步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機

張亞平 黃程

摘 要：在大型橋梁施工建設中，橋面結構的吊裝及吊裝設備的選取尤為重要，且西固大橋處于不通航地區(qū)，無法采用大型浮吊施工，為了保證施工順利進行，本文設計了一種步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機，使用ANSYS有限元軟件對不同工況的分析，驗證了該設備的合理性及可行性。最終該設備在本項目得到成功應用，為類似橋面吊機的設計提供借鑒。

關鍵詞：自錨式;全回轉(zhuǎn);橋面吊機;工況分析

中圖分類號：U445 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）06-0110-03

隨著我國交通量的逐步增大，在建橋梁日益增加，橋梁規(guī)模也逐漸增大，對橋面結構吊裝設備的研究也越來越多，柳鑫星[1]等對之江大橋進行了橋面吊機的設計，研發(fā)一種分離式可快速行走的橋面吊機結構;余瑋瑋[2]在三塔鋼箱梁斜拉橋施工中設計了橋面吊機，吊裝過程采用軟連接的方式，縮短了橋面吊機與吊耳的連接時間;陳鳴[3]等在蘇通大橋施工中設計了多功能橋面吊機，實現(xiàn)了集梁段吊裝和長索梁端牽引入索角度調(diào)整裝置為一體;唐斌華[4]等對椒江二橋橋面吊機進行了結構設計;吳乾坤等對變幅式橋面吊機進行設計與驗算，解決了三峽庫區(qū)內(nèi)無法采用大型浮吊的問題。

針對本橋的特點，本文研發(fā)了一種步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機，在全回轉(zhuǎn)移動式桅桿起重機的基礎之上進行創(chuàng)新，在縱移滑道上設置錨固機構裝置。該橋面吊機的設計對本橋施工較好的技術價值及經(jīng)濟效益。

1工程概況

西固大橋是西北地區(qū)在黃河上跨度最大、塔身最高的結合梁斜拉橋，也是甘肅省首座高速公路斜拉橋。大橋跨過黃河，為國內(nèi)8級及以上地震區(qū)最大斜拉橋。本橋主塔形式為菱形塔，下橫梁高度較高（距離地面61m），落地支架搭設受限，且本橋處于黃河中上游不通航地區(qū)，針對橋面結構吊裝，研發(fā)出一種步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機。

2橋面吊機主要構造

本機主要由吊臂、上部構造、起升及變幅機構、回轉(zhuǎn)機構、下部構造、步履機構、電氣及液壓系統(tǒng)等部分組成。

2.1吊臂

吊臂（主臂）長度28.5m，由四節(jié)組成，截面為矩型，格構式組合構件。主肢材料為20號鋼，綴條材料為20號鋼。主臂前端另有一節(jié)長1.8m副臂。吊臂通過臂根鉸軸安裝于上轉(zhuǎn)臺上，與上轉(zhuǎn)臺一起回轉(zhuǎn)。臂頭內(nèi)裝有取力裝置及滑輪組。

2.2上部結構

上部結構由三角架、上部轉(zhuǎn)臺（上車體）組成;

三角架采用Q345c鋼板焊成箱形桿件，形成直角人字形主結構;頂部安裝變幅滑輪組，主副鉤鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪，底部與轉(zhuǎn)臺銷接;

上部轉(zhuǎn)臺采用工字型及圈梁斷面，轉(zhuǎn)臺前部設有吊臂鉸軸，下部有圈梁，通過回轉(zhuǎn)支承與下部轉(zhuǎn)臺相連。轉(zhuǎn)臺上裝有司機室，起升、變幅卷揚機，回轉(zhuǎn)機構。

2.3下部結構

下部結構由各種工字形及箱形梁組成，通過回轉(zhuǎn)支承與上車體相連;安裝有六個帶機械鎖定的油缸，用于工作時的支承。安裝的滑移支承塊在步履軌道上前后移位，移位動力來源于油缸。步履軌道橫橋向間距為12.5m。

2.4起升、變幅機構

主起升機構：采用單出繩卷揚機，單繩拉力10t，鋼絲繩倍率4，采用φ28mm不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，型號為28-18x19W-IWS-1770，鋼絲繩長度500米，卷揚機上安裝有排繩裝置，吊鉤滑輪為直徑φ500mm軋制滑輪。

副起升機構：采用單出繩卷揚機，單繩拉力5t，鋼絲繩倍率2，采用φ20mm鋼絲繩，型號為20-18x19W+IWS-1770，鋼絲繩長度為270米，吊鉤滑輪為直徑φ480mm軋制滑輪。

變幅機構：采用單出繩卷揚機，單繩拉力6t，鋼絲繩倍率12，采用φ24mm不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，型號為24-6x19W+IWR-1770，鋼絲繩長度為440米，滑輪為φ460mm軋制滑輪。

2.5回轉(zhuǎn)機構

由驅(qū)動裝置和支承裝置組成。驅(qū)動裝置采用雙驅(qū)動系統(tǒng)，機構型式為制動電機+減速機+齒輪傳動，采用變頻電機驅(qū)動;支承裝置是聯(lián)接上下車體的關鍵部件，由三排滾柱、固定和轉(zhuǎn)動圈組成，通過M30螺栓分別與上下車體連接，螺栓預緊力矩為1100N·M。

2.6走行機構

本機構由軌道梁、軌道梁支座、步履油缸組成。軌道梁支撐在橋體縱梁上?？v移時在支頂油缸收縮，整機支撐在軌道梁上，通過步履油缸頂升和收縮，實現(xiàn)整機步履式前行8m或12 m至下一架設工位?？v移滑道上設置反鉤裝置，防止傾覆。

