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1、900 吨轮胎式提梁机设计制造关键技术成果总结中国葛洲坝集团机械船舶有限公司二 0 一 0 年十二月1900 吨轮胎式提梁机设计制造关键技术成果总结1、项目立项背景及意义2006 年 10 月，铁道部公布了铁路“十一五”规划 ，2010 年全国铁路营业里程达到 9 万公里以上，快速客运网总规模达到 2 万公里以上。这种建设规模在我国铁路建设史上是前所未有的。随着我国铁路客运专线的陆续开工，掀起了新一轮大规模的高速铁路建设高潮。2009 年 9 月，葛洲坝集团有限公司中标汉孝城际铁路 HXSG-2 标项目，并成立以二公司、五公司为主的施工项目部。根据施工要求，现场需要配备 900 吨双线整孔箱梁
2、的提梁机、运梁车、架桥机设备各一套。2009 年 12 月，通过招投标程序，最终决定由葛洲坝机械船舶有限公司生产制作一台 900t 轮胎式提梁机，用于汉孝铁路梁场20m、24m、32m 混凝土预制箱梁的吊装、转运等施工作业。成功开发研制该设备，可以进一步提升葛洲坝集团在高铁领域的整体施工能力，同时可以此为契机研制应用于高速公路、水利、港口、码头、钢厂、船厂等领域的其他大型行走起重设备，进一步拓宽市场。MDEL900 轮胎式提梁机（以下称提梁机）是迄今为止我公司承接的最大的施工设备，从科技含量、技术难度、市场开拓及公司占领行业制高点等方面都具有十分重大的意义。2、国内外应用现状分析目前，国外具有
3、高速铁路 900 吨提运梁装备施工经验和销售业绩的生产厂家也不多。我国是继德国、意大利之后第三个掌握该技术的国家，整机已经达到国际先进水平。国内生产厂家主要有上海港机重2工有限公司、北京万桥兴业机械有限公司、北戴河通联路桥机械有限公司、中铁武桥重工股份有限公司、郑州大方桥梁机械有限公司等，有的是引进国外先进技术在国内研发制造，有的是自主设计制造，设备形式也各有不同。国外同类产品主要参数对照见表一。我国目前应用于 900t 箱梁预制架设施工的提梁机主要形式有：（1）两台 450t 轮轨式提梁机抬吊；（2）两台 450t 轮胎式提梁机抬吊；（2）单台 900t 轮轨式提梁机独立施工；（4）单台 9
4、00t 轮胎式提梁机独立施工。相比较而言，900t 轮胎式提梁机设备制作费用较高，但具有占用场地少，施工速度快，机动灵活，可以在任意台座上取梁、落梁，不需要辅助机械等优点，施工质量、安全有可靠保证。表一 国外同类产品主要参数对比表序号 技术要素 MDEL900 提梁机 万桥(爱登) 迪尔一、 整 机 参 数1 最大起重量 900 吨 900 吨 900 吨2 跨度 40.5 米 40 米 40 米3 纵向净间距 35.75 米 35.8 米 35.8 米4 爬坡能力 1.5% 1.5% 1.5%5 吊具下高度 9 米 9 米 10 米6 吊钩高度行程 7 米 7 米 7 米7 主梁下高度 9.
