馬廷博 劉應(yīng)均

（中廣核鈾業(yè)物流(北京）有限公司，北京 100071）

1 研究背景

隨著核電的快速發(fā)展，早期建設(shè)的核電站經(jīng)過多年的運行，其設(shè)計的乏燃料貯存水池已趨于飽和。為保證核電運行安全，各核電站都有乏燃料外運需求。大亞灣核電站于1994 年5 月6 日投入商業(yè)運行，乏燃料急需外運。雖然大亞灣燃料廠房、自備碼頭等固定設(shè)施具備裝卸能力，但是乏燃料容器存放庫房、裝料后貨包暫存地不具備裝卸條件，而且它們位于不同的地點和區(qū)域，涉及多個裝卸環(huán)節(jié)，需要短距離轉(zhuǎn)場移動。

乏燃料容器質(zhì)量較大，均在100 t 以上，容器庫房空間有限，若采用傳統(tǒng)的裝卸方式，無法滿足需求。綜合考慮乏燃料運輸當前現(xiàn)狀及裝卸需求，需設(shè)計一套多功能裝卸裝置，用于核電站場地內(nèi)及庫房內(nèi)貨包或容器的裝卸作業(yè)，解決容器庫房臨時存放、廠內(nèi)倒運、貨包暫存過程中多場景的裝卸問題。

2 國內(nèi)外吊裝技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)的大件貨物裝卸吊裝設(shè)備多為廠房專用吊機、港口岸吊或鐵路貨場內(nèi)軌道式龍門吊，均為固定式，在專用場地內(nèi)使用，缺少靈活性，不能滿足同一設(shè)備多場地換裝的需求。

2.1 國內(nèi)吊裝設(shè)備

2.1.1 汽車起重機

采用大噸位汽車起重機進行裝卸，其設(shè)備龐大，所需的工作場地和作業(yè)空間大，無法進入容器庫房開展作業(yè)；單臂吊裝穩(wěn)定性差，安全保障性低，且轉(zhuǎn)場極為不便，靈活性差，不能滿足對裝卸作業(yè)的及時響應(yīng)需求；吊裝準備工作煩瑣、配套復(fù)雜、耗時長、成本高。

2.1.2 液壓龍門起重機

采用液壓龍門起重機設(shè)備進行裝卸，其每次裝卸需要鋪設(shè)臨時軌道，流程復(fù)雜，操作煩瑣，耗時較長；安裝時需要小型汽車起重機配合，庫房內(nèi)作業(yè)安全隱患大。

2.2 國外吊裝設(shè)備

國外采用的集裝箱跨運車和框架式轉(zhuǎn)運車，僅適用于40 t 以下集裝箱和建筑材料的裝卸，沒有可用于狹小空間、具備短距離移動、130 t 以上大噸位設(shè)備起重功能的裝置。

3 受限空間吊裝技術(shù)方案

經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)外尚無適用于乏燃料運輸容器在多場地、狹小空間具備起重和短距離自主移動等多功能的裝卸裝置。結(jié)合乏燃料運輸容器裝卸使用環(huán)境的踏勘，經(jīng)過反復(fù)討論與研究確定了總體吊裝技術(shù)方案。

3.1 總體設(shè)計流程

總體設(shè)計流程為確定功能需求→技術(shù)可行性研究→專家評審技術(shù)方案→確定最終設(shè)計方案→總體結(jié)構(gòu)布局及工作圖紙設(shè)計→生產(chǎn)制造→質(zhì)量控制→功能調(diào)試→現(xiàn)場測試驗證→第三方單位檢驗→申請專利→制定產(chǎn)品操作規(guī)范與設(shè)備管理程序→投入使用[1]。

3.2 確定功能需求

3.2.1 設(shè)備實際使用場景及相關(guān)參數(shù)

裝載車輛為9 軸線液壓平板車，寬為3 m。乏燃料貨包質(zhì)量為130 t，外形尺寸為6 526 mm×3 150 mm×3 250 mm。庫房大門寬為4.5 m，高為5.0 m，庫房內(nèi)部高度為7.0 m，環(huán)境溫度為-20 ～50 ℃。工作狀態(tài)下的風力不大于6 級，非工作狀態(tài)不大于10 級。防腐蝕級別較高，可在海邊使用。

