PD40附壁自爬升式橋梁鋼塔安裝起重機(jī)

周 罡

武橋重工集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 武漢 430056

0 引言

我國橋梁高塔安裝施工多采用塔式起重機(jī)節(jié)段吊裝方案。當(dāng)塔高偏高、單塔節(jié)質(zhì)量過大時，仍采用塔式起重機(jī)進(jìn)行吊裝施工會使設(shè)備制造和租賃成本非常高。目前，國內(nèi)塔式起重機(jī)額定起重量能達(dá)到200 t以上的非常少，設(shè)備制造和租賃費用都非常高，能同時滿足起重量大、幅度大的塔式起重機(jī)更是屈指可數(shù)?；诖耍环N滿足鋼塔節(jié)段吊裝的附壁自爬升式起重機(jī)正好滿足了這種需求。PD40附壁自爬升式橋梁鋼塔安裝起重機(jī)（見圖1）不僅很好地滿足了施工需要，并可大大節(jié)省起重設(shè)備成本，也為同類爬塔起重機(jī)的研發(fā)提供有力技術(shù)支撐。

圖1 PD40附壁自爬升式起重機(jī)

1 PD40附壁自爬升式起重機(jī)主要功能及性能參數(shù)

PD40附壁自爬升式橋梁鋼塔安裝起重機(jī)通過布置在主塔順橋向塔身的2排軌道，借助步履式頂升系統(tǒng)來實現(xiàn)起重機(jī)沿塔身升降功能。在吊裝鋼塔節(jié)段時，主梁前端支腿與塔節(jié)段錨固聯(lián)接，起重機(jī)頂部起升機(jī)構(gòu)通過步履頂推系統(tǒng)滑移到主梁懸臂端取梁區(qū)，在高塔橫橋向外側(cè)取梁。起升機(jī)構(gòu)將塔節(jié)段提升到安裝高度后，縱移退回到鋼塔安裝區(qū)范圍內(nèi)，通過起升機(jī)構(gòu)的縱、橫移操作，配合鋼塔自身導(dǎo)向定位裝置，精確調(diào)整鋼塔節(jié)段安裝位，進(jìn)行塔節(jié)段的安裝定位施工。

該起重機(jī)的主要性能參數(shù)為：額定起重量40 t，起重機(jī)速度（空載/滿載）5/2.5 m/min，自爬升速度1.5 m/min，最大起升高度100 m，設(shè)備自重95 t，裝機(jī)功率81.5 kW。

2 PD40附壁自爬升式起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)及特點

如圖2所示，PD40附壁自爬升式鋼塔安裝起重機(jī)主要由軌道系統(tǒng)、爬架、主梁、起升機(jī)構(gòu)、前支腿、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成；金屬結(jié)構(gòu)的主材采用Q345B；起重機(jī)爬架通過頂升座與軌道系統(tǒng)連接，爬架頂部和主梁尾部之間通過2根銷軸、2組法蘭連接；主梁上2根主縱梁上設(shè)置頂推軌道。起升機(jī)構(gòu)2支腿橫梁置于主縱梁軌道面，在液壓缸作用下沿縱梁方向移動。主縱梁底部設(shè)置前支腿，前支腿在電動推桿作用下可沿主縱梁方向移動。

圖2 PD40附壁自爬升式起重機(jī)總裝示意圖

2.1 軌道系統(tǒng)

如圖3所示，軌道系統(tǒng)由2排3 m×3 m標(biāo)準(zhǔn)軌道、爬架頂升座、液壓缸座、導(dǎo)向座、頂升液壓缸等組成。2排3 m×3 m標(biāo)準(zhǔn)軌道間距為1.5 m，與塔壁上的錨固座通過高強(qiáng)螺栓連接。錨固座端面上開設(shè)剪力孔，軌道底部設(shè)置剪力塊，傳遞剪力。爬架與爬架頂升座之間通過高強(qiáng)螺栓連接，爬架端面上設(shè)置剪力孔，頂升座端面設(shè)置剪力軸，傳遞剪力。液壓缸座、爬架頂升座與標(biāo)準(zhǔn)軌道之間通過插拔銷連接。爬架上升時，液壓缸座與軌道之間插拔銷將液壓缸座鎖定，頂升座與軌道之間插拔銷退出，頂升液壓缸在油壓作業(yè)下推動頂升座上升從而帶動起重機(jī)上移。頂升液壓缸活塞桿伸出1個全行程后，頂升座與軌道之間插拔銷插入，將頂升座鎖定，液壓缸座與軌道之間插拔銷退出，頂升液壓缸在油壓作業(yè)下拉動頂升座上移。此后，往復(fù)上述動作，推動起重機(jī)步履上移。

