田樹海

大連華銳重工集團(tuán)股份限公司 大連 116013

0 引言

壓水堆核電站反應(yīng)堆廠房上部設(shè)有環(huán)行起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱環(huán)吊），從核電站的建成、運(yùn)行到最后的拆除，反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)設(shè)備的吊裝主要通過環(huán)吊來完成，環(huán)吊的使用貫穿了核電站的整個(gè)壽命周期，環(huán)吊用于吊裝設(shè)備的階段主要分為3 個(gè)：安裝階段、運(yùn)行階段和退役階段。

環(huán)吊上一般設(shè)置2 個(gè)小車：工作小車和安裝小車，工作小車主要用于核電站運(yùn)行期間設(shè)備的吊裝，安裝小車主要用于設(shè)備安裝階段吊裝壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等單臺(tái)設(shè)備質(zhì)量超過工作小車起重量的核電主設(shè)備。安裝小車在這些設(shè)備吊裝完成后，從環(huán)吊上拆下來，再安裝到其他環(huán)吊上繼續(xù)用于主設(shè)備的安裝。安裝小車與工作小車技術(shù)要求不同，為與核安全無關(guān)設(shè)備，無抗震要求。

傳統(tǒng)安裝小車起升機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩、卷筒卷繞的卷揚(yáng)式，外形尺寸大，自重較重，此次設(shè)計(jì)的液壓式安裝小車改變了傳統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)的組成形式，采用液壓提升機(jī)作為起升機(jī)構(gòu)，既滿足了核電站反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)主設(shè)備的吊裝技術(shù)要求，又顯著提升了設(shè)備吊裝的靈活性，提升了環(huán)吊的整體性能。

1 總體設(shè)計(jì)方案與技術(shù)參數(shù)

液壓提升式安裝小車在設(shè)計(jì)和研發(fā)上吸收了鋼絲繩卷揚(yáng)式起重機(jī)和液壓提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上將二者有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，具有起重能力大、自重輕、尺寸小、安全、可靠的特點(diǎn)。如圖1、圖2 所示，該液壓提升式安裝小車主要由液壓提升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和主要鋼結(jié)構(gòu)以及平臺(tái)欄桿等附屬結(jié)構(gòu)組成，工作級(jí)別為A3，額定起重量600 t，自重58 t，起升高度33 m，起升速度0.2 m/min，運(yùn)行速度5 m/min，回轉(zhuǎn)速度0.5 r/min，平移速度0.3 m/min。

圖1 液壓提升式安裝小車整體布置

圖2 液壓提升式安裝小車三維模型

與其他安裝小車相比，除了同樣具有起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)外，增加了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)吊裝設(shè)備的旋轉(zhuǎn)，通過平移機(jī)構(gòu)微調(diào)來實(shí)現(xiàn)吊裝設(shè)備精確定位。設(shè)計(jì)的各機(jī)構(gòu)起制動(dòng)平穩(wěn)可靠，所有部件設(shè)計(jì)均滿足強(qiáng)度、剛度、耐疲勞性和使用壽命要求，安全裝置設(shè)計(jì)符合GB 6067.1—2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第一部分：總則》的規(guī)定和要求。

2 主要機(jī)構(gòu)組成

2.1 起升機(jī)構(gòu)

如圖3 所示，起升機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)形式，包含液壓提升千斤頂、液壓泵站、鋼絞線、鋼絞線導(dǎo)向和收放裝置等。在載荷提升過程中，起升機(jī)構(gòu)能保證在不同鋼絞線之間均衡的分配載荷。當(dāng)液壓系統(tǒng)、電氣裝置出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖3 起升機(jī)構(gòu)

1)液壓提升千斤頂 起升機(jī)構(gòu)設(shè)有1 臺(tái)液壓提升千斤頂進(jìn)行重物的提升。每臺(tái)千斤頂均裝有液壓鎖、防失速下降裝置，即使施工中出現(xiàn)意外停電、油管破裂等，系統(tǒng)均能自動(dòng)自鎖，安全可靠地保持住重物，不會(huì)發(fā)生任何形式的跌落。

2)液壓泵站 液壓泵站由電力驅(qū)動(dòng)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備吊裝的需求。設(shè)有安全閥，具有自我檢查負(fù)載裝置，防止受外界干擾負(fù)載突然增加引起提升構(gòu)件破壞的事故發(fā)生。

3)鋼絞線 鋼絞線滿足重型載荷提升要求，安全系數(shù)大于4，具有較強(qiáng)的耐磨損和耐腐蝕性能。載荷提升過程中，不同鋼絞線之間受力均勻。各鋼絞線相互獨(dú)立，當(dāng)某一根鋼絞線發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)引起載荷的跌落。重物提升與小車運(yùn)行設(shè)置聯(lián)鎖，禁止同時(shí)進(jìn)行。

4）導(dǎo)向和收放裝置 液壓提升機(jī)構(gòu)設(shè)置鋼絞線卷盤，防止鋼絞線出現(xiàn)絞合，確保液壓提升機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定使用。收放裝置能回收上面的鋼絞線，并滿足鋼絞線曲率的要求。

2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在起升機(jī)構(gòu)下，如圖4 所示，該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由三合一減速電機(jī)、回轉(zhuǎn)軸承和支架等組成。

圖4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.3 運(yùn)行機(jī)構(gòu)

如圖5 所示，運(yùn)行機(jī)構(gòu)通過三合一減速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)小齒輪，小齒輪驅(qū)動(dòng)主動(dòng)車輪上的大齒輪，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由4 個(gè)帶制動(dòng)器的三合一減速電機(jī)、4 個(gè)主動(dòng)臺(tái)車組、4 個(gè)被動(dòng)臺(tái)車組等組成。小車車輪采用雙輪緣圓柱踏面，作用在由小車軌道上。在主設(shè)備安裝時(shí)，安裝小車攜帶設(shè)備進(jìn)行水平翻轉(zhuǎn)，在結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)件選型方面需充分考慮安裝小車的此種工況。

