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1、国产缆机的发展概况及与进口缆机的性价比较国产缆机的发展概况及与进口缆机的性价比较DevelopmentGeneralSituationofChina-madeCableoperatedMachine,thePerformanceandPriceComparisonwithImportedCableoperatedMachine国家电力公司杭州机械设计研究院严自勉 IYANZimian 顾斯照/GUSizhao我国混凝土坝施工采用缆索起重机(以下简称缆机)始于 1958 年的三门峡和新安江工程.当时从原东德进!El 跨距分别为 870m 和 650m 的平移式缆机各 2 台.1 国产缆机的发展概
2、况国产缆机的研制也始于上世纪 50 年代中后期.迄今为止,我国白行设计生产的水利水电工程施工用缆机共 54 台(含已签合同.尚未交货的,未含各种进!El的 29 台).始用和转用于 30 多个大中型水利水电工程.国产缆机的发展可分为三个阶段.1.1 第一阶段从上世纪 50 年代中后期至 80 年代初.其问国产缆机共生产 12 台.前后用于柘溪,刘家峡,乌江渡,龙羊峡,安康,东江,龚咀,紧水滩等工程.设计制造单位最先为上海建筑机械厂,后为大连起重机厂.这个阶段生产的一般称为第 1 代国产缆机,其技术特点起重量为 20t(有 2 台为 10t):机型为带刚性高塔架的平移和幅射式:承载索为双索或四索
3、:工作速度中等偏低.1.2 第二阶段1980 年代中前期,随着一大批大,中型水电站的开工.对缆机提出了新的需求.在原水电总局的部署和组织下,由原水电部杭州机械设计研究所 f 现国电机械设计研究所)设计,夹江水工机械厂制造,至 1990 年代中期,共生产了 19 台(其中 4 台为改造转用)新型缆机.成功地用于岩滩,东风,漫湾,定珠寺,隔河岩.五强溪,万家寨,江!El 等工程.这个阶段生产的缆机.较多地吸纳了当时国外缆机技术发展的成果,技术上有了较大的进步一般称为第 2 代国产缆机.其主要技术特点:额定起重量均为 20t 除东风缆机外.均为单根承载索 :起升机构采用丝杠式排绳装置.以减小异绳偏角
4、.并为设计采用无塔架主车架创造条件;大部分主,副车均采用了轨距小,白重轻,不需配重,安装方便,基础工程量小的无塔架型式.工作速度达到中等偏上.重罐下降和空罐提升速度达到 33.3m/s.牵引速度达到 7.5m/s.这个阶段最后设计生产的万家寨缆机.技术上比前 15 台又有了新的提高,如承载索的计算更趋合理,起升索缠绕中不产生反向弯曲.滑轮与小车车轮采用工程塑料.采用可编程控制器和可搬移的机外司机室等,为其后第三阶段国产缆机的技术进步,奠定了基础.第 2 代国产缆机与当时国外先进缆机相比.主要差距在于除承载索外.均采用国产配套,性能质量水平一般.尤其是起升和牵引索使用寿命较低.1.3 第三阶段本
5、世纪初,在西部大开发和西电东送政策的驱动下,西部水电富矿地区的一大批大型和特大型水电站纷纷开工兴建.对缆机的需求进入了一轮新的旺盛期.并在技术上提出了更高的要求.从 2OO1 年迄今.仅 30t级缆机的订购数量已达 23 台.其中除小湾 5 台.锦屏级 4 台采用德国 TKF 的无塔架平移式缆机.其余枸皮滩 3 台(已投运), 拉西瓦 3 台(在安), 景洪 2 台(已200610 建设机械技术与管79投运),金安桥 2 台( 在制),溪洛渡 1 台( 共需 4 台,已订在制 1 台),向家坝 3 台(在制),共 14 台均采用由国电杭机所设计并总承包的国产缆机.Lgl,还有夹江水工机械厂,杭
