挑梁和SPMT技術在大型岸橋搬遷過程中的應用

陳文衛 丁文華 肖承潔

1上海振華重工（集團）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務的快速增加，港口碼頭集裝箱港機設備的需求量日益增長，加快了現有大型集裝箱港機設備的改造搬遷升級和整合。近幾年來港口碼頭對大型岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）設備的需求不斷增加，碼頭現有的設備搬遷和升級改造業務也不斷增加。而重達千噸以上的大型岸橋設備的場內搬遷成了難題，海上起重浮吊和路上重型設備無法完成，需要采用多種技術工藝手段相結合來解決。對大型岸橋的頂升、轉場、落軌工作提出了較高的工藝技術要求，并對大型岸橋設備搬遷的通用性和安全性提出新的挑戰。本文研發的大型岸橋場內搬遷關鍵工藝技術有效地解決了此難題，并在多個大型港口碼頭場內搬遷中得到應用。在總結大型岸橋場內搬遷的技術、設備、設計經驗的基礎上，形成了模塊車、頂升、轉場、落軌和桁架挑梁結構等關鍵技術。

1 大型岸橋場內搬遷解決方案

可伸縮頂升專用桁架挑梁和SPMT系統是實現大型岸橋場內搬遷的關鍵技術，承載整個岸橋自重載荷、風載產生的傾覆力矩，和岸橋在場內搬遷過程中因場地不平整而產生的沖擊載荷。因此針對大型岸橋場內搬遷的實際需求，研發了大型岸橋場內搬遷關鍵技術，包括：挑梁桁架結構、可伸縮桁架挑梁、模塊化裝配技術、SPMT（液壓模塊車）技術和控制系統多點同步技術等，并成功在某港口多個大型岸橋的場內搬遷工作，如圖1所示。

圖1 大型岸橋的場內搬遷

大型岸橋場內搬遷所使用的模塊化SPMT與常規的岸橋搬遷系統相比，采用SPMT搬遷系統自帶獨立的柴油機驅動，與岸橋相對獨立，可在不同工程岸橋上多次安裝使用。SPMT搬遷系統可共用一套控制系統，多動力系統可拆分獨立控制。SPMT搬遷系統可作為單獨系統從一碼頭移動到另一碼頭，與其他搬遷系統無關。SPMT搬遷系統采用柴油，工作環境幾乎不受影響，可搬運各類岸橋，也可移動安裝到環境較差野外陸地上使用。SPMT搬遷系統采用多個小功率柴油機提供動力,功率略低，使用成本略高、污染略高。

2 案例

某碼頭4臺岸橋搬遷項目，搬遷工程的岸橋質量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，沿海風速大，且岸橋已經使用一段時間，工況和結構都和新機差別較大，為岸橋的場內搬遷增加了難度。

2.1 挑梁桁架結構設計分析

如圖2所示，大型岸橋場內搬遷系統采用了頂升專用挑梁桁架結構，挑梁桁架采用模塊化裝配，四點分段，每段桁架質量不超過40 t，長度5 m、寬度2.2 m，高度3.65 m，長寬高和質量均符合平板車承載載荷和交通運輸要求。標準模塊化桁架結構使桁架結構能快速、高效、安全地運抵搬遷現場，實現快速安裝和拆卸的要求。

圖2 大型岸橋場內搬遷系統挑梁桁架布置圖

2.1.1 頂升專用挑梁桁架結構模塊化裝配方式

頂升專用挑梁桁架結構以桁架中心為基點，四點分段，使桁架在岸橋自重和風載下對頂升專用挑梁桁架中部作用力最小。分段點采用對稱分布，使岸橋重力和風載作用力有效傳遞到頂升專用挑梁桁架兩端，頂升專用挑梁桁架中間部分不承受岸橋自重和風載荷，只起到傳遞彎矩和聯接作用。提高了頂升專用挑梁桁架的穩定性，頂升專用挑梁桁架銷軸裝配部分如圖3所示。

