挑梁和SPMT技术在大型岸桥搬迁过程中的应用

陈文卫 丁文华 肖承洁

1上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200125 2中海广瀛工程物流有限公司 南京 210000

0 引言

随着港口码头集装箱装卸业务的快速增加，港口码头集装箱港机设备的需求量日益增长，加快了现有大型集装箱港机设备的改造搬迁升级和整合。近几年来港口码头对大型岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）设备的需求不断增加，码头现有的设备搬迁和升级改造业务也不断增加。而重达千吨以上的大型岸桥设备的场内搬迁成了难题，海上起重浮吊和路上重型设备无法完成，需要采用多种技术工艺手段相结合来解决。对大型岸桥的顶升、转场、落轨工作提出了较高的工艺技术要求，并对大型岸桥设备搬迁的通用性和安全性提出新的挑战。本文研发的大型岸桥场内搬迁关键工艺技术有效地解决了此难题，并在多个大型港口码头场内搬迁中得到应用。在总结大型岸桥场内搬迁的技术、设备、设计经验的基础上，形成了模块车、顶升、转场、落轨和桁架挑梁结构等关键技术。

1 大型岸桥场内搬迁解决方案

可伸缩顶升专用桁架挑梁和SPMT系统是实现大型岸桥场内搬迁的关键技术，承载整个岸桥自重载荷、风载产生的倾覆力矩，和岸桥在场内搬迁过程中因场地不平整而产生的冲击载荷。因此针对大型岸桥场内搬迁的实际需求，研发了大型岸桥场内搬迁关键技术，包括：挑梁桁架结构、可伸缩桁架挑梁、模块化装配技术、SPMT（液压模块车）技术和控制系统多点同步技术等，并成功在某港口多个大型岸桥的场内搬迁工作，如图1所示。

图1 大型岸桥的场内搬迁

大型岸桥场内搬迁所使用的模块化SPMT与常规的岸桥搬迁系统相比，采用SPMT搬迁系统自带独立的柴油机驱动，与岸桥相对独立，可在不同工程岸桥上多次安装使用。SPMT搬迁系统可共用一套控制系统，多动力系统可拆分独立控制。SPMT搬迁系统可作为单独系统从一码头移动到另一码头，与其他搬迁系统无关。SPMT搬迁系统采用柴油，工作环境几乎不受影响，可搬运各类岸桥，也可移动安装到环境较差野外陆地上使用。SPMT搬迁系统采用多个小功率柴油机提供动力,功率略低，使用成本略高、污染略高。

2 案例

某码头4台岸桥搬迁项目，搬迁工程的岸桥质量1 650 t、起重量65 t、起升高度59 m、重心高度45.6 m、轨距35 m、轮距32 m、外伸距65 m+2.5 m，后伸距22 m，最大高度132.8 m。由于岸桥的重心高，沿海风速大，且岸桥已经使用一段时间，工况和结构都和新机差别较大，为岸桥的场内搬迁增加了难度。

2.1 挑梁桁架结构设计分析

如图2所示，大型岸桥场内搬迁系统采用了顶升专用挑梁桁架结构，挑梁桁架采用模块化装配，四点分段，每段桁架质量不超过40 t，长度5 m、宽度2.2 m，高度3.65 m，长宽高和质量均符合平板车承载载荷和交通运输要求。标准模块化桁架结构使桁架结构能快速、高效、安全地运抵搬迁现场，实现快速安装和拆卸的要求。

图2 大型岸桥场内搬迁系统挑梁桁架布置图

2.1.1 顶升专用挑梁桁架结构模块化装配方式

顶升专用挑梁桁架结构以桁架中心为基点，四点分段，使桁架在岸桥自重和风载下对顶升专用挑梁桁架中部作用力最小。分段点采用对称分布，使岸桥重力和风载作用力有效传递到顶升专用挑梁桁架两端，顶升专用挑梁桁架中间部分不承受岸桥自重和风载荷，只起到传递弯矩和联接作用。提高了顶升专用挑梁桁架的稳定性，顶升专用挑梁桁架销轴装配部分如图3所示。

