劉廣華 李 哲

(邯鄲中鐵橋梁機械有限公司 河北邯鄲 056003)

1 引言

隨著我國高速鐵路建設(shè)的不斷加快，建設(shè)里程已經(jīng)是世界第一，其中橋梁長度占比很大。高速鐵路除特殊工況大多采用預(yù)制箱梁，預(yù)制箱梁從臺座的預(yù)制到養(yǎng)生區(qū)存放、再到存梁區(qū)停放、最后吊裝到運梁車上，都需要用搬梁機來實現(xiàn)位置的轉(zhuǎn)移。

搬梁機作為梁場特重型起重設(shè)備具有工作載荷大、自重大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、使用頻繁等特點。設(shè)備對環(huán)境的適應(yīng)性和可操作性，直接決定了使用效率。由于梁片的特殊性，每臺搬梁機都是需要特殊定制的，或者在類似項目改造而來的，設(shè)備進場后如果出現(xiàn)問題，只能局部檢修和更換，很難短時間內(nèi)找到設(shè)備替代，嚴重的就會影響工程的進度[1]。

目前大噸位搬梁機整機走行分為輪胎和輪軌兩種方式，輪胎走行大多采用液壓馬達驅(qū)動，輪軌走行大多采用電機減速機驅(qū)動。其中輪軌走行方式的搬梁機在施工場地的運行路線和與運梁車配合會受到一定的限制。而輪胎走行是采用液壓馬達驅(qū)動方式，液壓馬達國產(chǎn)件在耐用度上還是有一些問題，大都采用進口馬達和相匹配的液壓泵，而受全球疫情的影響，液壓零部件訂貨周期加長，而在后期使用維護中，需要專業(yè)的人員和設(shè)備才能進行保養(yǎng)和檢修，并且在檢修的時候液壓油有泄漏的風(fēng)險，會對環(huán)境造成一定的污染；再者相比于電機驅(qū)動，液壓傳動的效率相對較低，這就需要配備更大功率的發(fā)動機組，日常使用中增加了燃油消耗進而增加了成本，不符合當(dāng)今社會綠色環(huán)保施工的要求。

隨著高鐵建設(shè)的進一步加速，越來越多的項目需要在山區(qū)和高海拔的地方使用，設(shè)備在這里使用挑戰(zhàn)的就是氧氣含量小、溫度低等不利影響，然而采用電機驅(qū)動受溫度的影響相對較小，只要增加發(fā)動機功率就可以了，相反采用馬達驅(qū)動，液壓油在低溫的影響下，流動性變差，功率損失會進一步加大，這樣對液壓油要求也會提高。

通過對目前市面上已有的搬梁機進行調(diào)研和比對，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了一種采用電機減速機驅(qū)動的大噸位搬梁機走行系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，可以推廣到其他的走行驅(qū)動領(lǐng)域。針對大噸位卷揚多層纏繞容易亂繩的問題采用了先進的折線卷揚。行車縱移采用拖拉卷揚替代油缸，提高了生產(chǎn)效率。針對電機驅(qū)動采取了新的糾偏裝置，更加準(zhǔn)確。還對搬梁機目前操作方面不方便的地方也進行了局部優(yōu)化改進[2-3]。

2 SC700輪胎搬梁機介紹

SC700輪胎搬梁機可用于高速鐵路32 m預(yù)制箱梁700 t及以下梁片的吊裝作業(yè)，在預(yù)制梁場內(nèi)有3個重要作用:第1把預(yù)制的梁片從制梁臺座搬運到養(yǎng)生區(qū)；第2從養(yǎng)生區(qū)搬運到存梁區(qū)；第3把梁片倒裝到運梁車上。除此之外還可以協(xié)助制梁區(qū)的龍門吊吊裝模板和鋼筋等輔助機具。

整機必須滿足橫向和縱向走行轉(zhuǎn)換，并在走行過程中通過編碼器實現(xiàn)自動走正調(diào)整糾偏功能。起升高度方向滿足提1片梁通過2片梁。兩個支腿中間留有運梁車通過的空間，可以與運梁車配合把梁片吊裝到運梁車上[4]。

2.1 設(shè)備組成

SC700輪胎搬梁機主要由主梁、橫梁、行車、支腿、輪胎走行系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和扶梯系統(tǒng)等部分組成，見圖1。

圖1 SC700輪胎搬梁機

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

(1)額定起重量: 700 t(不含吊具)

(2)跨度: 40 m

(3)起升高度: 12 m

(4)起升速度: 重載0～0.5 m/min

空載0～1 m/min

(5)運行速度: 重載0～15 m/min

空載0～30 m/min

(6)滿載爬坡能力:＜2%

(7)輪胎數(shù)量: 128個

(8)輪胎型號: 12.0R20

(9)驅(qū)動橋: 16個

(10)從動橋: 16個

(11)支撐油缸數(shù)量/噸位:8個/150 t

(12)轉(zhuǎn)向角度:-10°～100°調(diào)節(jié)