圖3 軌道系統(tǒng)三維示意圖

2.2 爬架和前支腿

爬架是起重機(jī)爬升工況的主要傳力結(jié)構(gòu)件，前支腿則是鋼塔節(jié)段吊裝工況的主要承力結(jié)構(gòu)件。爬架上設(shè)有上下通道和多層工作平臺，便于液壓缸座、爬架頂升座的維護(hù)。

爬架上方設(shè)有2處耳軸座和2處法蘭座，用于和主梁的連接。這種設(shè)計的原因在于鋼塔中部有一段鋼混過渡段，此區(qū)域有一段曲率變化區(qū)間，吊裝鋼塔節(jié)段時需提前松開2處法蘭座螺栓，通過操作前支腿液壓缸將此處法蘭間的墊塊抽出，待主梁姿態(tài)調(diào)整至水平狀態(tài)后螺栓恢復(fù)。

前支腿通過反鉤機(jī)構(gòu)倒掛在主梁底部，在電動推桿作用下可沿主縱梁前后移動。前支腿橫梁兩側(cè)底部各設(shè)置帶機(jī)械鎖的支頂液壓缸，并通過4根銷軸與鋼塔塔壁之間錨固座連接。當(dāng)鋼塔節(jié)段吊裝時，前支腿液壓缸可方便地與錨固座銷接；當(dāng)起重機(jī)爬升時，支腿液壓缸也可方便地與錨固座脫開。

2.3 主梁和起升機(jī)構(gòu)

主梁為箱形梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)剛度較大。主縱梁尾部分別通過銷軸、法蘭與爬架連接，主縱梁頂部設(shè)有起升機(jī)構(gòu)滑移軌道。起升機(jī)構(gòu)為典型的門式起重機(jī)機(jī)構(gòu)，與傳統(tǒng)軌道式門式起重機(jī)不同，起升機(jī)構(gòu)大車行走為液壓缸步履式。起升機(jī)構(gòu)底部設(shè)置導(dǎo)向和反鉤裝置，可確保整機(jī)高空作業(yè)具有很高的安全穩(wěn)定性。

3 關(guān)鍵技術(shù)

1）液壓缸多點同步頂升

起重機(jī)上共設(shè)置了4組頂升液壓缸，每支液壓缸上均內(nèi)置自帶4～20 mA模擬量輸出的位移傳感器。PLC可根據(jù)液壓缸上每支位移傳感器信號，采用PID算法，通過對電液比例換向閥供油量的控制，對各液壓缸的絕對位移進(jìn)行實時調(diào)整，并對4支液壓缸之間的相對位移進(jìn)行閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)一個600 mm行程內(nèi)0.2 mm的精度控制。

2）軌道系統(tǒng)插拔銷高精度自動對孔

實現(xiàn)高精度自動對銷功能的關(guān)鍵要在于：軌道自身的機(jī)加工精度、銷孔的加工精度和銷孔群的位置精度必須得到保證；軌道在鋼塔上的安裝精度必須得到保證，安裝軌道時應(yīng)首先將軌道與錨固座連接，并通過臨時匹配件加固，最后整體定位軌道；在爬升過程中，液壓缸座和爬架頂升座存在力的體系轉(zhuǎn)換，故插拔銷進(jìn)出時都必須處于卸力狀態(tài)。

3）爬升過程的安全保障

起重機(jī)上所有4組液壓缸座和4組爬架頂升座均設(shè)置液壓缸驅(qū)動的插拔銷。PLC通過設(shè)置的行程開關(guān)識別每個插拔銷是否全伸或全縮，該開關(guān)信號受控于PLC，并作為爬升動作的與門信號，從而確保整機(jī)安全。

4）吊重超限控制

起升機(jī)構(gòu)支腿橫梁和前支腿上均設(shè)置拉線式位移傳感器，卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)上設(shè)置稱重傳感器。PLC根據(jù)上述位置和荷載信號獲取荷載的實際力矩信息，并與整機(jī)吊重工況下的Ansys理論計算模型庫文件數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而實現(xiàn)力矩超載限動控制。

4 結(jié)束語

PD40附壁自爬升式鋼塔安裝起重機(jī)在福安棲云大橋的成功應(yīng)用，填補(bǔ)了國內(nèi)同類鋼塔安裝施工法的空白，相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的成功應(yīng)用也給同類起重機(jī)的研發(fā)提供了有力的技術(shù)支撐。