图3 顶升专用挑梁桁架销轴装配

顶升专用挑梁桁架采用超高矩形截面设计，截面高度为3.65 m，有效地增加了抗弯截面模量。

2.1.2 顶升专用挑梁桁架结构可伸缩中梁

由于岸桥的长期使用，海陆侧下横梁产生变形，常规的挑梁结构无法准确对位，造成偏载，无法确保岸桥在搬迁过程中的安全。而顶升专用挑梁桁架结构的两端部采用了可伸缩中梁，如图4所示，利用电动推杆使挑梁端部中梁自由伸缩，准确到达岸桥顶升部位，并可进行微调，使挑梁和岸桥顶升部位精准对位，挑梁和SPMT精准对位。在岸桥搬迁到位时，双向可伸缩挑梁通过中梁的可伸缩装置进行微调，精准对位岸桥大车车轮中心和目的地轨道中心，确保落轨到位。

图4 顶升专用挑梁桁架结构可伸缩中梁

2.1.3 顶升专用挑梁桁架结构端部抗剪设计

顶升专用桁架挑梁端部采用了抗剪设计方案，如图5所示，端部承受着岸桥的自重、剪切、顶升专用挑梁弯矩和搬迁过程中因场地不平造成的冲击载荷，故端部的设计尤为重要。顶升专用挑梁端部截面采用长度3.3 m，宽度1.49 m，高度1.35 m的悬臂梁，根据计算实际岸桥自重、专用挑梁弯矩、剪切力和由于场地不平造成的冲击载荷为450 t，端部结构承载能力为700 t，满足岸桥搬迁载荷要求。

图5 顶升专用挑梁桁架结构端部抗剪设计

2.1.4 载荷工况计算分析

作用在岸桥上的搬迁状态风载荷

式中，C为风力系数，取1.9；Kh为风压高度变化系数，取2.05；q为与设计工况对应的计算风压，q=0.613V2；A为起重机构件垂直于风向的实体迎风面积，A=A0φ。

10 m/s作用在岸桥上的搬迁状态风载荷最大值为

风载作用到桁架挑梁上的力为

式中，PW为作用在岸桥上的风载，PW=220 000 N；H为岸桥形心高度，H=80 m；L为两个挑之间得距离，L=15.1 m。

已知岸桥总重为G=1 650 t，可得作用在单侧挑梁上的重力为G1=8 250 000 N。

根据重力（岸桥单侧总重）G1＞F，风载作用于挑梁上的力和力矩均小于岸桥的重力和岸桥在搬迁过程中重力作用在挑梁上的力矩。在风载10 m/s作用于岸桥上，搬迁过程是安全的。

风载和岸桥自重作用在单侧单点挑梁上（三组SPMT）上的作用力为

考虑偏载和冲击载荷，增加偏载系数1.2，冲击载荷系数为1.5，F单为952 t。

已知采用的SPMT液压平板车单台载重量为474 t，单侧单点三组SPMT液压平板车单台载重量为FSPMT=1 422 t，FSPMT＞F单，岸桥自重和风载作用在一组3台SPMT上的作用力小于SPMT的载重量，故安全。

2.2 岸桥搬迁工艺

1）搬迁顺序 1号机→9号机→2号机→3号机；如图6所示；

2）搬迁线路 5号泊位→纵一路→横一路→纵五路→ 7号、8号泊位，如图6所示；

图6 岸桥搬迁路线

3）顶升设备 自行研制的顶升专用挑梁；

4）搬迁设备 SPMT 自行式液压平板拖车；

5）辅助设备 岸桥、正面吊、叉车、吊装锁具、焊接设备等；

6）岸桥场内搬迁工艺要求 在码头轨道内对准纵一路的位置（搭建SPMT及挑梁，按设计图纸要求将挑梁拼装成整体，如图7所示，将SPMT拼装成2组；将挑梁吊装到SPMT上，形成井字状态，借用岸桥协助吊装。将需移位的岸桥使用自身电源开到后移场地，然后断高压；对岸桥上影响挑梁安装的零部件进行拆除，并用枕木垫实大平衡梁和下横梁之间，以及大平衡梁和中平衡梁等的间隙，防止在移位过程中碰撞，如图8所示。利用岸桥、正面吊、叉车配合，将左右2根顶升挑梁沿轨道垂直方向拼装到位；安装并调试电动推杆，使之推动伸缩梁前后移动。利用岸桥将2根顶升挑梁放入SPMT液压平板车上的预定位置；将岸桥移位到搭建完成的SPMT组件上进行固定；SPMT缓缓顶升岸桥，车轮轮缘离开地面约30 mm左右进行观察。