2.7錨固機構

錨固機構為反鉤式，通過反鉤掛在橫梁上翼緣根部，機構包括錨桿、錨座、反鉤、螺旋扣等。

2.8電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)、主起升系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、副起升系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、安全報警、控制及監(jiān)控系統(tǒng)、照明電路等組成，采用變頻器、PLC控制。整機裝機功率約為155KW。

2.9液壓系統(tǒng)

液壓站設在下部結構上，由手動換向閥控制車體兩側(cè)的走行油缸及支頂油缸。其中關于液壓站參數(shù)為壓力16MPa，流量68L/min，7.5kW。

本機安裝在上層橋面的縱梁上，采用步履式移動，具有提升、變幅、回轉(zhuǎn)、整機前、后移動的功能。傳動方式為電-機械傳動，控制方便，造價適中，維護簡單。

3橋面吊機工況說明

3.1橋面吊機工作環(huán)境

3.2吊機站位

站位處的結合梁分兩種：8m間距（0#）和12m間距（1#～14#）。所有梁均由主縱梁、橫梁、小縱梁組成。主縱梁間距為25.5m，橫梁間距為4m。起重最重梁為1#及其他梁的主縱梁，重量約32t，最遠吊幅為H3橫梁，重量15t。

作業(yè)：采用油頂支撐，油頂橫向間距11.2m，縱向間距分為12m和8m兩種。滿足0#節(jié)段（8m）和其他節(jié)段（12m）站位。

過跨：通過縱移軌道步履式前進，軌道橫向間距12.5m。

吊幅：最重主縱梁吊幅為19m，橫梁最遠吊幅為20m。

支撐：設有6個支撐油頂，分間距為12m和8m兩種，作業(yè)時4個油頂支撐在橫梁上。

錨固：采用工字鋼梁和精扎螺桿鋼錨固在橋橫梁上。錨固橫向間距10m，縱向間距8m。

4橋面吊機計算分析

運用ANSYS計算最大起重力矩（吊重35t，吊幅20m）工況時下底盤的受力情況來進行結構分析。該工況分支撐縱向間距8m和12m兩種，每種均計算吊臂偏角0°、45°和90°三種情況下的應力和支反力。

4.1工況一：支撐縱向間距8m，吊臂偏角0°

由模型計算結果可得，當支撐縱向間距8m，吊臂偏角0°時，其最大支反力為69.2t，最大應力為236Mpa。

4.2工況二：支撐縱向間距8m，吊臂偏角45°

由模型計算結果可得，當支撐縱向間距8m，吊臂偏角45°時，其最大支反力為76.7t，最大應力為186Mpa。

4.3工況三：支撐縱向間距8m，吊臂偏角90°

由模型計算結果可得，當支撐縱向間距8m，吊臂偏角90°時，其最大支反力為61.3t，最大應力為166Mpa。

4.4工況四：支撐縱向間距12m，吊臂偏角0°

由模型計算結果可得，當支撐縱向間距12m，吊臂偏角0°時，其最大支反力為68.7t，最大應力為236Mpa。

4.5工況五：支撐縱向間距12m，吊臂偏角45°

由模型計算結果可得，當支撐縱向間距12m，吊臂偏角45°時，其最大支反力為88.9t，最大應力為197Mpa。

4.6工況六：支撐縱向間距12m，吊臂偏角90°

由模型計算結果可得，當支撐縱向間距12m，吊臂偏角90°時，其最大支反力為82.9t，最大應力為200Mpa。

橋面吊機的最大起重力矩（吊重35t，吊幅20m）工況時下底盤的受力情況來進行結構分析，所得結果證明其符合規(guī)范要求，可以安全使用。

5現(xiàn)場應用

步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機安全地使用在南繞城高速公路LRN14西北高震區(qū)跨黃河菱形高塔大跨結合梁斜拉橋項目。在邊跨不便于地面運輸、搭建鋼棧橋的情況下，橋面吊機起吊、安裝主橋工字鋼梁的主縱梁和橫梁、橋面板和小縱梁。

6結論

步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機行走在鋼結合梁上施工作業(yè)方法新穎，科學而有效地縮減了在工序上施工作業(yè)的時間，提高了施工效率和工程進度，省去了大型吊裝設備的煩惱，且周轉(zhuǎn)使用率高，對梁體結構形式的要求不高，應用范圍廣。在增加經(jīng)濟效益的同時極大程度地縮短了施工周期。在結構設計上有以下技術特色：采用全變頻及PLC控制系統(tǒng)，工作便捷、可靠;各卷揚機均采用了高速端制動器和低速端制動器;配電柜為整體集裝箱式，方便整體吊裝及運輸;主鉤滑輪組采用四倍率平行鋼絲繩纏繞方式，同時采用微旋轉(zhuǎn)鋼絲繩設計，以保證大起升高度情況下吊鉤滑輪組不會發(fā)生旋轉(zhuǎn);設置有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]柳鑫星，賈兵團，周林，高權.之江大橋橋面吊機設計[J].公路，2014，59（06）：130-134.

[2]余瑋瑋.橋面吊機在三塔鋼箱梁斜拉橋中的設計與應用[J].工程建設與設計，2017（10）：126-128.

[3]陳鳴，吳啟和，羅承斌，肖文福.蘇通大橋多功能橋面吊機設計與使用[J].中外公路，2008（05）：105-109.

[4]唐斌華，宋偉峰，郭杰鑫.椒江二橋橋面吊機結構設計[J].中外公路，2014，34（04）：200-204.

[5]吳乾坤，郭杰鑫，汪泉慶.變幅式橋面吊機設計與驗算[J].公路，2017，62（08）：138-142.