圖3 頂升專用挑梁桁架銷軸裝配

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

2.1.2 頂升專用挑梁桁架結構可伸縮中梁

由于岸橋的長期使用，海陸側下橫梁產生變形，常規的挑梁結構無法準確對位，造成偏載，無法確保岸橋在搬遷過程中的安全。而頂升專用挑梁桁架結構的兩端部采用了可伸縮中梁，如圖4所示，利用電動推桿使挑梁端部中梁自由伸縮，準確到達岸橋頂升部位，并可進行微調，使挑梁和岸橋頂升部位精準對位，挑梁和SPMT精準對位。在岸橋搬遷到位時，雙向可伸縮挑梁通過中梁的可伸縮裝置進行微調，精準對位岸橋大車車輪中心和目的地軌道中心，確保落軌到位。

圖4 頂升專用挑梁桁架結構可伸縮中梁

2.1.3 頂升專用挑梁桁架結構端部抗剪設計

頂升專用桁架挑梁端部采用了抗剪設計方案，如圖5所示，端部承受著岸橋的自重、剪切、頂升專用挑梁彎矩和搬遷過程中因場地不平造成的沖擊載荷，故端部的設計尤為重要。頂升專用挑梁端部截面采用長度3.3 m，寬度1.49 m，高度1.35 m的懸臂梁，根據計算實際岸橋自重、專用挑梁彎矩、剪切力和由于場地不平造成的沖擊載荷為450 t，端部結構承載能力為700 t，滿足岸橋搬遷載荷要求。

圖5 頂升專用挑梁桁架結構端部抗剪設計

2.1.4 載荷工況計算分析

作用在岸橋上的搬遷狀態風載荷

式中，C為風力系數，取1.9；Kh為風壓高度變化系數，取2.05；q為與設計工況對應的計算風壓，q=0.613V2；A為起重機構件垂直于風向的實體迎風面積，A=A0φ。

10 m/s作用在岸橋上的搬遷狀態風載荷最大值為

風載作用到桁架挑梁上的力為

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

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

根據重力（岸橋單側總重）G1＞F，風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程中重力作用在挑梁上的力矩。在風載10 m/s作用于岸橋上，搬遷過程是安全的。

風載和岸橋自重作用在單側單點挑梁上（三組SPMT）上的作用力為

考慮偏載和沖擊載荷，增加偏載系數1.2，沖擊載荷系數為1.5，F單為952 t。

已知采用的SPMT液壓平板車單臺載重量為474 t，單側單點三組SPMT液壓平板車單臺載重量為FSPMT=1 422 t，FSPMT＞F單，岸橋自重和風載作用在一組3臺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號機→9號機→2號機→3號機；如圖6所示；

2）搬遷線路 5號泊位→縱一路→橫一路→縱五路→ 7號、8號泊位，如圖6所示；

圖6 岸橋搬遷路線

3）頂升設備 自行研制的頂升專用挑梁；

4）搬遷設備 SPMT 自行式液壓平板拖車；

5）輔助設備 岸橋、正面吊、叉車、吊裝鎖具、焊接設備等；

6）岸橋場內搬遷工藝要求 在碼頭軌道內對準縱一路的位置（搭建SPMT及挑梁，按設計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，借用岸橋協助吊裝。將需移位的岸橋使用自身電源開到后移場地，然后斷高壓；對岸橋上影響挑梁安裝的零部件進行拆除，并用枕木墊實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，防止在移位過程中碰撞，如圖8所示。利用岸橋、正面吊、叉車配合，將左右2根頂升挑梁沿軌道垂直方向拼裝到位；安裝并調試電動推桿，使之推動伸縮梁前后移動。利用岸橋將2根頂升挑梁放入SPMT液壓平板車上的預定位置；將岸橋移位到搭建完成的SPMT組件上進行固定；SPMT緩緩頂升岸橋，車輪輪緣離開地面約30 mm左右進行觀察。

圖7 桁架挑梁拼裝

圖8 大車機構固定

2.3 大型岸橋搬遷系統

2.3.1 SPMT液壓驅動系統設計分析

大型岸橋搬遷系統采用SPMT，如圖9所示，SPMT作為運輸載體，SPMT液壓驅動系統的動力全部由其動力頭提供，車板本身不具備動力單元，由安裝在動力頭內的柴油發動機以及液壓泵作為液壓動力輸出來源。對于驅動系統，液壓油通過油路最終到達安裝在行走機構上的液壓馬達內。從而實現液壓油從泵——油路——馬達的過程，如圖10所示。