(13)運行模式:縱行/橫行

(14)起吊方式:4點起吊，3點平衡

(15)整機功率:435 kW

(16)整機工作級別:A3

(17)機構(gòu)工作級別:M4

3 SC700輪胎搬梁機主要創(chuàng)新設(shè)計

3.1 輪胎走行系統(tǒng)

整機有4組單獨的輪胎走行臺車，單個走行臺車采用2縱列4軸線共8組懸掛，整機共有32×4＝128個輪胎，每組懸掛配有1個懸掛油缸，保證在崎嶇不平的路面上走行時每組懸掛受力均衡。走行臺車主要由:驅(qū)動橋、從動橋、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、整機起升油缸、走行架體等組成，見圖2。

圖2 SC700輪胎搬梁機

驅(qū)動橋采用電機減速機傳動，電機采用走行專用的YVPEJ電機，減速機采用行星減速機，減速機帶動輪轂轉(zhuǎn)動。4組懸掛上面采用1個橫梁連接，兩根橫梁之間采用縱梁連接，縱梁下設(shè)有整機起升油缸，整機搬梁機需要轉(zhuǎn)向時需要采用整機起升油缸把整機頂升高位后，才能通過轉(zhuǎn)向油缸把走行輪組旋轉(zhuǎn)。

走行轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用連桿相連使4組懸掛組成1個轉(zhuǎn)向模塊，連桿間采用絲杠調(diào)整間隙。當(dāng)整機起升油缸支撐于地面后，起升油缸動作，由于懸掛油缸是單作用油缸，不能讓輪胎完全懸空，只需要把輪胎由于重載產(chǎn)生的下?lián)享斊饋砗螅缓蠼獬咝须姍C抱閘后，輪胎可以自由旋轉(zhuǎn)，這時就可以通過液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)讓走行輪組旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)整機直行和橫行功能的切換，為了調(diào)整偏差量，旋轉(zhuǎn)角度設(shè)計值為 -10°～100°[5-6]。

以SC700輪胎搬梁機為例，整機走行和行車起升采用電機驅(qū)動和采用液壓馬達驅(qū)動在燃油消耗方面對比，見表1。

表1 燃油消耗對比

通過計算可以知道，在1年按照325 d工作，每天工作8 h的情況下，可以節(jié)省燃油約52 000 L。而且電機驅(qū)動省去了定期更換液壓油的需要，提高了生產(chǎn)效率，驅(qū)動橋整體采用模塊化的設(shè)計，單個電機損壞可以快速地診斷和更換，比液壓驅(qū)動經(jīng)濟效果顯著。

3.2 行車縱移采用拖拉卷揚機構(gòu)

高鐵和城際鐵路標(biāo)準(zhǔn)梁長有40 m、32 m和24 m三種，也有20 m、27 m等長度的非標(biāo)梁，遇到不同長度非標(biāo)梁，需要頻繁地改變吊梁行車位置來滿足不同梁長的吊裝需要，吊梁行車沿著搬梁機主梁方向需要變換位置。

本項目梁長有32 m和24 m兩種，存梁區(qū)為了少做樁基，接梁臺座采取一端對齊的方式。從32 m梁變換到24 m梁，需要其中1個行車沿著主梁方向移動8 m的距離。如果行車采用油缸作為動力，缺點就是油缸作為間歇運動機構(gòu)，每次的行程大多控制在1 m左右，這樣就需要往復(fù)8次，主梁上需要有多個固定油缸的位置，如果從40 m梁變換到20 m梁，行車需要移動20 m的距離，而且需要操作人員上到主梁上去插拔銷軸，效率非常低。本項目采用了拖拉卷筒作為動力，見圖3[7]。

圖3 拖拉卷揚

拖拉卷揚采用YEJ制動電機作為動力，通過行星減速機驅(qū)動筒體旋轉(zhuǎn)，拖拉卷揚通過螺栓固定在行車上，鋼絲繩固定在主梁的端頭，當(dāng)梁長變化的時候可以通過拖拉卷揚快速地把行車放置到相應(yīng)的位置上。

拖拉卷揚是把行車大致的位置放置到位，當(dāng)搬梁機運行到梁片的上方后，如果扁擔(dān)的吊點與梁片的吊裝孔沒有對齊的情況下，就需要調(diào)整行車底座上面的縱向和橫向調(diào)整油缸進行微調(diào)來精準(zhǔn)對位。

3.3 折線卷筒

整機主起升采用4個卷揚，每個卷揚采用1臺YZPEJ起重專用變頻電機通過行星減速機驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)。整機滿足提1片梁通過存梁區(qū)2片梁的要求，起升高度為12 m，為了滿足起升高度，卷筒上纏繞的鋼絲繩要達到3層，為了解決多層纏繞容易出現(xiàn)亂繩的事情，卷筒采用了折線卷筒，見圖4。

