一種在狹窄空間條件下運(yùn)行的重型搬運(yùn)就位設(shè)備的研制

唐曉兵

（四川東方物流有限公司，四川 自貢 643000）

1 概述

山區(qū)橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)平地少，許多地方都比較狹窄，要開(kāi)挖出一塊平地成本高，環(huán)保要求嚴(yán)格控制開(kāi)挖規(guī)模。許多地方因地制宜，在橋位附近修建臨時(shí)廠房，場(chǎng)內(nèi)物流通道等級(jí)低，這就對(duì)搬運(yùn)設(shè)備功能、性能提出了更高要求。要求搬運(yùn)設(shè)備地面適應(yīng)能力強(qiáng)，可原地90度轉(zhuǎn)向，且90度轉(zhuǎn)向后穩(wěn)定性要好，設(shè)備自身能夠升降，承載能力要強(qiáng)。

目前國(guó)內(nèi)可供選擇的方案有幾種，一種是帶動(dòng)力的液壓掛車SPMT（self-propelled modular transporter）自行式模塊運(yùn)輸車，也稱自行式液壓平板車，這種車單臺(tái)車轉(zhuǎn)90度后橫向穩(wěn)定性變差，如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)車輛橫向行駛穩(wěn)定性變化圖

配上大功率動(dòng)力單元模塊，整個(gè)車組也較長(zhǎng)，一般是兩臺(tái)車成組使用，對(duì)場(chǎng)地空間要求也較高，使用成本高。

二是針對(duì)橋梁施工等大型構(gòu)建運(yùn)輸專門開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的運(yùn)梁車，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能，其使用的施工場(chǎng)景各不相同，一般情況下其通用性比較強(qiáng)，但其不能滿足一些特殊場(chǎng)景大型物件的轉(zhuǎn)運(yùn)工作。

三是自身不帶動(dòng)力的液壓掛車，需要牽引車對(duì)其進(jìn)行牽引，與牽引車配套才能使用。配上牽引車，整個(gè)車組長(zhǎng)度增加，不能橫向行駛，對(duì)作業(yè)場(chǎng)地空間要求較高，使用條件受限，實(shí)際施工中基本不被采用。

四是基于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件和使用工況，有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)研制專用搬運(yùn)設(shè)備，滿足一些特殊施工條件下的作業(yè)需求，搬運(yùn)設(shè)備需同時(shí)具備運(yùn)梁車和SPMT車的部分功能。本文介紹的是第四種情況下重型搬運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)。

2 設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)輸入條件

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工條件和使用要求，篩選出該設(shè)備應(yīng)具備的一些基本性能，據(jù)此采用的一些設(shè)計(jì)思路綜合分析如下：

（1）一般狹窄的施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距短，搬運(yùn)速度要求不高，速度對(duì)需求的影響不敏感，整個(gè)設(shè)備動(dòng)力配置功率選擇可以降低。

（2）承載平臺(tái)連同走行模塊可升降，走行模塊能90度轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向90度后運(yùn)行穩(wěn)定性不能低于縱向行駛工況時(shí)的穩(wěn)定性。

（3）整個(gè)搬運(yùn)設(shè)備外廓尺寸盡可能小，滿足在狹窄空間內(nèi)作業(yè)的要求。

（4）整個(gè)設(shè)備采用模塊結(jié)構(gòu)，需要有較強(qiáng)的抗扭和對(duì)高低路面的適應(yīng)能力，更換承載模塊后可以提高能力。

（5）傳動(dòng)方式采用靜液壓傳動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)，便于各模塊間，模塊與承載平臺(tái)間相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)動(dòng)力的傳遞。

（6）輪軸的輸出扭矩要滿足最大坡道行駛要求，且有一定的裕量。運(yùn)行中制動(dòng)力滿足現(xiàn)場(chǎng)工況要求。

（7）選用的零部件以目前汽車，掛車的通用部件為主，互換性和成本可以兼顧。

3 設(shè)備的結(jié)構(gòu)功能及主要技術(shù)參數(shù)

3.1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)

設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由承載平臺(tái)、中支承模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、動(dòng)力機(jī)組液壓站、液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 搬運(yùn)設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖

驅(qū)動(dòng)模塊和中支承模塊由重型車輛的車橋、車輛板簧懸掛系統(tǒng)和焊接鋼梁組成，多模板簧懸掛塊結(jié)構(gòu)能滿足工地復(fù)雜路況的要求，承載平臺(tái)與各模塊間采用銷套定位，在設(shè)備承載平臺(tái)上裝有四只升降油缸實(shí)現(xiàn)承載平臺(tái)的升降。在驅(qū)動(dòng)模塊上裝有低速大扭矩液壓馬達(dá)和轉(zhuǎn)向油缸的作用端，驅(qū)動(dòng)采用靜液壓傳動(dòng)，啟動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模塊中的車橋在大扭矩作用下低速微動(dòng)。

