基于自行式模塊運(yùn)輸車的履帶起重機(jī)運(yùn)輸工藝設(shè)計(jì)與分析

王 蒙

海洋石油工程（青島）有限公司 青島 266520

0 引言

履帶起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱履帶吊）的優(yōu)點(diǎn)是吊裝能力強(qiáng)，載重能力大，可以負(fù)重行走，穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)是行駛速度慢，拆裝麻煩。在大型工廠廠區(qū)內(nèi)工作，不能在公共道路上行走。

履帶吊的轉(zhuǎn)場(chǎng)一般分為長(zhǎng)距離運(yùn)輸和短距離運(yùn)輸2類。長(zhǎng)距離運(yùn)輸是指不同區(qū)域之間的轉(zhuǎn)場(chǎng)，需要將履帶吊拆卸成若干個(gè)部件，采用貨運(yùn)卡車分別運(yùn)輸至新場(chǎng)地后再進(jìn)行組裝；短距離運(yùn)輸是指同一廠區(qū)、臨近廠區(qū)之間的轉(zhuǎn)場(chǎng)，傳統(tǒng)的履帶吊短距離運(yùn)輸依靠自身行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行，由于其行駛速度慢的缺點(diǎn)，該項(xiàng)轉(zhuǎn)場(chǎng)耗費(fèi)時(shí)間很長(zhǎng)。

自行式模塊運(yùn)輸車（SPMT）可應(yīng)用于重、大、高、異型結(jié)構(gòu)物的運(yùn)輸，其優(yōu)點(diǎn)主要是可自由拼接、運(yùn)行靈活、同步性好、能自動(dòng)對(duì)路面情況做出補(bǔ)償、載重量大等。基于其諸多的優(yōu)點(diǎn)，研究基于自行式模塊運(yùn)輸車的履帶吊整體運(yùn)輸工藝。即在不拆卸履帶吊的情況下，利用自行式模塊運(yùn)輸車將履帶吊整體馱運(yùn)運(yùn)輸，應(yīng)用于同一廠區(qū)、臨近廠區(qū)的短距離運(yùn)輸作業(yè)，大幅提高履帶吊的轉(zhuǎn)場(chǎng)效率。

1 通用工裝制作

SPMT托運(yùn)貨物的一個(gè)特點(diǎn)是自裝自卸。裝車時(shí)，采用SPMT車板主動(dòng)起升的方式逐步承受被運(yùn)物質(zhì)量；卸車時(shí)，采用SPMT車板主動(dòng)下降的方式完成被運(yùn)物質(zhì)量轉(zhuǎn)移，應(yīng)盡量避免使用吊機(jī)直接將被運(yùn)物吊至/吊離SPMT車板的作業(yè)方式。因此，利用SPMT將履帶吊整體馱運(yùn)運(yùn)輸，需要先通過(guò)輔助工裝將履帶吊抬升地面一定距離，SPMT行駛至履帶吊下部，然后托起履帶吊進(jìn)行運(yùn)輸。

輔助工裝應(yīng)具有通用性，即用于SPMT整體托運(yùn)運(yùn)輸履帶吊的輔助工裝應(yīng)滿足廠區(qū)內(nèi)不同履帶吊的應(yīng)用，不受履帶吊規(guī)格的限制。

輔助工裝包含2個(gè)輔助平臺(tái)和2個(gè)輔助斜坡。輔助平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，輔助斜坡結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。平臺(tái)為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度和寬度分別不小于履帶吊的履帶長(zhǎng)度及寬度，高度H設(shè)置為900 mm左右（為SPMT預(yù)留進(jìn)車空間）。斜坡寬度等同于平臺(tái)寬度，較高的一端與平臺(tái)高度相同。平臺(tái)及斜坡的材質(zhì)不限，但要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠支撐整個(gè)履帶吊。

圖1 輔助平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 輔助斜坡結(jié)構(gòu)示意圖

2 工藝實(shí)施流程

1）按照前文所述預(yù)制2個(gè)輔助平臺(tái)和2個(gè)輔助斜坡；

2）在廠區(qū)內(nèi)一處較開闊且平坦區(qū)域并排擺放2個(gè)輔助平臺(tái)和輔助斜坡，如圖3所示。輔助平臺(tái)和輔助斜坡縱向并排擺放，2組之間的中心距L等于履帶吊2條履帶的中心距離，斜坡較高的一端與平臺(tái)緊貼；

圖3 輔助平臺(tái)及輔助斜坡擺放示意圖

3）在輔助斜坡上放置一些橡膠皮或者薄墊木用于防滑，并將履帶吊通過(guò)輔助斜坡行駛至輔助平臺(tái)上，如圖4所示。吊機(jī)爬坡之前，將起重吊臂回轉(zhuǎn)系統(tǒng)鎖死，待履帶吊履帶全部行駛至輔助平臺(tái)上之后，制動(dòng)并關(guān)停發(fā)動(dòng)機(jī)；