圖4 折線卷筒

折線卷筒以獨特的設(shè)計和功能可以滿足多層纏繞和排繩不整齊的情況，折線卷筒的特點就是斜繩槽約占圓周長的25%，直繩槽約占75%[8]。

卷揚重載從最低位起升的時候，鋼絲繩卷入卷筒的第1層的第1圈和第2層最后1圈會出現(xiàn)間隙，處理不當(dāng)時第2層的鋼絲繩會在重載的牽引下強行勒進第1層，當(dāng)卷揚重載下放的時候鋼絲繩從第1層里面跳出來會造成很大的沖擊，造成整機的震動和鋼絲繩的磨損破壞。需要根據(jù)實際的繞繩位置提前把這個空間填補起來，這樣就可以很好地避免了這個情況的發(fā)生。

采用折線卷筒，還可以最大限度地保護在卷筒上多成纏繞的鋼絲繩，使其繩股之間的點接觸區(qū)域大幅度減小，從而延長了鋼絲繩的使用壽命，減少了更換鋼絲繩的頻率，提高了作業(yè)效率，降低了使用成本。

3.4 走行通過變頻糾偏系統(tǒng)

整機在走行的過程中，由于輪胎氣壓、前后支腿受力不均、路面不平等原因勢必造成走偏的情況，梁場空間有限而且每一片梁到達存梁區(qū)位置是固定的，行車上調(diào)整油缸行程有限，這就需要在走行過程中設(shè)備通過自身的糾偏系統(tǒng)糾正線路，讓搬梁機沿著預(yù)定的走行路線走行。

以操作者的視線為參照，前面兩組為前支腿，后面兩組為后支腿，前后走行為縱移模式，左右走行為橫移模式。具體的流程為:操作臺給后腿PLC操作指令(如橫移模式或者縱移模式，大車前進后退，走行速度等)，后腿PLC與前腿PLC雙向通訊，使兩PLC同時控制4個走行機構(gòu)的變頻器輸出動作給各個走行電機實現(xiàn)大車走行動作。大車走行動作的同時，兩PLC通過檢測兩對角的走行機構(gòu)的速度傳感器來判斷大車走行偏差，同時在監(jiān)控觸摸屏上顯示哪個走行機構(gòu)快或慢，當(dāng)偏斜量大于設(shè)定值時PLC會自動改變對應(yīng)的變頻器速度通過走行電機差速實現(xiàn)自動糾偏功能，見圖5[9-10]。

圖5 糾偏系統(tǒng)流程

3.5 多模塊化的大車走行系統(tǒng)

搬梁機在使用過程中會出現(xiàn)輕微偏差的情況，有時候會需要某一側(cè)單獨動作來進行精準(zhǔn)對位操作。相比較應(yīng)用比較多的液壓走行系統(tǒng)通過液壓馬達和泵來實現(xiàn)大車走行的情況來看，液壓走行系統(tǒng)分為前腿和后退兩個大部分，整機在橫移模式時可以實現(xiàn)前腿或后退的左右微調(diào)動作，但是在縱移模式時不能夠滿足前腿左側(cè)和后腿的左側(cè)或者前腿的右側(cè)和后腿的右側(cè)進行單獨的前后移微調(diào)操作，使設(shè)備使用具有局限性。

本設(shè)備大車走行方面采用多模塊化的設(shè)計，將大車走行系統(tǒng)分為4個大的部分(前腿左側(cè)走行系統(tǒng)、前腿右側(cè)走行系統(tǒng)、后腿左側(cè)走行系統(tǒng)和后腿右側(cè)走行系統(tǒng))，每個部分由1臺變頻器控制，來實現(xiàn)大車走行動作，此設(shè)計不僅滿足了橫移模式下的一側(cè)左右移微調(diào)動作，而且滿足了縱移模式下的一側(cè)前后移的微調(diào)動作，讓操作更加靈活和方便，大大提高工作效率和對位的精度。同時模塊化的設(shè)計讓故障排查和檢修更加方便和快捷，節(jié)約了維護成本[11-12]。

4 結(jié)束語

新研制的SC700輪胎搬梁機于2021年7月出廠，在中鐵二十四局集團上海軌道交通市域線機場聯(lián)絡(luò)線梁場施工，截至目前搬運梁片20多榀，設(shè)備運行良好，達到了預(yù)期的設(shè)計目的。通過此次在搬梁機上采用的新設(shè)計總結(jié)如下:

(1)整機走行采用變頻電機，減小了整機發(fā)動機的功率，減少了燃油消耗。變頻電機取代液壓馬達避免了定期更換潤滑油的作業(yè)，可以適應(yīng)高海拔嚴寒環(huán)境，經(jīng)濟效益顯著。

(2)行車走行采用卷揚拖拉結(jié)構(gòu)，吊裝不同長度梁片的時候只需要在操作室內(nèi)通過控制臺指令讓行車快速地移動到相應(yīng)的位置，方便快捷，提高了操作效率。

(3)主起升卷揚采用折線卷筒，保證了在多層纏繞的情況下不發(fā)生亂繩，延長了鋼絲繩的使用壽命，減小了維護成本。

(4)整機走行采用了糾偏系統(tǒng)和多模塊化的走行系統(tǒng)，走行偏差變小，可操作性進一步增強。