6、州恒力公司设计生产的龙滩,埃塞俄比亚,光照等 7 台 20t25t 级缆机.这一阶段的产品与第 2 代相比,技术上又有了很大的进步,般称为第 3代国产缆机.其重要的技术特征有:(1)额定起重量为 30t,可配用 99.6m.混凝土吊罐:(2)起升高度最大可达 300m 左右;(3)工作索采用面接触,高填充率的特种钢丝绳,可显着提高使用寿命f4)牵引机构采用高摩擦系数衬垫材料(国家最新科研攻关成果);(5j 在景洪缆机上已成功地采用自行研制的差动自行式承马,并:进一步在其它未交货的缆机上推广应用 ;(6)工作速度在技术上已具备牵引11m/s,重降空(罐)升4.5m/s 的高速化的能力(但已订的
7、14 台,除溪洛渡要求重降空升为 3.5m/s,其余 13 台均为 7.5m/s和 3m/s)(7)均采用可控硅整流取代过去传统的直流发电机组,具有电能转换效率高,振动和哚音小,机房占地少和免维修等优点(8)采用可搬移机 91,司机室,可将司机室放置在司机视线最佳的任意位置.控制信息的传输可以是有线,或无线,或有无线热备.或双无线热备;(9)控制系统 f 含安保和显示) 采用 PLC 和工业计算机相结合.具有高可靠性和完善的控制安保显示性能,不仅可控制和检查,显示各机构的运行情况,具有故障白诊断功能电脑屏幕可动画显示小车位置,吊钩高度同时可显示起重量,升降和牵引速度,与邻机联网还能显示相互位置
8、和在抬吊时实现一机双控.更主要的是控制系统具有电脑记忆功能,可实现自动避障 f 需予设定), 重复执行前一工作过程设定工作加减速度,减少或消除吊钩的摆动(自动跟钩),这些新的技术措施,可使缆机实现半自动化操作(用脚踏开关),最大限度地发挥缆机的生产效率和提高安全性.此外缆机还配有便携式操作箱,在吊装大件时,可在安装现场就近操控(低速和点动).(10)确立了国际择优配套的指导原则,凡主要的配套件,如承载索,特种工作索,整流装置和直流电机,80CMTM200610PLC 和工业计算机及控制元器件,重要部位的轴承和制动器等,均选用国际一流名牌精品.减速器.联轴节,中小交流电机和一般轴承等,也选用国内
9、合资或国产优质产品,从而最大程度地提高了缆机整体的陛能质量水平和运行的可靠性.2 国外缆机的发展概况国外在工程上使用缆机始于 19 世纪未,至 20 世纪30 年代开始有正规的缆机制造厂,50 年代至 70 年代未,国外缆机的生产达到高峰期,美,欧,日等发达国家生产的缆机总数不下 45O 台(未含前苏联和东德).国外缆机的主要厂商及其产品的技术特点有:2.1 美国缆机主要厂商为华盛顿铁工(后为埃德尔 j.美制缆机,包括改造转用(约一半) 共约 28 台次,其额定起重量均为 20t,跨距在 900m 以内,美国缆机的主要特点是工作速度高,牵引11m/s,轻上重下约 4.8m/s,因此,其配用的电
10、机功率和工作加减速度均较高.我国岩滩于 80 年代中期进口过 2 台美国埃德尔公司的高速缆机.22 德国缆机德国缆机的主要厂商 PWH(原 PHBj,后受并于0K 集团和克虏勃集团,现为蒂森克虏勃集团下属的一物料搬运技术公司,全称是 ThYSSenKrUPPFordertechnikGmbH,(以下简称 TKF).其生产数量最多,估计迄今已有 200 台左右,该公司在缆机技术上颇有创新,如无塔架主副车,A 型高支架,可爬坡幅射式副车,大跨度高支架摆塔式等,但其工作速度受其传统技术的限制,只能达到中等偏上水平.我国上世纪进口该公司的缆机,计有隔河岩 20t 幅射式 2 台,五强溪 20tA型架平
11、移式 2 台,三峡二期 20t/25t 摆塔式 2 台.此外,还有国外承包商采购的,用于水口的 30t 无塔架平移式2 台,20t1 台,用于二滩的 30t 幅射爬坡式 3 台和 1 台20t 二手机.2001 年和 2004 年小湾和锦屏一级分别订购了 TKF5 台和 4 台 30t 无塔架平移式缆机.2.3 日本缆机厂商主要有石川岛播磨和日立制作所,另 91,还有一些中,小企业.日本制造和改造转用的缆机共约 200台次,但大部分是起重量在 13.5t 以下,跨距不超过500m 的中小机型.我国龙羊峡于 80 年代中期,进口过1 台日立的 20t 高塔架平移式缆机.此外.国外较着名的厂商还有