5、5 米 9 米 10 米8 工作环境温度 -10C+50C -10C+50C -10C+50C9 最大长度 约 45.25 米 约 44.2 米 约 44.2 米10 最大宽度 16.0 米 13.5 米 13.5 米11 最大高度 约 13.6 米 约 13.25 米 约 13.25 米12 总重约 415 吨 365 吨 410 吨二、 吊 梁 小 车1 小车数量 2 个 2 个 2 个2 900 吨箱梁吊点 30.13.66 米 30.13.68 米 30.13.68 米3 纵向吊点空间 满足 20 米24 米32 箱梁要求 依据 20 米24 米32 箱梁 依据 20 米24 米32箱
6、梁4 满载纵向走行距离 30 厘米 25 厘米 50 厘米5 运行方式 油缸推动 油缸推动 油缸推动6 满载走行速度 00.5 米/分 00.5 米/分 00.5 米/分7 空载提升速度 01.5 米/分 01.5 米/分 01.0 米/分38 满载提升速度 00.5 米/分 00.5 米/分 00.5 米/分9 绞车数量 4 个 4 个 4 个10 单绳拉力 13 吨 10 吨 15 吨11 钢丝绳直径 28 毫米 24 毫米 36 毫米12 钢丝绳规格 1960 N/mm2 2100 N/mm2 2100 N/mm213 卷筒变速箱 摆线式 摆线式 摆线式14 液压马达 Rexroth R
7、exroth Rexroth15 制动器 液压制动和钳盘式双制动16 钢丝绳串绕方式 满足三点起吊规则三、 整 机 走 行1 满载走行速度 017 米/分 016 米/分 016 米/分2 空载走行速度 035 米/分 027 米/分 032 米/分3 走行型式 轮胎式 轮胎式 轮胎式4 适应路面 混凝土路面或级配碎石路面5 轮胎规格 26.5R25 26.00R25 18x25 E346 轮胎数量 48 个 48 个 64 个7 悬挂数量 24 24 328 轴载质量 54,792 kg 52,708 kg 40,938 kg9 轮胎品牌 米其林或三角 固特异或米其林 贵州黔轮胎10 轮胎充
8、气压力 8 巴 8 巴 8.5 巴11 驱动轮数 16 个轮子 16 个轮子 16 个轮子12 驱动型式 16 个液压马达 16 个液压马达 16 个液压马达13 传动方式 内藏摆线减速器 链齿装置 内藏摆线减速器14 支撑油缸规格/数量 200 吨/8 根 400 吨/2 根 200 吨/8 根四、 转 向 系 统1 转向方式 独立转向 独立转向 独立转向2 所在部位 所有轮组 所有轮组 所有轮组3 纵向运行转向 5 度 15 度 15 度4 原地转向 90 度 90 度 90 度五、 动 力 机 组1 发动机型号 DeutzBF6M1015 Deutz 2200 转 Deutz2200 转
9、2 发动机功率 2273 千瓦 380 千瓦 2200 千瓦3 运行液压泵 2 个 90L250KN 2 个 A125 Rexroth4 服务液压泵 2 个 190 Rexroth 1 个 A10 Rexroth2 个 A125 Rexroth1 个 A10 Rexroth5 燃料 柴油 柴油 柴油6 燃油箱容积 500 升 500 升 900 升7 液压油箱容积 1000 升 1000 升 700 升43、详细技术内容3.1 总体思路及关键技术本提梁机是针对集团公司汉孝城际铁路工程梁场桥梁箱梁施工研发的大型起重设备，也能满足重大交通工程施工项目（如：铁路客运专线、高速公路、磁悬浮与城市轨道交
10、通等）中重型大件搬运和工位作业的施工要求。考虑到提梁机的制造时间紧迫，而且该设备是涉及机、电、液控综合的复杂机电一体化装备，目前我们还没有这方面的设计经验，所以在项目实施开始就选择了与国内具有该设备研发能力的郑州大方桥梁机械有限公司进行合作的方案。在已有成熟产品的基础上，通过对技术参数进行调整、优化及再设计，使提梁机满足集团公司汉孝城际铁路黄陂梁场的布置及箱形桥梁的吊装需要。我们在消化吸收设计产品的基础上，对关键技术进行攻关，形成包括包括全套施工图纸、设计计算书、主要零部件制作拼装工艺、安装维护使用说明书、安全操作和维护保养规程等在内的一整套资料；通过对 MDEL900 吨提梁机设计技术的研究