圖4 履帶吊通過(guò)斜坡行駛上平臺(tái)示意圖

4）在SPMT車板上鋪設(shè)墊木，保持SPMT車板高度H1并將SPMT行駛至履帶吊上車基座下方位置，如圖5、圖6所示，此時(shí)SPMT車板與履帶吊上車基座不接觸，履帶吊的質(zhì)量在輔助平臺(tái)上；

圖5 SPMT進(jìn)車前示意圖

圖6 SPMT進(jìn)車后示意圖

5）提升SPMT車板高度至H2，使得履帶吊履帶完全脫離輔助平臺(tái)，此時(shí)整個(gè)履帶吊的質(zhì)量從輔助平臺(tái)轉(zhuǎn)移至SPMT上，如圖7所示；

圖7 SPMT車板抬升后示意圖

6）保持SPMT車板高度H2并行駛SPMT，由SPMT馱運(yùn)履帶吊至新場(chǎng)地，如圖8所示；

AP算法通過(guò)迭代更新各點(diǎn)的吸引度和歸屬度值，直到產(chǎn)生多個(gè)質(zhì)量較高的聚類中心，并把余下的數(shù)據(jù)點(diǎn)歸類到相應(yīng)的聚類中.由于參數(shù)更新在聚類時(shí)易產(chǎn)生震動(dòng)，因此需引入阻尼系數(shù)damp進(jìn)行收斂，即：

圖8 SPMT托運(yùn)履帶吊轉(zhuǎn)場(chǎng)示意圖

7）待運(yùn)輸履帶吊至新場(chǎng)地之后，按照2）的要求，在新場(chǎng)地布置輔助平臺(tái)和輔助斜坡；

8）SPMT托運(yùn)履帶吊行駛至2個(gè)輔助平臺(tái)之間，降低SPMT車板高度至H1并撤出，此時(shí)整個(gè)履帶吊的質(zhì)量從SPMT轉(zhuǎn)移至輔助平臺(tái)上；

9）將履帶吊通過(guò)輔助斜坡行駛至新場(chǎng)地的地面上，完成整個(gè)轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸施工作業(yè)；

該工藝流程在不拆卸履帶吊的情況下，將履帶吊通過(guò)輔助斜坡行駛至輔助平臺(tái)上，將載有墊木的SPMT行駛至履帶吊下方，頂起履帶吊，運(yùn)輸至新場(chǎng)地，再撤出SPMT，完成履帶吊的轉(zhuǎn)場(chǎng)。能夠解決履帶吊依靠自身行駛系統(tǒng)爬行轉(zhuǎn)場(chǎng)工期長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題，大幅度縮短履帶吊運(yùn)輸工期，節(jié)省費(fèi)用支出。

3 工藝實(shí)施分析

SPMT運(yùn)輸履帶吊作業(yè)時(shí)，為確保安全性，需要保證SPMT軸載利用率、各懸掛支撐組壓力差、運(yùn)輸穩(wěn)定性及車板強(qiáng)度滿足作業(yè)要求。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及參數(shù)

以LIEBHERR 1400/K2 履帶吊、SCHEUERLE 4代SPMT為實(shí)例對(duì)工藝實(shí)施進(jìn)行分析。其中LIEBHERR 1400/K2 履帶吊主臂為70 m、桅桿為28 m、主臂角度為50°、車體配重43 t、起重機(jī)配重135 t，通過(guò)LIEBHERR自身軟件計(jì)算得知自重340 t；SCHEUERLE 4代SPMT輪胎為空心胎，額定軸載40 t，單個(gè)PPU自重7.2 t，車板自重4 t/軸線。

圖9 SPMT 與履帶吊相對(duì)位置及履帶吊重心示意圖

3.2 支撐方式選擇

SPMT懸掛支撐方式的選擇需要考慮被運(yùn)輸結(jié)構(gòu)物情況及SPMT本身情況，最常見的支撐方式有三點(diǎn)支撐及四點(diǎn)支撐。

三點(diǎn)支撐與四點(diǎn)支撐的對(duì)比如表1所示。

表1 三點(diǎn)支撐方式與四點(diǎn)支撐方式對(duì)比

三點(diǎn)支撐能形成一個(gè)確定的支撐系統(tǒng)，優(yōu)先使用三點(diǎn)支撐進(jìn)行運(yùn)輸。考慮到施工場(chǎng)地地面不平、履帶吊本身剛性較大且重心不高，此處運(yùn)輸履帶吊選擇三點(diǎn)支撐方式。使用2掛10軸線車板，2個(gè)PPU，分組方式為：Group1-6軸線、Group2-7軸線、Group3-7軸線。三點(diǎn)支撐的分組示意圖見圖10。

