19.846 8.4 39.473
IV 7.0×7.0 14.00×14.00 21.970 6.6 49.386
IVg 7.0×7.0 15.30×15.30 25.870 10.5 58.541
V 7.5×7.5 16.00×16.00 26.364 10.0 71.097
二、制作中的难点及解决措施
1.天轮平台梁的变形控制
5根天轮平台梁均为焊接工字钢结构,断面尺寸较大,上、下翼缘板与腹板的连接焊缝长,焊接热输入量大,易产生较大的角变形,并引起较大的纵向收缩,造成天轮平台梁在长度方向的挠曲变形,一旦变形量超标,矫正十分困难,以至于不得不割开重焊,或整根梁报废。
解决措施
(1)抓好定位、夹紧、测量三个环节,提高装配定位精度。上、下翼缘板与腹板的装配是关键,一般有划线定位装配法和胎具定位装配法,小批量或单件生产通常采用划线定位装配法,即:先在第1块翼缘板上划出腹板的位置线,并打上样冲眼,将腹板按位置线立在翼板上,用90度角尺校对两板的相对垂直度,然后用夹具抵紧不留间隙后定位焊,定位焊长度35-45㎜,间矩250-450㎜,再用同样的方法装配第2块翼缘板。上、下翼缘板与腹板焊接结束,要进行检验矫正,合格后用同样方法装配肋板,肋板与上、下翼缘板、腹板的装配间隙要≤1㎜。
(2)选用合适的焊接工艺,控制变形量。上、下翼缘板与腹板宜采用埋弧焊或CO2保护焊自动焊接,焊接前焊缝两边各30㎜的范围内须用手提砂轮机磨平磨光,焊缝两端设引弧板、熄弧板(材质与工件相同,长度≥100㎜),选择最佳的焊接参数,焊接时要对称、分层、多次间隔焊接,一道焊缝一次焊好,一根梁一次焊完。肋板焊缝较短、数量较多,可采用手工电弧焊接,焊接时同样要对称、多层焊接,底层焊缝焊条直径≤4㎜,为提高生产效率底层焊缝结束后,可选用较大直径焊条,但焊接电流、速度要适中且焊条不宜做过大的横向摆动,减小焊接热输入量。
2.天轮平台的装配精度控制
天轮平台是由5根焊接工字梁拼装而成的矩形平台,各梁之间通过腹板连接板和上、下翼缘板的连接板用数量众多的螺栓连接,各件的连接螺栓孔数量多、位置精度要求高。
解决措施:天轮平台梁焊接结束并经检验矫正后,将天轮平台各件按图纸尺装配并临时定位,上下翼板的连接板与两梁之间均为螺栓连接,须待平台整体定位后用磁力钻与梁配钻;腹板的连接板,一头与梁焊接,一头与梁螺栓连接,可先与梁配钻后用螺栓连接在梁上,再待平台整体定位后再配焊到梁上。
3.钢管衍架的装配精度控制
钢管衍架拼装后外形为正4棱锥台形架体,4个侧面结构基本相同,由4根角柱和横向、纵向支撑管分3层拼装而成,各件之间主要通过法兰和连接板用螺栓连接,各构件尺寸、法兰与钢管的垂直度、法兰与法兰连接螺栓孔的位置精度、角柱与支撑管连接的角度必须严格保证,否则不仅难以安装,还会产生较大的装配应力,影响井架的结构安全。
解决措施:第一步将所有法兰成对配钻;第二步将所有纵向支撑管的法兰用90度角尺定位、焊好并逐一在地板实样上校验,将所有横向支撑管与角柱连接的法兰、连接板定位焊好(各连接板法兰暂不焊)并逐一在地板实样上校验;第三步按地板实样尺寸线位置,由下至上将一个侧面的第一层2根角柱钢管摆放在支架上,用水准仪或水平软管校平——装配、定位连接板,校验尺寸和角度——按地板实样尺寸线位置将支撑管摆放在支架上,用水准仪或水平软管校平——将法兰用定位销连接在支撑管法兰上,再定位焊到连接板上。
用同样的方法将一个侧面拼装好后,对尺寸进行复核,再编号、解体、加焊。其他3个侧面按同样工艺装配制作。
4.天轮平台与衍架的装配角度控制
井架侧面是一个斜面,每个侧面与天轮平台之间的夹角必须相同,否则会严重影响4根角柱的受力性能。
解决措施:钢管顶部的连接板本应该先焊在钢管上,但为了消除制作时的积累误差,第一步将连接板先用螺栓联接在天轮平台梁上,利用天轮平台整体定位钢管顶部连接板;第二步将钢管顶部按尺寸切割成斜面用磨光机打平整,再用样板核对尺寸;第三步所有尺寸核对无误后将天轮平台梁靠到钢管顶部,要确保连接板的位置、角度,并使其与钢管之间贴实不留缝隙,这时将连接板与钢管焊牢就能保证平台和井架侧面桁架的角度。
三、结束语
本公司采用本方案,先后制作的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ、Ⅳg立井凿井钢管井架,交付后安装、使用效果良好。实践表明,本方案技术可行,制作质量能够满足要求,但对制作人员的技术水平要求较高,制作周期比专业厂家长。因制作工艺基本采用通用设备实现,无须专用设备和大型专用夹具、胎具,非常适合中小型机械修造厂小批量、单件生产。本方案,对中小型机械修造厂提高生产能力、拓展发展空间具有现实意义,对制作其它类似大型钢结构非标设备,具有一定的参考价值。

参考文献:
[1]王介峰等编著.《凿井工程图册》第二分册,煤炭工业出版社
[2]闵庆凯、张立荣主编.《铆工实际操作手册》,辽宁科学技术出版社
[3]龚伟、李希钧、刘励诚著.《钢结构与木结构》,中国建筑工业出版社
[4]仇敏、易厦千、陈大峰、臧松著论文.《轻型钢屋架制作技术》

 

国内刊号:CN61-1499/C

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