郝建光

(太原重工股份有限公司技術中心，山西030024)

減少自然因素影響、降低制造運輸成本是企業(yè)的追求。模塊化設計、制造技術使他成為現實。以模塊方式在工廠組裝、以成品形式運到工地，在保證產品質量前提下，達到節(jié)約時間、資金的目的，也避免了因大風、天氣等不利因素延誤設備制造及室外安裝任務的情況。石油、化工、核電設備模塊化、大型化使單個吊裝件的重量和高度越來越大，石化反應器分餾塔如惠州煉化二期的丙烯精餾塔直徑為8.8 m，高120.35 m，吊裝重量為2550.6 t，采用3600 t液壓頂升裝置主吊，750 t履帶吊溜尾遞送完成安裝。在第三代核電AP1000工程中，三門核電使用美國Lampson公司的TRANSI-LIFT LTL-2600B型2600 t大型履帶起重機做主吊，極限起重力矩為804.5 MN·m；海陽核電使用德國特雷克斯德馬格的CC8800-1 TWIN型3200 t雙臂履帶起重機做主吊，極限起重力矩為439 MN·m。這兩部大型履帶起重機均能夠完成AP1000核電所有大件的吊裝工作，是目前國內所用的最大規(guī)格的吊裝設備。前后履帶車結構是大型履帶起重機常用的結構；前車采用箱型結構轉臺，將主起升、主變幅卷揚置于轉臺內，采用回轉支承加環(huán)軌的回轉方式，后車為超起配重履帶車，中間用連桿相連，通過后車行走、前車協(xié)調實現同步回轉。前車轉臺受主變幅力和起升繩力，轉臺尾部與超起配重履帶車之間用連接梁連接，連接剛度小，轉臺尾部受彎矩大，受轉臺寬度尺寸限制，各機構布置緊湊、維修保養(yǎng)空間小。前后車配合操作，回轉同步性差、平穩(wěn)性、側向抗傾覆穩(wěn)定性差、操作難度大、接地比壓大等，這些都是履帶起重機的不足，履帶起重機越大型化，這種缺點越明顯，以致到目前為止，更大型的履帶起重機再未出現，目前，最大起重力矩為804.5 MN·m。

環(huán)軌臂架起重機是一種新型起重機，它吸取了桅桿式起重機和有軌輪式起重機的優(yōu)點，具有實用性好、拆裝方便、安全可靠、操作簡單的特點，在核電模塊、石油化工靜置塔類設備及在超長、超重、吊裝半徑大的工況，有不可替代的作用。它由雙臂架、起升機構、變幅機構、超起機構、回轉機構、控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)組成，主要特征是臂架、機構和超起配重在同一轉臺上，整機位于環(huán)軌上，采用車輪回轉方式，360°回轉、回轉半徑大、整機穩(wěn)定性好、抗側傾能力強、接地比壓小、不高于30 t/m2，與同等級履帶起重機的100 t/m2的最大接地比壓相比，對地基要求低，具有良好的抗風能力，集裝箱裝砂做配重利于就地取材，降低成本。典型的產品有比利時Sarens公司的SGC-120，擁有1200 MN·m 的起重力矩；荷蘭Mammoet公司的MSG80、PTC140-DS、PTC140-DS，對應最大起重力矩為752 MN·m、1358 MN·m、1856 MN·m；此外英國ALE公司，美國Bigge公司也有類似產品，國內尚無同類產品。

軌道變換技術、多卷揚同步控制技術、卷筒多層纏繞技術、平臺模塊化拆裝技術、路基箱模塊化設計與步進式鋪設技術是環(huán)軌臂架起重機的關鍵技術。履帶起重機、冶金起重機、水電站橋式、門式起重機、核電站環(huán)軌式起重機、高鐵動車輪都是太原重工的傳統(tǒng)產品，在核電站環(huán)形軌道，水電站門機的弧形和直線軌道上都有太重起重機在運行，如龍羊峽水電站的門機、田灣核電環(huán)形起重機等。為滿足市場需求，公司開發(fā)了4000 t環(huán)軌臂架起重機，在結構、機構、液壓、電控設計中采用公司成熟技術，保證產品使用性能。