12、意大利的 CT 公司.瑞士的脑伏阿古狄和法国的 FTZER 等公司.随着各发达国家新建水电工程的减少,70 年代后,国外对缆机的需求锐减.及至 90 年代,上述国 91,主要缆机厂商除 TKF91,.几乎都已退出缆机市场.美国埃德尔公司 1997 年曾参加过三峡缆机的竞标.法国FTZER 公司于 2002 年.2004 年分别参加过拉西瓦和锦屏一级的竞标.都因性价缺乏竞争力而淘汰.3 国产和进口缆机的性价比分析如上所述.目前仍活跃在国际缆机市场的国 91,厂商,只有德国 TKF 一家.以下仅就国电杭机所设计生产的第 3 代国产缆为代表与之进行性,价分析比较.3.1 技术和性能方面国产缆机起步较
13、晚,在设计经验.生产数量和创新能力方面不如德国 TKF 公司.但国内有数位对国产缆机发展作出过重要贡献的老专家.现虽年事已高.但仍孜孜不倦地对缆机设计,使用中的一些重要课题不断地进行探索研究.在他们的指导和帮助下.一批具有较为敬业精神和技术素质的中青年设计和技术服务人才已经成长起来.实事求是地分析.目前第 3 代国产缆机的设计与德国缆机相比.在常用的平移式和幅射式方面.已处于同一技术水平,设计计算方法.经对实际产品相互复核验证,结果也基本上是一致的.缆机的总体构造和电气控制方面.大致上趋向一致.但国产第 3 代缆机在工作速度的适应性方面则优于德国缆机,这是由于:3.1.1 起升钢丝绳及其缠绕方
14、式德国缆机采用普通的线接触钢丝绳,吊钩动滑轮组采用 4 分支(4 倍率) 缠绕即起升索的线速度为吊钩升降速度的 4 倍.如其升降速度为 3m,S.则绳速将高达 12m/s,实难再作提高.2004 年溪洛渡和锦屏一级缆机招标采购时.均要求轻上重下速度为 3.5m/s.TKF 对此均未响应.后在与锦屏一级进行技术谈判时,TKF 承诺将按 3.5m,s 进行设计,除按需要加大起升电机功率外,并准备将承马间隔由 50m 减小至 40m 和适当加大承马托绳轮的直经,但仍不能承诺可达到 3.5m/s,需在试运行时进行试验后,才能确定在 3-3.5m/s 之间可以安全运行的最高速度.而国产缆机采用的是面接触
15、的特种钢丝绳.使用寿命长.且采取两分支缠绕方式,起升索的速度只有吊钩升降速度 2 倍.根据美国缆机的实际经验.完全有潜力可根据施工需要.只要相应增加电机功率.重下轻上的速度最大可提高至 4.55m/s,以提高在高扬程时缆机的生产能力.3.1.2 承马型式德国缆机采用的是其固有技术的固定张开式承马.该承马具有自重轻,承马间距较小(一般是 50rn),缆机跨距不受承马配置的限制等突出优点.但该承马有其致命弱点:一是开马过程中不可避免受小车开马轨撞击,而承马仅靠两个稍大于 180.的对开式钢夹用螺栓夹固在承载索上.夹得过紧过松均易损伤承载索,稍松还容易被小车推移.二是承马各销套间隙要求很严.间隙经不
16、断磨损而稍大.将造成承马开度不足而不能通过障碍.因此,该承马要求日常检查,保养工作十分精细,还要经常进行移位.定期将承马拆下.在专用测量工具上进行检测.校正.一般每天化在承马检查保养上的需停机时间.平均不少于 1.5 小时稍有不周.即可能发生承马连串移位.甚至从高空坠落,伤及在基坑施工的人员.在三峡二期施工时,曾发生过两次 67 个承马连串挤入小车.造成小车结构和多个承马被挤坏,其中一个承马的腿端被挤断坠落,幸未伤及人员.2005 年 5月.小湾 3 缆机在试运行期间也发生过 9 个承马连串移位并坠落 3 个的严重事故,所幸亦未伤人员.因此,该承马能适应的牵引速度 7.5m/s 已达限.另外.最近我们研究还发现.该承马是 PWH 以往设计 20t 级缆机时的产品,现用于 30t 级缆机上,并未作适应性修改.由于 30t 的起升索较 20t 的要重 1,3 左右,在空钩或空罐时.起升索张力较小.其悬搭在承马托轮上的重量远大于牵引索(空重钩时其张力均较大)悬搭在相邻托轮上的重量.致使承