3.2.2 確定裝卸裝置研發(fā)設(shè)計功能需求

第一，主要功能。空載狀態(tài)下，須具有橫向?qū)挾壬炜s及垂向高度升降調(diào)整能力，且能短距離自行移動。重載狀態(tài)下，具有貨物原地帶荷升降能力。

第二，整體結(jié)構(gòu)。設(shè)備為框架結(jié)構(gòu)，工作狀態(tài)下框架內(nèi)寬為3.7 m，內(nèi)長為8.6 m，整機高度不大于6.3 m。空載狀態(tài)下，具備高度調(diào)節(jié)及寬度伸縮功能，高度不大于5.0 m，寬度不大于4.5 m。設(shè)備具備拆卸功能，便于單個部件運輸，單個部件長度不大于9.0 m，寬度不大于2.5 m，高度不大于3.4 m。單件質(zhì)量不大于10 t，整體質(zhì)量不大于40 t。

第三，走形部分?？蛰d狀態(tài)下具有自主道路移動能力，最高速度為5 km·h-1，移動距離為10 km 以內(nèi)，能滿足在2%以內(nèi)的坡度下運行，具有剎車制動系統(tǒng)。空載狀態(tài)下，水泥或瀝青路面上的移動速度為5 km·h-1時，制動距離不大于1.5 m。

第四，起重部分。起升額定承載質(zhì)量為180 t，起升高度為0 ～1.5 m，作業(yè)時下部采用液壓支腿或剛性支腿承載。超出工作條件時，具備自動閉鎖功能。吊點滿足乏燃料容器的吊點尺寸。

3.3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)比選論證

針對設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)點的可行性，第1 套方案由走行機構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、液壓站、起升機構(gòu)、起吊機構(gòu)、液壓支腿及柴油等組成，由于沒有實現(xiàn)伸縮功能，外形寬度尺寸較大，無法通過庫房大門。第2 套方案由走行機構(gòu)、支架、起升機構(gòu)、油箱、發(fā)電機組、輔助支架、液壓站、剪刀叉梁、托板、上層梁及滑動機構(gòu)等組成，但剪刀叉梁在框架結(jié)構(gòu)下，穩(wěn)定性較差，需要輔助支架進行支撐，導(dǎo)致每次作業(yè)均需配合拆除，工藝煩瑣，實用性差。經(jīng)過與制造廠家多次研究比選，并進行結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性分析計算，最終確定的設(shè)計方案由走行裝置、框架結(jié)構(gòu)、頂升裝置、橫梁伸縮裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及起吊裝置（扁擔梁吊具）等組成[2]?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

3.3.1 走行裝置

走行裝置由實心橡膠輪胎、輪邊液壓馬達、轉(zhuǎn)向油缸、回轉(zhuǎn)支承等組成。4 個輪胎均裝有輪邊液壓馬達和轉(zhuǎn)向油缸，轉(zhuǎn)向油缸上設(shè)有長度傳感器。車輪前行或者后退，帶動橫向伸縮裝置調(diào)整框架的寬度。

3.3.2 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)主要包括下側(cè)梁、上側(cè)梁、立柱及導(dǎo)向套、可伸縮橫梁等。上側(cè)梁與導(dǎo)套之間采用螺栓連接，導(dǎo)套與上側(cè)梁外側(cè)采用斜撐連接板連接，下側(cè)梁與立柱之間采用螺栓連接。4 個吊耳焊接在上側(cè)梁上，采用高強度螺栓連接。焊接過程采用氣體保護焊，保證焊縫具有足夠的強度和韌性[3]。

3.3.3 頂升裝置

起升裝置由4 個頂升油缸和4 個支腿油缸組成，起升裝置在立柱和導(dǎo)向套的配合下完成起升或下降的動作。起升和下降時4 個頂升油缸同步工作，平穩(wěn)上升及下降。每個頂升油缸可以單獨進行控制調(diào)整。頂升油缸的活塞桿與上側(cè)梁為鉸接連接方式。超過工作條件時，該頂升裝置具備自動閉鎖功能。