1 主要技術參數

設備主要性能參數見表1。

表1 4000 t環(huán)軌臂架起重機主要技術參數Table 1 Main technical parameters of 4000 t cantilever crane with circular track

2 主要功能及組成

4000 t環(huán)軌臂架起重機是一種超大型臂架類起重機，由主臂和固臂構成。圖1是固定副臂示意圖，由臂架系統(tǒng)、轉臺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、配重系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)六大部分組成。結構簡單，受力合理，具有起重力矩大，接地比壓小，對地面要求低的特點；行走系統(tǒng)包括行走機構、變軌裝置、路基箱軌道裝置；通過變軌裝置對車輪進行調整，保證起重機在環(huán)形軌道工作和直行軌道轉場的要求；路基箱軌道裝置和轉臺上的路基箱提升裝置為可選項，配套使用。4000 t環(huán)軌臂架起重機的臂架、轉臺、行走系統(tǒng)在結構上與履帶起重機完全不同，結構特殊。

圖1 固定副臂示意圖Figure 1 Sketch of fixed secondary arm

2.1 臂架系統(tǒng)

主臂為A型主臂，在84 m主臂時配雙臂頭，92 m主臂配單臂頭。主臂頂節(jié)與副臂架為等截面，臂頭可通用。臂架采用桁架結構。臂架端部和根部用鋼板加強，保證載荷傳遞。臂節(jié)間通過銷軸連接，保證臂節(jié)的互換性。臂架變幅拉板用高強鋼板制造，其長度組合與臂架組合匹配，不同臂長配相應長度的拉板。A型架由前撐桿、后拉桿、變幅滑輪組等組成，后拉板采用拉桿結構，輔以橫梁、定滑輪組構成整體，底部通過銷軸與車架結構連為一體，前部撐桿的下部鉸接點在前部車輪支承鉸軸附近，后拉桿的下部鉸接點在后部車輪支承鉸軸附近，通過轉臺構成三角形，整個結構受力合理。

2.2 轉臺系統(tǒng)

轉臺系統(tǒng)包括轉臺結構、起升和變幅卷揚、司機室、動力單元、電控裝置等。轉臺主要由前后左右4根箱型主梁構成，通過連接輔梁、配重承載輔梁組成整體。前后主梁下部為行走機構，四角是行走機構與轉臺結構的連接孔。配重承載梁、機構承載梁、動力單元承載梁與主梁之間通過彈性圓柱銷定位，兩端大墊圈中間配螺栓連接。梁間設斜拉桿減小結構，受側載及變軌過程中的變形，轉臺上部除主臂、A型架前部撐桿和尾部拉桿連接孔外，起升、變幅機構與轉臺均采用銷軸連接，轉臺上部和側部設走臺，方便動力單元、電控設備和司機室裝置的擺放和機構的保養(yǎng)和檢修。前后主梁下方有行走機構變軌裝置的油缸連接孔，安裝車輪變軌裝置。平臺內部有路基箱提升裝置，在進行直線行走時，先將位于轉臺下方的環(huán)狀路基箱軌道模塊直接提起，隨轉臺同步行走，待步進到下一個工作位置時落地，重新構成環(huán)形軌道。

2.3 行走系統(tǒng)

