挑梁和SPMT技術(shù)在大型岸橋搬遷過(guò)程中的應(yīng)用

陳文衛(wèi) 丁文華 肖承潔

1上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海 200125 2中海廣瀛工程物流有限公司 南京 210000

0 引言

隨著港口碼頭集裝箱裝卸業(yè)務(wù)的快速增加，港口碼頭集裝箱港機(jī)設(shè)備的需求量日益增長(zhǎng)，加快了現(xiàn)有大型集裝箱港機(jī)設(shè)備的改造搬遷升級(jí)和整合。近幾年來(lái)港口碼頭對(duì)大型岸邊集裝箱起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)岸橋）設(shè)備的需求不斷增加，碼頭現(xiàn)有的設(shè)備搬遷和升級(jí)改造業(yè)務(wù)也不斷增加。而重達(dá)千噸以上的大型岸橋設(shè)備的場(chǎng)內(nèi)搬遷成了難題，海上起重浮吊和路上重型設(shè)備無(wú)法完成，需要采用多種技術(shù)工藝手段相結(jié)合來(lái)解決。對(duì)大型岸橋的頂升、轉(zhuǎn)場(chǎng)、落軌工作提出了較高的工藝技術(shù)要求，并對(duì)大型岸橋設(shè)備搬遷的通用性和安全性提出新的挑戰(zhàn)。本文研發(fā)的大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷關(guān)鍵工藝技術(shù)有效地解決了此難題，并在多個(gè)大型港口碼頭場(chǎng)內(nèi)搬遷中得到應(yīng)用。在總結(jié)大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷的技術(shù)、設(shè)備、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，形成了模塊車(chē)、頂升、轉(zhuǎn)場(chǎng)、落軌和桁架挑梁結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)。

1 大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷解決方案

可伸縮頂升專(zhuān)用桁架挑梁和SPMT系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷的關(guān)鍵技術(shù)，承載整個(gè)岸橋自重載荷、風(fēng)載產(chǎn)生的傾覆力矩，和岸橋在場(chǎng)內(nèi)搬遷過(guò)程中因場(chǎng)地不平整而產(chǎn)生的沖擊載荷。因此針對(duì)大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷的實(shí)際需求，研發(fā)了大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷關(guān)鍵技術(shù)，包括：挑梁桁架結(jié)構(gòu)、可伸縮桁架挑梁、模塊化裝配技術(shù)、SPMT（液壓模塊車(chē)）技術(shù)和控制系統(tǒng)多點(diǎn)同步技術(shù)等，并成功在某港口多個(gè)大型岸橋的場(chǎng)內(nèi)搬遷工作，如圖1所示。

圖1 大型岸橋的場(chǎng)內(nèi)搬遷

大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷所使用的模塊化SPMT與常規(guī)的岸橋搬遷系統(tǒng)相比，采用SPMT搬遷系統(tǒng)自帶獨(dú)立的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，與岸橋相對(duì)獨(dú)立，可在不同工程岸橋上多次安裝使用。SPMT搬遷系統(tǒng)可共用一套控制系統(tǒng)，多動(dòng)力系統(tǒng)可拆分獨(dú)立控制。SPMT搬遷系統(tǒng)可作為單獨(dú)系統(tǒng)從一碼頭移動(dòng)到另一碼頭，與其他搬遷系統(tǒng)無(wú)關(guān)。SPMT搬遷系統(tǒng)采用柴油，工作環(huán)境幾乎不受影響，可搬運(yùn)各類(lèi)岸橋，也可移動(dòng)安裝到環(huán)境較差野外陸地上使用。SPMT搬遷系統(tǒng)采用多個(gè)小功率柴油機(jī)提供動(dòng)力,功率略低，使用成本略高、污染略高。

2 案例

某碼頭4臺(tái)岸橋搬遷項(xiàng)目，搬遷工程的岸橋質(zhì)量1 650 t、起重量65 t、起升高度59 m、重心高度45.6 m、軌距35 m、輪距32 m、外伸距65 m+2.5 m，后伸距22 m，最大高度132.8 m。由于岸橋的重心高，沿海風(fēng)速大，且岸橋已經(jīng)使用一段時(shí)間，工況和結(jié)構(gòu)都和新機(jī)差別較大，為岸橋的場(chǎng)內(nèi)搬遷增加了難度。

2.1 挑梁桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

如圖2所示，大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷系統(tǒng)采用了頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)，挑梁桁架采用模塊化裝配，四點(diǎn)分段，每段桁架質(zhì)量不超過(guò)40 t，長(zhǎng)度5 m、寬度2.2 m，高度3.65 m，長(zhǎng)寬高和質(zhì)量均符合平板車(chē)承載載荷和交通運(yùn)輸要求。標(biāo)準(zhǔn)模塊化桁架結(jié)構(gòu)使桁架結(jié)構(gòu)能快速、高效、安全地運(yùn)抵搬遷現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)快速安裝和拆卸的要求。