3.2 各系統(tǒng)的功能

承載平臺(tái)起到連接各模塊和系統(tǒng)的作用，是整個(gè)設(shè)備的骨架，也是整個(gè)設(shè)備連同貨物升降的載體。中支承模塊承擔(dān)貨物的大部分重力，并在90度轉(zhuǎn)向后為整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性提供保障。驅(qū)動(dòng)模塊為設(shè)備走行提供牽引力并執(zhí)行轉(zhuǎn)向油缸給定的轉(zhuǎn)向動(dòng)作同時(shí)還承擔(dān)部分貨物重力。動(dòng)力系統(tǒng)依靠柴油機(jī)提供的源動(dòng)力，為整個(gè)設(shè)備提供一定壓力的液壓油和壓縮空氣，作為系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)執(zhí)行環(huán)節(jié)的動(dòng)力源輸入。液壓系統(tǒng)承擔(dān)液壓油從油箱開(kāi)始到壓力建立，傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最后回流到油箱的全過(guò)程控制。升降系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備連同貨物的升降及在中間某個(gè)位置的停留。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行靜止?fàn)顟B(tài)下90度轉(zhuǎn)向及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下±15°的轉(zhuǎn)向。制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備從運(yùn)動(dòng)到靜止?fàn)顟B(tài)或使設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)的保持。

3.3 主要技術(shù)參數(shù)

自重：約12 000kg；

外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：8 600×3 230×1 470mm；

柴油機(jī)功率：47kW

運(yùn)行速度：約8m/min；

單只頂升油缸頂升推力：700 000kN；

運(yùn)梁車額定承載質(zhì)量：100 000kg；

輪軸輸出最大扭矩：33 750N·m；

最大轉(zhuǎn)向角度：±15°（動(dòng)態(tài)）/90°（靜止起升狀態(tài)）

允許最大坡道：10%；

最小轉(zhuǎn)彎半徑：16m（動(dòng)態(tài)）。

4 設(shè)備工作原理

4.1 貨物裝卸

貨物需要搬運(yùn)轉(zhuǎn)移時(shí)，設(shè)備運(yùn)行到貨物下部，找正位置，起升升降油缸，移開(kāi)貨物支墊物，起升油缸下降直到設(shè)備輪胎完全觸地受力。設(shè)備連同貨物移動(dòng)到目標(biāo)位置，重復(fù)前面順序相反的動(dòng)作，則可卸下貨物。

4.2 縱、橫向運(yùn)行

設(shè)備在模塊縱向定位狀態(tài)下，液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)充油，驅(qū)動(dòng)車橋，設(shè)備向前行駛；改變液壓馬達(dá)充油方向，液壓馬達(dá)反向輸出扭矩，設(shè)備向后行駛。

橫向運(yùn)行時(shí)，各模塊回轉(zhuǎn)90度后定位鎖緊，馬達(dá)充油旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)車軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備連同貨物的運(yùn)動(dòng)。

4.3 轉(zhuǎn)向

在設(shè)備縱向運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)向油缸充油，油缸推動(dòng)前后驅(qū)動(dòng)模塊呈“八”字形轉(zhuǎn)向狀態(tài)，中支承模塊隨動(dòng)轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的轉(zhuǎn)向運(yùn)行；改變油缸充油方向，轉(zhuǎn)向原理同前，實(shí)現(xiàn)設(shè)備向另一方向轉(zhuǎn)向。如圖3所示。

圖3 搬運(yùn)設(shè)備轉(zhuǎn)向原理圖

當(dāng)設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，起升油缸向上升起，設(shè)備連同貨物被頂升離開(kāi)地面，轉(zhuǎn)向油缸充油，使下部模塊轉(zhuǎn)向90度，鎖緊中支承定位銷軸，升降油缸下降，模塊輪胎觸地受力，控制兩端驅(qū)動(dòng)模塊的行駛速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備橫向行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向或橫向移動(dòng)。

4.4 設(shè)備運(yùn)行制動(dòng)

由于設(shè)備下部模塊采用了重型汽車大速比驅(qū)動(dòng)橋和重型掛車的承載橋，整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)用了汽車制動(dòng)系統(tǒng)的原理，采用相關(guān)部件，制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)力源提供的壓縮空氣進(jìn)行制動(dòng)。

5 廠內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

設(shè)備制造完成后在公司內(nèi)進(jìn)行了場(chǎng)地模擬試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)消缺后投入了施工現(xiàn)場(chǎng)的使用，從使用效果看，滿足了現(xiàn)場(chǎng)的使用要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。現(xiàn)場(chǎng)使用情況如圖4所示。

圖4 搬運(yùn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖

6 結(jié)論

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)要求和作業(yè)條件情況，有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)研制的重型貨物搬運(yùn)設(shè)備滿足了現(xiàn)場(chǎng)使用要求，設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)一年多的使用驗(yàn)證，該設(shè)備達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，受到用戶好評(píng)，解決了西南山區(qū)橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄條件下重型貨物搬運(yùn)的難題，為狹窄條件下重型物件的搬運(yùn)給出了新的解決方案和路徑。降低了施工單位臨時(shí)施工場(chǎng)地的開(kāi)挖建設(shè)工作量，對(duì)保持水土流失，植被和環(huán)境保護(hù)起到了一定的作用，同時(shí)還可以降低建設(shè)單位的施工作業(yè)成本。

本設(shè)備根據(jù)需求還可以進(jìn)一步的改進(jìn)，對(duì)模塊進(jìn)行改進(jìn)后，搬運(yùn)設(shè)備的搬運(yùn)重量還有提升空間，轉(zhuǎn)彎半徑還可以減小，根據(jù)需求條件和工況要求也可用于其他類似的工作場(chǎng)景。