行走機構由96個車輪組成，通過24套三合一減速機驅動車輪行走。由于在雙環(huán)軌狀態(tài)和直軌狀態(tài)內圈車輪轉速不同，在從動車輪上設編碼器，采用變頻控制，實現速度調節(jié)。起重機軌道工作時為雙環(huán)軌，轉場時為四直軌形式。為滿足在兩種不同形狀軌道上行走，需要對車輪平衡臂架逐級進行轉動調整，使車輪滿足在直線軌道或環(huán)形軌道行走的要求，即實現變軌。變軌時，先采用裝置中的頂升油缸，將平臺由支承的四點同步頂升，同步精度可達毫米級，在輪緣高出軌面達到要求距離后，再通過變軌裝置中的水平調節(jié)油缸將車輪平衡臂逐級調整到位。行走機構可滿足鋪軌式或承軌式兩種不同軌道形式。鋪軌式是指軌道直接鋪設在地面，可選軌面與地面平齊的鋪軌形式，不影響其他車輛通行；承軌式是指采用路基箱承軌梁軌道模塊，由模塊組合構成軌道，通過平臺內部的路基箱提升裝置，利用汽車吊、轉運車實現路基箱步進式鋪設，在不同工位間轉場和工作的形式。前者設備結構簡單，需要地面鋪設軌道；后者相對復雜、重量大，但地面處理成本低。

3 動力液壓系統(tǒng)

設備采用兩套完全相同的動力單元為液壓系統(tǒng)提供動力，通過合流，在一套動力單元故障時，另一套可為系統(tǒng)提供動力，保證機構半速運行。液壓控制采用開式系統(tǒng)，由多路比例換向閥實現對馬達的控制。主泵采用力士樂開式軸向柱塞泵，帶壓力切斷功能，電比例控制實現無級調速，具有良好的微動性；機構采用液壓變量馬達，輕載時可自動調節(jié)馬達排量，提高運行速度。

變軌裝置有獨立的泵站，工作壓力為70 MPa，向頂升油缸和車輪平衡臂轉動，調節(jié)油缸提供動力，泵站采用行走機構發(fā)電機+發(fā)電機提供的電源。系統(tǒng)運行及精度控制由計算機控制系統(tǒng)PLC來實現。

4 電控系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)包括電液比例控制系統(tǒng)、變頻行走控制系統(tǒng)、力矩限制器系統(tǒng)及無線遙控、視頻監(jiān)視等輔助系統(tǒng)。電液比例控制系統(tǒng)采用PLC控制，用于行走機構之外各機構的操作。它包含了壓力傳感器、液位傳感器、角度傳感器、編碼器、接近開關、卷揚防過放保護、高度限位等高精度檢測元件及比例閥、開關閥、繼電器等執(zhí)行元件?？刂剖直惺鼓馨粹o，操作時先按下使能按鈕，再推動手柄操作才有效。手柄上設有最高速度調節(jié)開關，可將最高速度設置為額定速度的20%、40%、60%、80%和100%，便于機構的微動操作。行走機構采用變頻控制實現無級調速，可長時間低速穩(wěn)定運行，每臺電機都帶有熱過載保護，通過從動車輪上的絕對值編碼器實現閉環(huán)控制，對環(huán)軌狀態(tài)回轉角度、直行狀態(tài)行走距離進行精確控制。力矩限制系統(tǒng)可保證作業(yè)安全、避免超載，是起重機最主要的安全保護裝置。通過各種傳感器，可實時提供吊臂長度、吊臂角度、工作高度、工作幅度、額定起重量和實際起重量等方面的信息，在超出允許的安全范圍時，發(fā)出聲光報警，控制系統(tǒng)即切除相關機構危險方向的動作。設備配置遙控器可實現無線遙控，方便拆裝和整機操作。視頻監(jiān)視系統(tǒng)可在司機室對吊點、卷揚、行走等關鍵區(qū)域進行實時監(jiān)視，為設備可靠運行提供保證。

5 結論

在4000 t環(huán)軌臂架起重機開發(fā)過程中與中廣核專家進行了對接，滿足目前AP1000所有模塊的吊裝及站位要求，設備采用雙環(huán)軌工作、四直軌轉場模式，滿足現有廠房道路設計不變的前提。4000 t環(huán)軌臂架起重機與同級別履帶起重機相比，具有穩(wěn)定性好，抗風能力強，操作簡單，制造成本低等優(yōu)點，有“一種環(huán)軌直軌兩用起重機”發(fā)明專利，他的開發(fā)為核電、化工、鉆井平臺等大型設備吊裝提供了新的選擇。