3.3.4 橫梁伸縮裝置

橫梁伸縮裝置由安裝在固定橫梁和活動橫梁之間的油缸等組成，固定橫梁和活動橫梁的間隙為5 mm。橫梁伸縮裝置采用同步液壓回路調(diào)整框架結(jié)構(gòu)的寬度，輪胎向內(nèi)轉(zhuǎn)90°，驅(qū)動輪胎配合油缸完成橫梁的伸長或者縮短。橫梁縮至最小位置時，活動橫梁限位板與固定橫梁導(dǎo)套機械鎖緊[4]。

3.3.5 走行裝置、伸縮裝置的液壓系統(tǒng)

裝卸裝置移動時，采用功率為110 kW 的柴油機提供動力，柴油機驅(qū)動液壓站的變量泵，變量泵將柴油機輸出的機械能轉(zhuǎn)化為油液的液壓能，高壓油液通過行走回路直接驅(qū)動輪邊液壓馬達，從而驅(qū)使框架移動式起重機前行。電氣控制比例泵小流量緩慢供給馬達，馬達驅(qū)動兩端橫梁同時向內(nèi)側(cè)或外側(cè)移動，驅(qū)動橫梁組成伸長或者縮短[5]。

3.3.6 起吊裝置

起吊裝置有扁擔梁吊具方案和鋼絲繩卸扣兩種方案。扁擔梁吊具方案主要由吊桿、扁擔梁吊具、55 t帶螺紋起重卸扣和60 t 起重吊帶等組成。鋼絲繩卸扣方案主要由鋼絲繩結(jié)構(gòu)6×36WS+IWRC-2160、直徑為44 mm 的鋼絲繩、55 t 帶螺紋起重卸扣等組成[6]。

3.4 功能

3.4.1 產(chǎn)品體積小、作業(yè)效率高、轉(zhuǎn)場靈活

吊裝同噸位的乏燃料貨包130 t，至少需要500 t級的汽車起重機進行裝卸，調(diào)遣準備及作業(yè)需3 d，作業(yè)面積至少需200 m2，在容器存放庫房等狹小空間作業(yè)受限。所設(shè)計的裝卸裝置額定承載質(zhì)量為180 t，自身質(zhì)量為40 t，空載下外形尺寸為9.0 m×3.5 m×4.8 m，重載下外形尺寸為9.00 m×5.44 m×6.30 m，專用乏燃料運輸容器裝卸，作業(yè)面積為裝卸裝置的正投影面積，約50 m2，作業(yè)時間4 h，并且具備移動功能，在容器存放庫房能靈活使用，可實現(xiàn)廠內(nèi)不同區(qū)域間的轉(zhuǎn)場移動，且轉(zhuǎn)場耗時短。

3.4.2 可自由伸縮調(diào)節(jié)

現(xiàn)有的大亞灣核電基地容器存放庫房大門寬為4.5 m、高為5.0 m，該設(shè)備具有橫向和豎直伸縮機構(gòu)，其寬度和高度可通過伸縮機構(gòu)自由靈活調(diào)整，增強了狹小空間及短距離道路運輸限制的通行性能。最終研制的裝卸裝置在空載狀態(tài)下，通過伸縮機構(gòu)，寬度和高度可分別調(diào)節(jié)至3.5 m、4.8 m，能夠靈活適用于廠房內(nèi)、廠區(qū)等室內(nèi)或狹小空間的裝卸作業(yè)。

4 結(jié)語

乏燃料運輸容器專用裝卸裝置，作為專用于乏燃料貨包或容器裝卸的設(shè)備，與實際工作結(jié)合緊密，安全性高，可操作性強，在乏燃料外運中得到了有效應(yīng)用，解決了空容器庫房、貨包集中暫存地吊裝空間受限等“卡脖子”問題。該專用裝卸裝置為國內(nèi)獨創(chuàng)，為起重行業(yè)提供新型起重設(shè)備樣式，填補了國內(nèi)乏燃料專用裝卸設(shè)備空白，可推廣發(fā)展成為物流場站（貨場）或工程物流中大件設(shè)備的專用裝卸平臺。