圖2 大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷系統(tǒng)挑梁桁架布置圖

2.1.1 頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)模塊化裝配方式

頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)以桁架中心為基點(diǎn)，四點(diǎn)分段，使桁架在岸橋自重和風(fēng)載下對(duì)頂升專(zhuān)用挑梁桁架中部作用力最小。分段點(diǎn)采用對(duì)稱(chēng)分布，使岸橋重力和風(fēng)載作用力有效傳遞到頂升專(zhuān)用挑梁桁架兩端，頂升專(zhuān)用挑梁桁架中間部分不承受岸橋自重和風(fēng)載荷，只起到傳遞彎矩和聯(lián)接作用。提高了頂升專(zhuān)用挑梁桁架的穩(wěn)定性，頂升專(zhuān)用挑梁桁架銷(xiāo)軸裝配部分如圖3所示。

圖3 頂升專(zhuān)用挑梁桁架銷(xiāo)軸裝配

頂升專(zhuān)用挑梁桁架采用超高矩形截面設(shè)計(jì)，截面高度為3.65 m，有效地增加了抗彎截面模量。

2.1.2 頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)可伸縮中梁

由于岸橋的長(zhǎng)期使用，海陸側(cè)下橫梁產(chǎn)生變形，常規(guī)的挑梁結(jié)構(gòu)無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)位，造成偏載，無(wú)法確保岸橋在搬遷過(guò)程中的安全。而頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)的兩端部采用了可伸縮中梁，如圖4所示，利用電動(dòng)推桿使挑梁端部中梁自由伸縮，準(zhǔn)確到達(dá)岸橋頂升部位，并可進(jìn)行微調(diào)，使挑梁和岸橋頂升部位精準(zhǔn)對(duì)位，挑梁和SPMT精準(zhǔn)對(duì)位。在岸橋搬遷到位時(shí)，雙向可伸縮挑梁通過(guò)中梁的可伸縮裝置進(jìn)行微調(diào)，精準(zhǔn)對(duì)位岸橋大車(chē)車(chē)輪中心和目的地軌道中心，確保落軌到位。

圖4 頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)可伸縮中梁

2.1.3 頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)端部抗剪設(shè)計(jì)

頂升專(zhuān)用桁架挑梁端部采用了抗剪設(shè)計(jì)方案，如圖5所示，端部承受著岸橋的自重、剪切、頂升專(zhuān)用挑梁彎矩和搬遷過(guò)程中因場(chǎng)地不平造成的沖擊載荷，故端部的設(shè)計(jì)尤為重要。頂升專(zhuān)用挑梁端部截面采用長(zhǎng)度3.3 m，寬度1.49 m，高度1.35 m的懸臂梁，根據(jù)計(jì)算實(shí)際岸橋自重、專(zhuān)用挑梁彎矩、剪切力和由于場(chǎng)地不平造成的沖擊載荷為450 t，端部結(jié)構(gòu)承載能力為700 t，滿(mǎn)足岸橋搬遷載荷要求。

圖5 頂升專(zhuān)用挑梁桁架結(jié)構(gòu)端部抗剪設(shè)計(jì)

2.1.4 載荷工況計(jì)算分析

作用在岸橋上的搬遷狀態(tài)風(fēng)載荷

式中，C為風(fēng)力系數(shù)，取1.9；Kh為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取2.05；q為與設(shè)計(jì)工況對(duì)應(yīng)的計(jì)算風(fēng)壓，q=0.613V2；A為起重機(jī)構(gòu)件垂直于風(fēng)向的實(shí)體迎風(fēng)面積，A=A0φ。

10 m/s作用在岸橋上的搬遷狀態(tài)風(fēng)載荷最大值為

風(fēng)載作用到桁架挑梁上的力為

式中，PW為作用在岸橋上的風(fēng)載，PW=220 000 N；H為岸橋形心高度，H=80 m；L為兩個(gè)挑之間得距離，L=15.1 m。

已知岸橋總重為G=1 650 t，可得作用在單側(cè)挑梁上的重力為G1=8 250 000 N。

根據(jù)重力（岸橋單側(cè)總重）G1＞F，風(fēng)載作用于挑梁上的力和力矩均小于岸橋的重力和岸橋在搬遷過(guò)程中重力作用在挑梁上的力矩。在風(fēng)載10 m/s作用于岸橋上，搬遷過(guò)程是安全的。