图7 桁架挑梁拼装

图8 大车机构固定

2.3 大型岸桥搬迁系统

2.3.1 SPMT液压驱动系统设计分析

大型岸桥搬迁系统采用SPMT，如图9所示，SPMT作为运输载体，SPMT液压驱动系统的动力全部由其动力头提供，车板本身不具备动力单元，由安装在动力头内的柴油发动机以及液压泵作为液压动力输出来源。对于驱动系统，液压油通过油路最终到达安装在行走机构上的液压马达内。从而实现液压油从泵——油路——马达的过程，如图10所示。

图9 SPMT液压模块车图

图10 驱动液压原理图

以某型号进口SPMT为例，其PPU内负责驱动行走机构的液压泵有4个，其中2个变量泵负责供给高压液压油至车板的变量马达，实现行走功能，当轴线数量较少时也可单独使用一个变量泵进行供油。另外2个定量泵负责供给低压液压油，分别至负责驱动换向的进给控制油路和负责变量马达伺服控制的先导油路。

为了保证运输的岸桥水平方向上受力始终保持在一个状态，需要保证运输设备在水平方向上始终处于一个理想的静止状态。垂直方向上要保持相对静止状态，需考虑车板及运输胎架的刚度，以及SPMT同步升降问题。SPMT不同分组系统之间同步行走与同步升降，需保证多组系统之间保持相对静止，不出现因分组不同步、错位带来的水平力。对于精密设备的运输，采用SPMT多组系统进行运输时，液压伺服系统中的传感器信号，经过CAN总线进入同一电控系统，对信号进行分析处理，再反馈回各个分组，实现整体同步控制。

2.3.2 搬迁系统运输特点

搬迁系统运输载体如图11所示，SPMT液压悬挂系统可根据道路的情况自动调节悬挂液压缸的伸缩量，使每个轮胎所承受的载荷相同，对道路的通过性要求较低。SPMT每个液压悬挂均带独立转向装置，转向装置的微电程序控制电磁比例阀，调节转动液压缸中液压油，使得参与其中的各个轮轴均按微电程序中设定好的角度转动，且每个轮轴设有角度传感器，能够监控轮轴转向角度。操控SPMT某个转向模式，转向模式控制所有液压悬挂系统，将所有轮轴的回转中心控制在同一点或与所有轮轴中心线平行，可在原地旋转任意角度，灵活通过狭窄道路，如图12所示。

图11 岸边集装箱起重机搬迁系统运输布置图

图12 SPMT转向模式

2.3.3 搬迁系统运输承载能力与稳性计算

搬迁系统运输载体SPMT每轴线之间的液压升降管路都配备了高压球阀，可根据岸桥自重、重心位置和道路情况，在多组模块车拼接时，将支撑系统分为3个、4个或更多个液压支撑区域，以此来保证运输稳性。

将所有的SPMT模块车液压编成4组，形成4点支撑，货物的重心投影到4点形成的四边形内，如图13所示，重心垂线与重心到4边的连线形成4个夹角，且角度都必须要求大于7°。

图13 岸边集装箱起重机运输稳性图

大型岸桥长度152 m，宽度27 m，高度80.3 m，大型岸桥重量与运输框架总质量1 795 t，总体重心X方向7.0 m，Y方向11 898 m，Z方向H=45.66 m。

运输时共使用72轴线SPMT，SPMT行驶高度1.5 m，质量474 t，进行液压编组形成4个液压支撑区域，其中A组18轴线，B组18 轴线，C 组18 轴线，C 组18 轴线。将这4个液压分组中心记为A、B、C、D点。

计算结果：最大单轴线载荷31.5 t；最小稳性角8.8°。SPMT小车单轴最大载荷为31.5 t ＜ 额定载荷40 t，稳性角最小为 8.8°＞7°，故搬迁系统运输计算结果表明设计是安全的[4]。

3 结语

本文通过对大型岸桥的场内搬迁挑梁和SPMT技术和工艺进行了分析和计算，并以某岸桥搬迁为例，对大型岸桥场内搬迁挑梁和SPMT技术和工艺进行了实践操作，圆满完成了大型岸桥的场内搬迁工作，为此类大型岸桥的场内搬迁提供技术和实践的参考依据。