圖5 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

2.4 橫移機(jī)構(gòu)

如圖6 所示，橫移機(jī)構(gòu)采用驅(qū)動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)，包括軌道、滾輪和驅(qū)動(dòng)絲杠裝置。

圖6 橫移機(jī)構(gòu)

2.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)指揮整個(gè)液壓提升系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，主要包括控制部分、檢測(cè)部分、驅(qū)動(dòng)部分和監(jiān)控部分?？刂葡到y(tǒng)具有位移、壓力、行程檢測(cè)等功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)千斤頂?shù)奈恢眯盘?hào)、上下錨具的狀態(tài)信號(hào)、控制泵站上電磁閥完成相應(yīng)的動(dòng)作。在發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)均能自動(dòng)報(bào)警并停止運(yùn)行，以便及時(shí)檢查處理。

工作站的檢測(cè)信號(hào)、位移、系統(tǒng)壓力、起升高度等信號(hào)在安裝小車操作臺(tái)上均有顯示，以便操作人員對(duì)龍門架吊車及載荷狀況實(shí)時(shí)監(jiān)視。工作站、電氣柜連接線通過快速接插件方式接入，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。

2.6 鋼結(jié)構(gòu)組成

鋼結(jié)構(gòu)主要包括主體鋼結(jié)構(gòu)和梯子平臺(tái)等附屬結(jié)構(gòu)兩部分（見圖7）。鋼結(jié)構(gòu)主要受力板材材質(zhì)采用Q460C，其余板材材質(zhì)為Q345C，利用有限元件Ansys Workbench 進(jìn)行仿真分析。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)組成

2.7 安全保護(hù)

1）運(yùn)行限位 運(yùn)行小車軌道端各設(shè)2 個(gè)行程開關(guān)，其中一個(gè)為超行程開關(guān)。軌道端設(shè)有吊車緩沖器的止擋。

2）起升限位 起升行程高位和低位設(shè)置3 個(gè)限位裝置，高位設(shè)置2 個(gè)獨(dú)立的機(jī)械式的終端行程開關(guān)：一個(gè)行程開關(guān)停止起升運(yùn)動(dòng)；另一個(gè)為超行程開關(guān)。低位設(shè)置1 個(gè)行程開關(guān)，當(dāng)?shù)蹉^降至行程低位時(shí)，停止下降運(yùn)動(dòng)。

3）起升超載限制器 當(dāng)起升載荷超過額定載荷的1.1 倍時(shí)，起升超載限制器將停止起升，只允許下降運(yùn)動(dòng)。

4）液壓鎖 每臺(tái)千斤頂?shù)某休d腔都裝有液壓鎖（液壓?jiǎn)蜗蜷y），一旦發(fā)生油管爆裂等意外事故，可防止載荷突然下降。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 起升機(jī)構(gòu)由液壓提升機(jī)代替鋼絲繩卷揚(yáng)

液壓提升機(jī)替代電動(dòng)機(jī)減速器制動(dòng)器等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，鋼絞線代替鋼絲繩，鋼絞線卷盤替代卷筒，實(shí)現(xiàn)鋼絞線的收放。液壓提升器主要由主液壓缸、上下卡爪液壓缸及液壓卡爪等組成，如圖8 所示。

圖8 液壓提升器組成

液壓提升機(jī)構(gòu)提升動(dòng)作包括上卡爪夾緊鋼絞線、液壓缸提升、下卡爪夾緊鋼絞線，如圖9 所示。第1 步：上錨緊，夾緊鋼絞線；第2 步：提升器提升重物；第3 步：下錨緊，夾緊鋼絞線；第4 步：主液壓缸微縮，上錨片脫開；第5 步：上錨缸上升，上錨全松；第6 步：主液壓缸縮回原位，準(zhǔn)備好下一行程。

圖9 液壓提升器動(dòng)作過程

3.2 增加回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)安裝小車帶載360°旋轉(zhuǎn)，或雙向180°旋轉(zhuǎn)。對(duì)吊裝重型設(shè)備更加易于進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，大大提高精確安裝就位的效率。

3.3 增加橫移機(jī)構(gòu)

為便于重型設(shè)備在水平面相互垂直2 個(gè)方向的安裝調(diào)整，安裝小車橫移機(jī)構(gòu)使吊具能沿垂直于小車運(yùn)行方向移動(dòng)±75mm，進(jìn)行左右調(diào)整，實(shí)現(xiàn)重型設(shè)備的精確定位，提高了整個(gè)安裝小車的功能。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目與傳統(tǒng)的鋼絲繩卷筒式起重機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：

1）整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸較小，質(zhì)量輕，同比卷揚(yáng)式降低自重約50%，可方便安裝小車從環(huán)吊上的安裝和拆卸。

2）吊點(diǎn)上極限較高，因下部吊具與鋼絞線直接相連，占用空間尺寸較小，可實(shí)現(xiàn)較高上極限，因整體尺寸較小，左右極限也可減小，增加實(shí)際作業(yè)空間。

3）起升平穩(wěn)、沖擊小，采用液壓提升機(jī)構(gòu)比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩卷繞式的沖擊小，運(yùn)行平穩(wěn)。

液壓提升式安裝小車除了可以應(yīng)用到核電設(shè)備的吊裝，還可以獨(dú)立使用或安裝到其他起重機(jī)上，用于水電、化工等大型設(shè)備的吊裝，具有廣闊的市場(chǎng)需求。