風(fēng)載和岸橋自重作用在單側(cè)單點(diǎn)挑梁上（三組SPMT）上的作用力為

考慮偏載和沖擊載荷，增加偏載系數(shù)1.2，沖擊載荷系數(shù)為1.5，F(xiàn)單為952 t。

已知采用的SPMT液壓平板車(chē)單臺(tái)載重量為474 t，單側(cè)單點(diǎn)三組SPMT液壓平板車(chē)單臺(tái)載重量為FSPMT=1 422 t，F(xiàn)SPMT＞F單，岸橋自重和風(fēng)載作用在一組3臺(tái)SPMT上的作用力小于SPMT的載重量，故安全。

2.2 岸橋搬遷工藝

1）搬遷順序 1號(hào)機(jī)→9號(hào)機(jī)→2號(hào)機(jī)→3號(hào)機(jī)；如圖6所示；

2）搬遷線(xiàn)路 5號(hào)泊位→縱一路→橫一路→縱五路→ 7號(hào)、8號(hào)泊位，如圖6所示；

圖6 岸橋搬遷路線(xiàn)

3）頂升設(shè)備 自行研制的頂升專(zhuān)用挑梁；

4）搬遷設(shè)備 SPMT 自行式液壓平板拖車(chē)；

5）輔助設(shè)備 岸橋、正面吊、叉車(chē)、吊裝鎖具、焊接設(shè)備等；

6）岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷工藝要求 在碼頭軌道內(nèi)對(duì)準(zhǔn)縱一路的位置（搭建SPMT及挑梁，按設(shè)計(jì)圖紙要求將挑梁拼裝成整體，如圖7所示，將SPMT拼裝成2組；將挑梁吊裝到SPMT上，形成井字狀態(tài)，借用岸橋協(xié)助吊裝。將需移位的岸橋使用自身電源開(kāi)到后移場(chǎng)地，然后斷高壓；對(duì)岸橋上影響挑梁安裝的零部件進(jìn)行拆除，并用枕木墊實(shí)大平衡梁和下橫梁之間，以及大平衡梁和中平衡梁等的間隙，防止在移位過(guò)程中碰撞，如圖8所示。利用岸橋、正面吊、叉車(chē)配合，將左右2根頂升挑梁沿軌道垂直方向拼裝到位；安裝并調(diào)試電動(dòng)推桿，使之推動(dòng)伸縮梁前后移動(dòng)。利用岸橋?qū)?根頂升挑梁放入SPMT液壓平板車(chē)上的預(yù)定位置；將岸橋移位到搭建完成的SPMT組件上進(jìn)行固定；SPMT緩緩頂升岸橋，車(chē)輪輪緣離開(kāi)地面約30 mm左右進(jìn)行觀察。

圖7 桁架挑梁拼裝

圖8 大車(chē)機(jī)構(gòu)固定

2.3 大型岸橋搬遷系統(tǒng)

2.3.1 SPMT液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

大型岸橋搬遷系統(tǒng)采用SPMT，如圖9所示，SPMT作為運(yùn)輸載體，SPMT液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力全部由其動(dòng)力頭提供，車(chē)板本身不具備動(dòng)力單元，由安裝在動(dòng)力頭內(nèi)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及液壓泵作為液壓動(dòng)力輸出來(lái)源。對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，液壓油通過(guò)油路最終到達(dá)安裝在行走機(jī)構(gòu)上的液壓馬達(dá)內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)液壓油從泵——油路——馬達(dá)的過(guò)程，如圖10所示。

圖9 SPMT液壓模塊車(chē)圖

圖10 驅(qū)動(dòng)液壓原理圖

以某型號(hào)進(jìn)口SPMT為例，其PPU內(nèi)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)的液壓泵有4個(gè)，其中2個(gè)變量泵負(fù)責(zé)供給高壓液壓油至車(chē)板的變量馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)行走功能，當(dāng)軸線(xiàn)數(shù)量較少時(shí)也可單獨(dú)使用一個(gè)變量泵進(jìn)行供油。另外2個(gè)定量泵負(fù)責(zé)供給低壓液壓油，分別至負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)換向的進(jìn)給控制油路和負(fù)責(zé)變量馬達(dá)伺服控制的先導(dǎo)油路。