圖10 SPMT運(yùn)輸履帶吊三點(diǎn)支撐分組示意圖

3.3 軸載利用率

SPMT 運(yùn)輸時(shí)，任意分組內(nèi)靜態(tài)軸載與動(dòng)態(tài)軸載之和不得大于額定軸載，靜態(tài)軸載利用率不得大于額定軸載的80%。動(dòng)態(tài)軸載計(jì)算時(shí)考慮重心偏移（X、Y、Z三個(gè)方向150 mm偏移）、風(fēng)載荷（風(fēng)速為15 m/s）、路面傾斜（橫向、縱向?yàn)?.1°傾斜）、行駛加速度、轉(zhuǎn)向離心力等因素。其中運(yùn)輸過(guò)程中SPMT啟停所造成的加速度及減速度，設(shè)計(jì)值為0.15 m/s2。轉(zhuǎn)向時(shí)運(yùn)行速度為0.5 km/h，轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)盡可能大。

按照上述設(shè)置條件，對(duì)SPMT馱運(yùn)履帶吊進(jìn)行軸載利用率計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2～表4所示。軸載利用率最大為55.94%，小于80%，滿足作業(yè)要求；各分組軸載壓力差最大為2.2 t，滿足作業(yè)要求。

表2 SPMT運(yùn)輸履帶吊重心信息計(jì)算結(jié)果

表3 SPMT運(yùn)輸履帶吊軸載信息計(jì)算結(jié)果

表4 SPMT運(yùn)輸履帶吊穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3.4 運(yùn)輸穩(wěn)定性

SPMT運(yùn)輸時(shí)，履帶吊的有效荷載重心必須位于傾覆線以內(nèi)，當(dāng)有效荷載的重心位于傾覆線以外時(shí)，會(huì)發(fā)生傾覆的危險(xiǎn)。為保證安全，工藝實(shí)施時(shí)，要求最小動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角不得小于7°。其中動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角的計(jì)算考慮重心偏差、風(fēng)載荷、路面傾斜等因素。

三點(diǎn)支撐動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角示意如圖11所示。其中，G為被運(yùn)輸結(jié)構(gòu)物虛擬重心；G′為G在水平面內(nèi)的投影；1、2、3分別為SPMT懸掛支撐中心，其之間的連線為傾覆線；α、β、γ為穩(wěn)定角。

圖11 三點(diǎn)支撐動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角示意

按照上述設(shè)置條件，對(duì)SPMT馱運(yùn)履帶吊進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角最小為8.04°，滿足大于7°的作業(yè)要求。

3.4 SPMT車板強(qiáng)度

原則上需要對(duì)SPMT車板承受的彎矩及剪力情況進(jìn)行核算，SPMT車板承受的各項(xiàng)載荷應(yīng)在車板可承受的許可范圍之內(nèi)。此外，也可根據(jù)SCHEUERLE 4代SPMT的使用說(shuō)明書對(duì)車板強(qiáng)度是否滿足作業(yè)要求進(jìn)行校核。使用說(shuō)明書中對(duì)車板上支撐點(diǎn)的位置要求見圖12和表5。

圖12 SPMT車板上支持點(diǎn)位置示意

表5 SPMT車板上支持點(diǎn)位置要求

SPMT運(yùn)輸履帶吊時(shí)，由圖8可以得出Amax和Bmax分別是4.6 m和3.1 m，由表2可以得出最大軸載荷為22.4 t，小于30 t。對(duì)比表3，可知4.6＜8 m，3.1＜18 m，滿足說(shuō)明書要求，可以認(rèn)為車板強(qiáng)度滿足運(yùn)輸作業(yè)要求。

3.5 履帶吊的捆扎

為進(jìn)一步保證運(yùn)輸作業(yè)安全，SPMT車板高度提升至與履帶吊接觸后，需要將履帶吊與SPMT進(jìn)行捆扎固定。在進(jìn)行捆扎設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮車輛的加速度、地面坡度及風(fēng)載荷等因素的影響。每掛車板捆扎機(jī)具產(chǎn)生的力的方向盡量對(duì)稱。捆扎裝置最大拉力不得超過(guò)車板捆扎點(diǎn)許可拉力值。宜使用鏈條將履帶吊和車板捆扎在一起。

4 小結(jié)

本文將廣泛應(yīng)用于大型工廠和大型工程的運(yùn)輸設(shè)備SPMT和起重設(shè)備履帶吊聯(lián)系起來(lái)，闡述了一種基于自行式模塊運(yùn)輸車的履帶吊運(yùn)輸工藝。并選定LIEBHERR 1400/K2 履帶吊、SCHEUERLE 4代SPMT為實(shí)例，對(duì)SPMT的編點(diǎn)分組支撐方式、軸載利用率、運(yùn)輸穩(wěn)定性、車板強(qiáng)度、車輛捆扎等方面進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證，證明了此運(yùn)輸工藝安全可行。此工藝解決了履帶吊傳統(tǒng)運(yùn)輸方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題。