圖9 SPMT液壓模塊車圖

圖10 驅動液壓原理圖

以某型號進口SPMT為例，其PPU內負責驅動行走機構的液壓泵有4個，其中2個變量泵負責供給高壓液壓油至車板的變量馬達，實現行走功能，當軸線數量較少時也可單獨使用一個變量泵進行供油。另外2個定量泵負責供給低壓液壓油，分別至負責驅動換向的進給控制油路和負責變量馬達伺服控制的先導油路。

為了保證運輸的岸橋水平方向上受力始終保持在一個狀態，需要保證運輸設備在水平方向上始終處于一個理想的靜止狀態。垂直方向上要保持相對靜止狀態，需考慮車板及運輸胎架的剛度，以及SPMT同步升降問題。SPMT不同分組系統之間同步行走與同步升降，需保證多組系統之間保持相對靜止，不出現因分組不同步、錯位帶來的水平力。對于精密設備的運輸，采用SPMT多組系統進行運輸時，液壓伺服系統中的傳感器信號，經過CAN總線進入同一電控系統，對信號進行分析處理，再反饋回各個分組，實現整體同步控制。

2.3.2 搬遷系統運輸特點

搬遷系統運輸載體如圖11所示，SPMT液壓懸掛系統可根據道路的情況自動調節懸掛液壓缸的伸縮量，使每個輪胎所承受的載荷相同，對道路的通過性要求較低。SPMT每個液壓懸掛均帶獨立轉向裝置，轉向裝置的微電程序控制電磁比例閥，調節轉動液壓缸中液壓油，使得參與其中的各個輪軸均按微電程序中設定好的角度轉動，且每個輪軸設有角度傳感器，能夠監控輪軸轉向角度。操控SPMT某個轉向模式，轉向模式控制所有液壓懸掛系統，將所有輪軸的回轉中心控制在同一點或與所有輪軸中心線平行，可在原地旋轉任意角度，靈活通過狹窄道路，如圖12所示。

圖11 岸邊集裝箱起重機搬遷系統運輸布置圖

圖12 SPMT轉向模式

2.3.3 搬遷系統運輸承載能力與穩性計算

搬遷系統運輸載體SPMT每軸線之間的液壓升降管路都配備了高壓球閥，可根據岸橋自重、重心位置和道路情況，在多組模塊車拼接時，將支撐系統分為3個、4個或更多個液壓支撐區域，以此來保證運輸穩性。

將所有的SPMT模塊車液壓編成4組，形成4點支撐，貨物的重心投影到4點形成的四邊形內，如圖13所示，重心垂線與重心到4邊的連線形成4個夾角，且角度都必須要求大于7°。

圖13 岸邊集裝箱起重機運輸穩性圖

大型岸橋長度152 m，寬度27 m，高度80.3 m，大型岸橋重量與運輸框架總質量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。

運輸時共使用72軸線SPMT，SPMT行駛高度1.5 m，質量474 t，進行液壓編組形成4個液壓支撐區域，其中A組18軸線，B組18 軸線，C 組18 軸線，C 組18 軸線。將這4個液壓分組中心記為A、B、C、D點。

計算結果：最大單軸線載荷31.5 t；最小穩性角8.8°。SPMT小車單軸最大載荷為31.5 t ＜ 額定載荷40 t，穩性角最小為 8.8°＞7°，故搬遷系統運輸計算結果表明設計是安全的[4]。

3 結語

本文通過對大型岸橋的場內搬遷挑梁和SPMT技術和工藝進行了分析和計算，并以某岸橋搬遷為例，對大型岸橋場內搬遷挑梁和SPMT技術和工藝進行了實踐操作，圓滿完成了大型岸橋的場內搬遷工作，為此類大型岸橋的場內搬遷提供技術和實踐的參考依據。