為了保證運(yùn)輸?shù)陌稑蛩椒较蛏鲜芰κ冀K保持在一個(gè)狀態(tài)，需要保證運(yùn)輸設(shè)備在水平方向上始終處于一個(gè)理想的靜止?fàn)顟B(tài)。垂直方向上要保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，需考慮車(chē)板及運(yùn)輸胎架的剛度，以及SPMT同步升降問(wèn)題。SPMT不同分組系統(tǒng)之間同步行走與同步升降，需保證多組系統(tǒng)之間保持相對(duì)靜止，不出現(xiàn)因分組不同步、錯(cuò)位帶來(lái)的水平力。對(duì)于精密設(shè)備的運(yùn)輸，采用SPMT多組系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，液壓伺服系統(tǒng)中的傳感器信號(hào)，經(jīng)過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)入同一電控系統(tǒng)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，再反饋回各個(gè)分組，實(shí)現(xiàn)整體同步控制。

2.3.2 搬遷系統(tǒng)運(yùn)輸特點(diǎn)

搬遷系統(tǒng)運(yùn)輸載體如圖11所示，SPMT液壓懸掛系統(tǒng)可根據(jù)道路的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)懸掛液壓缸的伸縮量，使每個(gè)輪胎所承受的載荷相同，對(duì)道路的通過(guò)性要求較低。SPMT每個(gè)液壓懸掛均帶獨(dú)立轉(zhuǎn)向裝置，轉(zhuǎn)向裝置的微電程序控制電磁比例閥，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸中液壓油，使得參與其中的各個(gè)輪軸均按微電程序中設(shè)定好的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，且每個(gè)輪軸設(shè)有角度傳感器，能夠監(jiān)控輪軸轉(zhuǎn)向角度。操控SPMT某個(gè)轉(zhuǎn)向模式，轉(zhuǎn)向模式控制所有液壓懸掛系統(tǒng)，將所有輪軸的回轉(zhuǎn)中心控制在同一點(diǎn)或與所有輪軸中心線(xiàn)平行，可在原地旋轉(zhuǎn)任意角度，靈活通過(guò)狹窄道路，如圖12所示。

圖11 岸邊集裝箱起重機(jī)搬遷系統(tǒng)運(yùn)輸布置圖

圖12 SPMT轉(zhuǎn)向模式

2.3.3 搬遷系統(tǒng)運(yùn)輸承載能力與穩(wěn)性計(jì)算

搬遷系統(tǒng)運(yùn)輸載體SPMT每軸線(xiàn)之間的液壓升降管路都配備了高壓球閥，可根據(jù)岸橋自重、重心位置和道路情況，在多組模塊車(chē)拼接時(shí)，將支撐系統(tǒng)分為3個(gè)、4個(gè)或更多個(gè)液壓支撐區(qū)域，以此來(lái)保證運(yùn)輸穩(wěn)性。

將所有的SPMT模塊車(chē)液壓編成4組，形成4點(diǎn)支撐，貨物的重心投影到4點(diǎn)形成的四邊形內(nèi)，如圖13所示，重心垂線(xiàn)與重心到4邊的連線(xiàn)形成4個(gè)夾角，且角度都必須要求大于7°。

圖13 岸邊集裝箱起重機(jī)運(yùn)輸穩(wěn)性圖

大型岸橋長(zhǎng)度152 m，寬度27 m，高度80.3 m，大型岸橋重量與運(yùn)輸框架總質(zhì)量1 795 t，總體重心X方向7.0 m，Y方向11 898 m，Z方向H=45.66 m。

運(yùn)輸時(shí)共使用72軸線(xiàn)SPMT，SPMT行駛高度1.5 m，質(zhì)量474 t，進(jìn)行液壓編組形成4個(gè)液壓支撐區(qū)域，其中A組18軸線(xiàn)，B組18 軸線(xiàn)，C 組18 軸線(xiàn)，C 組18 軸線(xiàn)。將這4個(gè)液壓分組中心記為A、B、C、D點(diǎn)。

計(jì)算結(jié)果：最大單軸線(xiàn)載荷31.5 t；最小穩(wěn)性角8.8°。SPMT小車(chē)單軸最大載荷為31.5 t ＜ 額定載荷40 t，穩(wěn)性角最小為 8.8°＞7°，故搬遷系統(tǒng)運(yùn)輸計(jì)算結(jié)果表明設(shè)計(jì)是安全的[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)大型岸橋的場(chǎng)內(nèi)搬遷挑梁和SPMT技術(shù)和工藝進(jìn)行了分析和計(jì)算，并以某岸橋搬遷為例，對(duì)大型岸橋場(chǎng)內(nèi)搬遷挑梁和SPMT技術(shù)和工藝進(jìn)行了實(shí)踐操作，圓滿(mǎn)完成了大型岸橋的場(chǎng)內(nèi)搬遷工作，為此類(lèi)大型岸橋的場(chǎng)內(nèi)搬遷提供技術(shù)和實(shí)踐的參考依據(jù)。