立井凿井钢管井架制作中的难点及解决措施

刘国泽

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），

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，影响井架的結构安全。

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》