11、总结，逐步掌握轮胎式提梁机的设计技术，能够独立地完成 900 吨以下轮胎式提梁机的设计；通过对提梁机制造工艺技术的总结，优化提梁机的制造工艺，把轮胎式提梁机转化为公司的成熟产品，为后续的同类产品制造提供技术支持。鉴于本项目的多学科交叉特点，在技术开发和产品制造过程中，需要利用结构、机械、液压、电气控制等多学科的专业知识创新性综合运用。首先围绕工程项目的使用情况和工位要求，通过模块化设计和确定总体技术方案，确定动力、液压、行走装置、工作装置和电控等分系统方案和主参数，完成产品总体设计。第二步是各分系统在协5同环境下进行产品技术设计，设计时广泛采用数字化设计和虚拟样机技术，考虑与其它子系统的接口。
12、第三步是汇总各子系统的设计结果，进行整机数字化设计，进行强度、刚度计算，作业情况仿真等工作。第四步是动力、液压、控制操纵系统的仿真和半物理仿真，完成控制系统软件开发。最后是按模块进行制造、装配、调试，完成产品制造。项目研制开发实施步骤为：方案设计和可行报告方案评审方案优化和技术设计技术设计评审优化后投入生产制造设备的组装、调试、试验投入工业化试用进入产业化规模生产本项目在技术开发、推广及产业化过程中，攻克了以下关键技术：1）整机技术的可靠性MDEL900 轮胎式提梁机从结构及功能上来讲实际上就是可移动的门式起重机，是在轮胎式运输车上安装门架及起升机构组成的移动吊装、提梁机械。提梁机主要由两大部
13、分组成：下部的走行机构即轮胎车和上部的门架起升机构。轮胎车系高技术含量的“机电液” 一体化产品，采用液压驱动、各行走桥液压悬挂、液压升降、机-电液控制转向系统，协调多轴线动作，实现直行、八字转向、以某一 角斜行、横行和中心回转等功能，该部分结构与已有成熟产品 DCY900 型运梁车一样，其悬挂系统、转向系统、动力系统、液压系统、控制系统的结构和原理基本一样，已经有非常成熟的经验。6门架和起升机构在起重机结构上也是非常成熟的技术，采用液压卷扬机和动、定滑轮组系统在已有成熟产品门式起重机和架桥机上已非常普遍。 2）提梁机同步问题 提梁机左右两套动力系统分别控制左右台车和起升系统，为保证安全和协调性
14、，需要采用以下措施确保同步：a.两台发动机均采用电控油门并安装速度传感器，由控制系统保证两台发动机的同步。b.液压驱动系统采用电子控制变量泵和变量马达，变量马达上安装速度传感器使微电控制系统形成闭式回路，适时调整马达开口保证其转速一致，从而确保大车走行速度和起升速度一致。3）重载转向问题提梁机重载转向时为了避免剪切力对轮胎的磨损破坏，需要减小轮胎的接地比压。在每个台车下布置四个 180t 支撑油缸，当轮胎式提梁机重载进行行走模式转换时，由支撑油缸作用在地面上使轮胎脱空地面，然后台车进行转向。 图一 轮胎式提梁机重载转向4）预制场地布置7适应路面为砼路面、压实的级配石路面。轮胎接地比压为 0.7
15、15 Mpa，路面应平整、无油污，坡度不超过 1.5%。 5）起升系统三点受力问题混凝土箱梁在吊装、运输工程中保持三点受力是保证梁体和起升系统受力均衡、防止箱梁受扭的基本措施要求。因此在 MDEL900 轮胎式提梁机的起升系统上通过不同的缠绕方式实现了四点起升、三点平衡的功能。图二 起升机构钢丝缠绕示意图6）轮胎分组三点平衡问题提梁机的轮胎走行台车通过液压管路实现分组，形成三点平衡的功能。 8图三 轮胎式提梁机走行台车示意图7) 模块化设计与制造率先在大型施工机械上采用模块化设计与制造技术，实现了大型复杂装备的快速集成与设计制造。设计了具有自主知识产权的集悬挂、升降、独立转向与一体的主动行走模
16、块和从动行走模块，这两类行走模块、发动机模块、工作装置模块（如卷扬、变幅等）和车架模块拼装就可构成平板车、提梁机和架桥机等，简化了设计，提高了制造速度和设备变更功能的重构速度。在实施时具体解决了模块的等级配置和接口设计（机械连接接口、车电接口、总线接口、液压总线接口等）问题。8) 多轴驱动液压行走系统和重型卷扬液压系统通过设计单变量泵、多变量马达和双变量泵多变量马达液压驱动系统，实现多轴驱动车辆的牵引力的合理调节，解决了多轴驱动车辆的打滑和寄生功率 等问题，提高了装备行走系统对施工路面的适应性。通过对比例阀的调节，补油背压、制动压力和平衡阀调定压力等参数的优化设置，有效地解决了重型装备中存在的超速下降、抖动和刹车滞后等问题。针对行走悬挂模块的安全要求，发明了一种能在管路破裂情况下保持悬挂位置的破裂安全阀，该处的主要技术创新点是巧妙利用了阀门的自封性能，防止
